Un Scrambler en CMS

Pour rendre incompréhensible vos communications radio. Ses dimensions réduites, dues à l’utilisation des composants de surface, permettent de l’insérer dans quasiment tous les transceivers. Il peut également être utilisé sur un réseau téléphonique privé. Fonctionnement full-duplex, connexions au pas de 2,54 mm. Disponible en kit.




Depuis qu’elle a été inventée, la radio représente certainement le moyen le plus pratique et le plus abordable pour communiquer à distance. En effet, nombreux sont ceux qui, munis d’une simple CB, d’un récepteur VHF ou d’un bi-bande parlent quotidiennement avec d’autres personnes, quelquefois à longue distance, ou, simplement, écoutent les transmissions.
Par le fait même d’utiliser l’air comme moyen de propagation, la radio n’est pas un système fermé. Ainsi, quand on transmet un signal radioélectrique, ce dernier n’arrive pas uniquement au correspondant auquel il est destiné. Il se propage sur une zone plus ou moins vaste et peut être capté et écouté par toute personne possédant un récepteur accordé sur la même fréquence.
Il est donc évident, que dans une communication entre deux correspondants, un indésirable puisse s’immiscer sans difficulté.

Une solution pour éviter ces intrus dans une conversation radio pourrait être celle qui consisterait à utiliser une fréquence hors des bandes normalement autorisées. Dans ce cas, il sera difficile de trouver un curieux qui puisse se caler sur la fréquence. De toute manière, avec la prolifération des scanners, même cette ultime solution, bien sûr illégale, ne servirait pas à grand-chose si ce n’est quelques ennuis avec l’Administration !
L’arrivée des scanners a rendu « publiques » les radiocommunications, même celles qui devraient normalement rester confidentielles, telles celles des forces de l’ordre, par exemple.
Contre l’intrusion dans les radiocommunications, il existe pourtant un remède : le codage des signaux transmis.
De cette manière, une personne peut s’introduire dans une communication pour écouter mais ne pourra pas comprendre la signification du message, à moins de connaître le système de codage et de posséder un décodeur adapté.
Dans le domaine de la radio, ainsi que dans celui de la téléphonie, ce type de codeur est appelé « scrambler ».
« Scrambler » vient du verbe anglais « to scramble » qui signifie mélanger, mêler en désordre. Le scrambler est un dispositif qui transforme la voix en un son incompréhensible. Pour parvenir à comprendre le signal produit par le scrambler, il faut le faire passer dans un autre scrambler, identique au premier, afin de le décoder.

Les Scramblers
Il existe actuellement divers scramblers, plus ou moins complexes : à inversion de bande, à inversion de bande avec codage, numérique et bien d’autres encore.
Le scrambler le plus simple, et bien évidemment le plus utilisé, est celui à inversion de bande. Il existe des circuits intégrés comme le COM9046 ou le FX118 qui réalisent exactement cette fonction, offrant deux canaux identiques permettant de travailler en duplex pour un transceiver. C’est un de ces deux circuits intégrés, le FX118, que nous avons utilisé pour mettre au point ce nouveau projet de scrambler à inversion de bande. Le circuit est très simple et très fiable. Il consomme très peu et peut s’alimenter avec seulement 3 volts en continu.
Ce nouveau scrambler offre non seulement des dimensions très réduites, tant par la surface qu’il occupe que par son épaisseur qui mesure à peu près 3 millimètres, mais il se prête également au montage vertical car toutes les connexions (alimentation, entrées, sorties) sont placées du même côté et sont au pas de 2,54 mm.
Ceci signifie que le scrambler peut être inséré dans un support de circuit intégré sans aucun problème et qu’il n’occupera évidemment qu’un seul côté.
Tout ceci n’a pas été obtenu par miracle, mais en utilisant exclusivement des composants prévus pour le montage en surface. Le circuit intégré du scrambler est aussi en CMS.
Ce projet, technologiquement avancé, peut être inséré pratiquement partout : dans les appareils CB, les transceivers VHF, les téléphones sans fil, les appareils téléphoniques. Le choix de la technologie en composants de surface est, dans notre cas, obligatoire car il n’existe aucun moyen d’obtenir toutes les caractéristiques de notre circuit avec des composants traditionnels. Evidemment, le montage en CMS comporte plus de difficultés pour la réalisation pratique car il demande de la précision et un outillage adapté pour la soudure. En revanche, le circuit est facile à mettre au point, surtout avec un peu d’expérience.

Fig. 1 : Le FX118, un double inverseur de fréquence.

Fonctionnement
Passons maintenant à l’étude du scrambler, qui, comme nous l’avons dit, est à inversion de bande. Ce terme signifie que pour rendre incompréhensible le signal vocal, le scrambler parvient à déplacer la bande passante par rapport à une fréquence de référence.
Pratiquement, pour comprendre ce que fait le scrambler à inversion de bande, il suffit de dessiner la bande passante sur une feuille de papier en la limitant par exemple à 3 000 Hz et d’inverser la courbe dessinée par rapport à l’axe correspondant à 3000 Hz. En clair, cela signifie que, sur le spectre, le scrambler effectue une symétrie de la bande de fréquence par rapport à l’axe des 3000 Hz.
L’inversion de bande est effectuée dans le circuit intégré FX118 qui est le coeur du montage. Pour fonctionner, ce composant ne nécessite que quelques condensateurs et quelques résistances externes ainsi qu’un quar tz. Voyons donc à quoi servent ces composants externes et comment travaille le FX118.

Etude du schéma

Schéma du scrambler.

Pour cela, le schéma synoptique figure 1 sera utile car c’est à lui que nous faisons référence.
Pour pouvoir accomplir l’inversion de bande, le FX118 effectue un battement entre une fréquence fixe et les différentes fréquences de la bande passante.
Existant une fréquence fixe, il est nécessaire de limiter la bande passante du signal d’entrée, afin qu’elle soit toujours en dessous de celle-ci.
Pour ce faire, le signal qui entre dans un canal (notre intégré est composé de deux canaux identiques) passe de suite à travers un filtre passe-bas qui, coupe toutes les fréquences supérieures à 3000 Hz. Pour pouvoir disposer d’une bande passante la plus large possible, le filtre a une très grande pente. On parle en fait d’un filtre du dixième ordre (60 dB/oct). Ceci permet de se rapprocher le plus possible de la fréquence limite supérieure à celle de référence, qui, pour le FX118 avec un quartz de 4.433619 mégahertz, est de 3300 Hz.
L’inversion réelle se fait dans un modulateur à anneaux (Bal. Mod. du schéma synoptique). Le battement entre la fréquence fixe (3 300 Hz) et la fréquence de la bande passante produit deux fréquences différentes, c’est-àdire la fréquence somme et la fréquence différence. Un filtre passe bande approprié, placé immédiatement à la sortie du modulateur, permet d’éliminer la fréquence somme, laissant passer la fréquence différence. Le filtre passe-bande du FX118 est du quatorzième ordre. Le résultat du battement fait qu’une fréquence de 1000 Hz en entrée devient du 2 300 Hz (3 300-1000) et une fréquence de 300 Hz devient du 3000 Hz. Pratiquement, la fréquence la plus basse devient la plus haute et vice-versa.
Les condensateurs C2 et C3 (pour un canal) servent à transporter le signal de la sortie du filtre passe-bas à l’entrée du modulateur à anneaux, en éliminant la composante continue. C8 sert, par contre, à filtrer l’alimentation des amplificateurs d’entrées. Le gain des amplificateurs d’entrées (des deux canaux) est réglable en modifiant les valeurs des résistances de contre-réaction (R1 pour un canal et R5 pour l’autre) et les résistances d’entrées (R3 pour un canal et R4 pour l’autre).
Le gain de l’amplificateur d’entrée de chacun des canaux est égal au rapport entre la valeur de la résistance de contre-réaction et la résistance d’entrée.
C4 et C6 permettent de découpler les entrées, alors que C3 et C10 découplent les sorties.
Les composants externes de l’horloge (nécessaires pour obtenir les 3300 Hz pour les modulateurs et la fréquence de référence pour les filtres numériques) sont le quartz Q1, la résistance R2 et les condensateurs C1 et C5.
Le FX118 est alimenté en 5 volts par un régulateur de tension intégré 7805.
Comme nous l’avons vu, le circuit est structurellement et conceptuellement très simple. Un régulateur de tension a été inséré, car dans les appareils radio on trouve habituellement des tensions supérieures à 5,5 volts qui est la tension maximale supportable par le FX118.

Les graphiques illustrent le principe de fonctionnement des scramblers à inversion de bande. Dans notre cas la fréquence de battement est de 3300 Hz.

Plan d’implantation et circuit imprimé à l’échelle 2.

Liste des composants
R1 : 22 kΩ
R2 : 1 MΩ
R3 : 22 kΩ
R4 : 22 kΩ
R5 : 22 kΩ
C1 : 47 pF
C2 : 100 nF
C3 : 100 nF
C4 : 100 nF
C5 : 47 pF
C6 : 100 nF
C7 : 100 nF
C8 : 100 nF
C9 : 100 nF
C10 : 100 nF
U1 : FX118DW
U2 : 78L05
Q1 : Quartz 4,433619 MHz

Divers :
C.I. réf. E44
Toutes les résistances et les condensateurs sont en montage de surface.


Réalisation pratique
Maintenant que nous connaissons le nouveau scrambler, nous pouvons nous occuper de sa réalisation pratique, qui se fait en utilisant des composants de surface et un circuit imprimé. Même si nous avons dit que le circuit ne nécessitait qu’exclusivement des composants en CMS, une exception peut être faite (et nous l’avons faite) pour le régulateur de tension 78L05. Nous pouvons, en fait, utiliser un régulateur pour montage traditionnel. En coupant les pattes à 3 mm maximum du boîtier, il vous suffit de les souder et de plier le régulateur de façon à ce que le côté plat se retrouve appuyé sur le circuit imprimé. Vous devez pour cela utiliser un 78L05 en boîtier plastique TO92.
Pour le montage et pour le positionnement respectif des autres composants, exceptés les circuits intégrés qui sont assez gros, nous vous conseillons d’utiliser une petite pince type « Bruxelles » et un fer à souder de 20 watts maximum avec une panne fine. La soudure doit être, elle aussi, fine de 1 mm maximum.
Pour toutes les soudures, nous vous conseillons de ne pas laisser plus de 4 à 5 secondes consécutives la panne du fer sur le composant. Pour les connexions vers l’extérieur, plusieurs choix sont possibles : par exemple, vous pouvez extraire les contacts d’un support de circuit simple ou double lyres, ou bien utiliser une barrette sécable de 13 points au pas de 2,54 mm.
Vous pouvez même utiliser des queues de résistances ou de condensateurs (pas en CMS bien entendu !).

Mise en marche
Le scrambler se connectera ensuite très facilement. Le premier canal est utilisé pour la réception. Sur l’entrée IN1 on raccorde la sortie BF de l’appareil à protéger (signal de ligne) et on récupère ce signal inversé en sortie OUT1 pour l’injecter dans l’entrée BF.
Le second canal est utilisé pour l’émission.
Le signal produit par le microphone est appliqué à l’entrée IN2 et, de la sortie OUT2, le signal inversé est envoyé sur l’entrée micro du transceiver.
A l’utilisation, vous pourrez décider de changer le gain en tension d’un canal ou des deux si vous le souhaitez.
Par exemple, le gain du canal réservé à l’émission pourra être unitaire, pendant que celui réser vé à la réception sera supérieur.
Pour la vérification, vous devez vous mettre d’accord avec une personne qui dispose d’un scrambler identique (vous devez en construire deux) et effectuer une conversation avec le dispositif connecté comme nous l’avons décrit.
Dans la pratique, il conviendra d’installer des inverseurs de manière à pouvoir connecter ou déconnecter le dispositif selon l’utilisation normal ou scrambler.

Sur la photo, une paire de scramblers montés.
Les connexions sont au pas de 2,54 mm.