construction d'un radiotélescope

Description générale.
Ce radiotélescope est basé sur une parabole de réception de  télévision directe par satellite équipée de sa  tête de réception (LNB), d'un récepteur large bande utilisé pour pointer la parabole vers le satellite de télédiffusion, d'un convertisseur   analogique-numérique   série,   d'un programme d'acquisition et d'enregistrement de données que fait tourner un P.C. qui peut tout à fait être ancien .


Il est possible de trouver des lots aux environs de 30 € comprenant   une   parabole   offset   et   une   LNB  (offset signifie que  la LNB est décallée par rapport à  la  ligne directrice de construction de  la paraboloïde afin de ne pas   se   trouver   dans   la   ligne   de   passage   des   ondes radioélectriques entre la source et la paraboloïde).


La  LNB  (Low Noise  block Converter)   est   constituée d'un  cornet  de  dimensions   ad hoc   afin de   former  un passe bande (sélection d'une bande de fréquences), d'un pré-amplificateur,   d'un   dispositif   de   conversion   de fréquence.
Elle  reçoit  en général   les   radio-fréquences  entre  10,7 Ghz et 12,75 GHz, suivant que lui est envoyé ou non un signal  à 22 Khz  (10,7GHz 11,7 Ghz sans   le 22 Khz, 11,7   Ghz   12,75   Ghz   avec   le   22   KHz,   signal   qui sélectionne 2 fréquences différentes d'oscillateur local).
Le   premier   oscillateur   local   (f   =   9,75   Ghz),   après mélange   avec   la   radio-fréquence   reçue   par   la   LNB, envoie en  sortie de LNB un  signal  à  la  fréquence de 1,45  Ghz,   le   second   (f   =  10,6  Ghz)   un   signal   à   la fréquence de 1,625 Ghz.De plus, un autre dispositif permet de sélectionner l'un des 2 monopole se  trouvant  au fond du cornet   :  si  on alimente   la  LNB  avec  une   tension  comprise   (valeurs générales)   entre   13   et   15   volts,   la   polarisation   sera verticale.  Et  bien  sur,   si   la  tension d'alimentation est comprise   entre   16   et   18   volts,   la   polarisation   sera horizontale.
Voir photographies en fin de dossier.


Le récepteur large bande. Il s'agit d'un dispositif grand public   de   pointage   de   parabole,   la  marque   la   plus connue est  « Satfinder ».   Il  est   sage de  se  servir  d'un modèle à cadran et buzzer piézo, et non pas du modèle que   l'on   trouve   assez   souvent   doté   d'écouteurs.   Ce récepteur sera à modifier. Son coût varie entre 10 € et 25 €.


Le   convertisseur   analogique-numérique   est   construit autour d'un Max 187, CAN série 12 bits. 


Le  programme  d'acquisition  et  de   lecture   est   issu de divers   sites   internet,   de   nombreuses   fois   remanié (notamment   par   Alain   Niervèze   (http://radio-astronomie.com/  Heu,   je   vous   conseille   une   visite soutenue de ce site, nous avez là un type costaud en la matière!!). J'en donne une version commentée, afin qu'il puisse   être   remanié   dans   d'autres   langages   de programmation. 



Trêve de discours, maintenant au travail.
Modification du satfinder.
 
Ouverture:
Avec un  tournevis plat,  enfoncer  les 3 petits  trous qui se trouvent sur la face arrière.
Tirer sur l'attache métallique, le couvercle vous reste dans les mains. Attention à ne pas tirer trop fort, le buzzer est  collé sur  ce couvercle,   les brutes feront des dégâts. Repérer   avec   un   feutre   indélébile,   sur   le   circuit imprimé,   la   fiche   F   qui   va   à   la   LNB  (to  LNB,
marqué   sur   le   couvercle   que   l'on   vient   de   faire sauter). 


Retirer le circuit imprimé:
Dévisser   les   écrous   des   prises   F,   pour   éviter   de briser le C.I. lors de la démarche qui va suivre. Avec   une   pince   coupante   moyenne,   couper   le plastique autour de  la fiche F,   jusqu'à  la moitié de celle-ci.Dévisser les 3 vis qui tiennent le C.I.Enlever le C.I.


Alimentation:
Dessouder la prise F marquée to rec (les 2 soudures de la cosse de masse et la soudure centrale).
Souder   à   la  place  2   fils   (0,75  mm²,   10  cm...)  de couleur différente (rouge pour le +, blanche pour le -, par exemple).


Vu-mètre:
Dessouder la résistance qui y est fixée, ainsi que les fils qui partent du vu-mètre. Il est inutile, génère un champ magnétique, consomme (surtout l'ampoule)...


Le buzzer:
Dessouder ses connections, c'est là que va être placé un pont diviseur de tension, si nécessaire. C'est aussi là que va être connecté le câble qui sera être relié au CAN.
L'excursion de tension de l'appareil varie entre 0 volt et 10 volt. Il est possible, suivant le CAN utilisé, que cette excursion soit  trop forte.  Dans  le cas du Max 187,  cette excursion doit  être située entre 0 volt  et 4,096 volt.   Il  est  donc  indispensable de  réduire  la tension, ce qui est fait grâce à un diviseur de tension que voici:



Les   2   résistances   font   1500  Ω.  Dans   ce   cas,   la tension de sortie est de:

              V s  = Ve * (R 2 / (R 1 +  R 2))

              Vs = ½ * Ve

Le fil marqué Ve est en fait connecté à la place du fil rouge du buzzer,  la masse à  la place du fil  noir,  le fil marqué Vs ira vers le CAN.

A ce stade, il faut faire 2 remarques importantes: La liaison entre le récepteur et le CAN devra se faire à l' aide d'un coaxial (par exemple 75  Ω), afin de ne pas collecter les parasites qui traînaillent. Par contre, le boîtier qui renfermera le récepteur ne devra absolument  pas être métallique,  plus  rien ne fonctionnera, en tout dans notre cas.

Photo:
Peu   de   commentaires,   si   ce   n'est   que   la   fiche   F dessoudée est utilisée pour sortie le signal vers le CAN, l'alimentation est amenée grâce à une fiche RCA




Alimentation:
La consommation du système étant  faible, une ancienne alimentation d'imprimante  (15 volts)  a été utilisée,  en rajoutant un condensateur électrolytique de 4700 µF, 25 volts, polarisé, en parallèle sur la sortie:

 
Ce condensateur sert en quelque sorte de « réserve », il est   placé   afin   de   limiter   les   éventuelles   baisses   de tension.

Le CAN:
Le  modèle   utilisé   est   un  Max   187,   qui   a   l'énorme avantage   de   n'utiliser   que   quelques   composants périphériques:


Le schéma:
 
La   partie   haute   du   dessin   démarre   avec   à   gauche l'arrivée de la tension d'alimentation (+ 15 volts) sur un condensateur de 4700µF qui sert de réservoir. Comme le CAN fonctionne sous 5 volts, un régulateur effectue   cette   baisse   de   tension.  Ne   pas   négliger   les condensateurs de 100 nF entourant  le régulateur 7805, ils sont essentiels à la stabilité du système. Le régulateur 7805 (régulateur 5 volts):   il  faut   lire  les broches de gauche à droite,  quand  le  texte du C.I.  est
placé face à vous:




1: Entrée.
2: Masse.
3: Sortie 5 volts.


La tension régulée de 5 volts est présente aux points a et b.
La partie basse du dessin montre comment est câblé le CAN.
Le   signal   analogique   (0   à   4,096   volts   d'excursion) venant du satfinder est présenté à la patte 2 du CI. Les pattes 1 et 3 sont au +. Il n'y a pas de liaison entre  le groupe de pattes 1 3 et la patte 2.
Le petit condensateur dessiné entre les pattes 1 et 5 du CAN a une valeur de 100 nF. Son rôle est d'envoyer à la masse   toute   valeur   non   continue   de   tension d'alimentation (anti-parasitage).
Celui placé entre la patte 4 et la masse a une valeur de 4,7 µF, 25 volts et il est polarisé.
Celui placé entre  les bornes d'alimentation (470µF, 25 volts, polarisé) joue aussi le rôle de réserve.
La liaison entre le CAN et le P.C. a été réalisée avec un ancien   câble  d'imprimante,  1,5  m  de   long,  qui   a   été coupé en 2.
Les fils soudés sur les plots 3, 2, 12 de la db25 reliée au P.C.   peuvent   être   repérés   au   multimètre   (position ohmmètre)   ou   à   l'aide   de   leurs   couleurs   respectives, suivant les câbles d'imprimante.


L'acquisition des données.

Pour   l'instant,   elle   se   fait   par   l'intermédiaire   d'un programme   et   d'un   PC,   en   attendant   la   construction d'enregistreurs graphiques simples et à faible coût.


Commentaires du programme:
 
Toutes   les   lignes   démarrant   par   « rem »   sont   des commentaires,  donc  non  actives  dans   l'   exécution du programme.
Ligne 10:
cls: efface l'écran précédent.screen 9: spécifie l'affichage à l'écran (nombre de pixels affichés).
Ligne 20 et 30:
Le   symbole   %  signifie   que   les   variables  nummes,   mesures,   xorigin   seront   de   type  entier.
Dat$:
signifie que la variable dat sera de type chaîne de caractères.


Attention :
Il   est   indispensable   de   d'abord   créer   un répertoire « don » à   la   racine de  C.  On peut
changer le nom de ce répertoire, mais dans ce cas   il   faudra   aussi   changer   le   nom  dans   le
programme. Par contre, il ne faut pas changer l'arrangement do   +   dat$   +   .dat,   ceci   étant   le   format   8 caractères + .extension de 3 caractères, format iso de premier niveau, cher au dos. 


Fonctionnement général du programme:


L'écran de présentation apparaît,  demandant de donner le nom de la mesure sous forme de date: jjmmaa (jour, mois, année).Puis la vitesse d'échantillonnage est demandée. Suivant
la vitesse du PC et la nécessité des observations, il faut faire des  essais.  De  toute  façon,   l'heure de  la mesure apparaît   sur   l'écran,   il   est   très   facile   de   régler   ce problème.
Enfin la demande démarrage est faite, si la réponse est autre que oui, l'application est quittée.
Le   reste   n'est   pas   bien   sorcier,   mais   la   partie communication demande quelques précisions:La communication ( sortie de données du PC) avec  le CAN (par  les bornes 2 et 3 de  la DB 25) se fait par l' adresse 378 (en hexadécimal) du port  parallèle, ce qui se traduit par l' adresse
888 en décimal (on aurait pu écrire: ut  &H378, « valeur »). La communication (entrée de données) se fait par la borne 12 du port parallèle, mais cette fois à l'adresse 379 (hexa) donc 889 en décimal.
La mesure est  présente dans un accumulateur ou un registre du CAN, sur 12 bits. L' envoie

des   données   commence   par   le  MSB  (bit   de poids fort (celui de gauche), et continue par le
bit de rang inférieur. Le registre est de la forme suivante:

 
Le   programme   exécute   d'abord   la   séquence suivante:
La variable accum% dédiée par le programme dans une mémoire du PC est mise à 0.La séquence 01 (out 888, 1), puis 00 (out 888, 0)  puis    10  (out  888,  2)  est  envoyée par   les pattes 2 et 3 de la db 25. L'échantillonnage est figé dans le registre du CAN.
La séquence 00 et 10 est envoyée, la lecture du MSB va être faite.
Si   le nombre présent  dans ce registre est,  par exemple:

                                                                                              110000000000
la   variable   accum  verra   sa   valeur   portée   à  2048 (2 puissance 11).
La séquence 00 et 10 est envoyée, la lecture du bit   suivante  est   faite.  Encore  un 1,   la valeur
1024 (2 puissance 10) sera ajoutée à la valeur de la variable accum.
Et ainsi de suite jusqu' au LSB (2 puissance 0). Ensuite la variable mesure prendra la valeur de
la variable accum.Et   c'est   repartit   pour   un   nouvel échantillonnage...
Ensuite la mesure est enregistrée dans le fichier ouvert (400...),   le   résultat   est   affiché   à   l'écran  (500...),   sans oublier la boucle de vitesse (700...).Voilà, en plus, un autre programme permet d'ouvrir un fichier   enregistré   afin   d'en   faire   la   lecture tranquillement.


La liaison entre les éléments.
 
La liaison entre la LNB et le satfinder doit être faite à l'aide de coaxial et de 2 prises F, le coaxial étant le plus court possible. Pour cela, placer le Satfinder derrière la parabole,  en plus à  l'abri  du  soleil  direct   (stabilité en température).
La liaison entre le Satfinder et le CAN, à réaliser avec du coaxial  et  des prises F.  Le CAN devant  se  trouver prés du PC, la longueur de coaxial peut être longue, et ainsi nécessiter une amplification continue, au plus prés du   Satfinder.   Si   c'est   le   cas,  me   contacter   pour   un
schéma, si nécessaire.


Calage de la parabole:

La méthode employée: Les paraboles sont fixées sur un support à  l'aide de 4 boulons,  sur les modèles utilisée.
Cela veut dire qu'en traçant une ligne entre ces traits, on obtient le centre de celle-ci.
Sur  la partie supportant   la LNB,   le montage suivant  a été effectué:

La méthode employée: Les paraboles sont fixées sur un support à  l'aide de 4 boulons,  sur les modèles utilisée.
Cela veut dire qu'en traçant une ligne entre ces traits, on obtient le centre de celle-ci.
Sur  la partie supportant   la LNB,   le montage suivant  a été effectué:

La méthode employée: Les paraboles sont fixées sur un support à  l'aide de 4 boulons,  sur les modèles utilisée.
Cela veut dire qu'en traçant une ligne entre ces traits, on obtient le centre de celle-ci.
Sur  la partie supportant   la LNB,   le montage suivant  a été effectué:

 
Deux « oreilles » ont été fixées sur le collier de serrage de la LNB.
Quand on oriente la parabole vers le soleil, l'ombre des « oreilles »   coïncide   avec   les   traits   tracés précédemment. La parabole est orientée en azimut. 


Ensuite,  en mettant   le  système en  fonctionnement,  en remplaçant le CAN par un voltmètre, on fait monter et descendre la parabole afin d'avoir le signal le plus fort possible. Quand c'est fait, on peut tracer 2 petit traits sur la parabole, on a fait le réglage en site:

 
Les 2 traits de crayons du réglage optimal.
Pour enregistrer un transit, mettre le système dans l'état de   la   photo   ci-dessus,   démarrer   l'enregistrement   et l'arrêter quand les 2 ombres ont atteint les 2 traits clairs situés à droite des traits sombres.

Le   fichier   enregistré   peut   être   ensuite   intégré   à   un logiciel   tableur   (données externes...)  et  un magnifique transit comme celui-ci apparaît:

 Il   faut   absolument   penser   à relier une masse de prise F à la terre, on élimine ainsi bien des parasites...

Quelques documents annexes:

LNB   ouverte.   Les   2  monopoles   (l'   horizontal   et   le vertical sont bien visibles)
 
Un peu plus de détail:
  
Le   détail   du  fonctionnement   de   la   polarisation   et   de l'oscillateur local.

(Origine :Une méthode de construction d'un radiotélescope à partir de matériel grand public )

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