Réception ATV sur 23 cm (1240 1300 MHz)

article paru dans la revue Mégahertz

de septembre et octobre 2000

La télévision amateur est une activité particulièrement passionnante qui apporte vraiment une nouvelle dimension à un QSO: visite de la station, transmissions de véritables reportages sur l'installation des antennes ou sur les phases de la réalisation d'un montage, description d'un schéma avec possibilité de suivre à la caméra le cheminement du signal au fur et à mesure du commentaire, transmission simultanée du son à partir de 1200 Mhz et donc duplex systématique avec les correspondants. L'ATV est en outre un des rares domaines où nous pouvons encore expérimenter, comparer, essayer, voire inventer.

Tout ceci avec le paradoxe qu'il est bien plus facile de s'équiper en télévision qu'en téléphonie, sans parler de BLU ou de décamétrique, pour la simple raison que le matériel de base est parfois déjà présent au domicile familial.
Nous utilisons en France le sigle ATV plutôt que TVA, peut-être parce que cette dernière formulation sonne de manière moins agréable à nos oreilles...

Les bandes ATV
Une transmission ATV nécessite une largeur de bande importante, plusieurs mégahertz, cette activité ne peut donc être pratiquée que sur les bandes où nous disposons de suffisamment d'espace, soit 430 MHz et au-delà .
La bande où il est actuellement le plus facile de démarrer est le 23 cm, c'est par elle que nous débuterons cette série d'articles.
La fréquence utilisée dans la bande varie selon les régions et les contingences que nous imposent notre statut d'utilisateur secondaire; l'utilisateur primaire étant l'aviation civile qui y utilise des systèmes radar. Tout autre utilisateur est un pirate, liens privés, télésurveillance ou autre.
Le 1255 est la fréquence porteuse la plus souvent rencontrée, nous utiliserons ce chiffre pour simplifier.

Le standard utilisé
Sur 1255 MHz et au-delà, l'émission en télévision amateur se fait en utilisant exactement les mêmes standards que les chaînes commerciales via satellite (chaînes analogiques sur ASTRA par exemple): l'émission se fait en modulation de fréquence large bande, bandes latérales non atténuées, même balayage à 625 lignes, 25 images par seconde (50 trames), même excursion en fréquence (sauf essais DX particuliers), mêmes niveaux de sous porteuses, même type de modulation BF (FM).
Le codage peut être en noir et blanc, en PAL ou en SECAM, tops synchro à la masse et modulation positive.
Le correspondant dispose a priori d'un récepteur multistandard PAL/SECAM qui s'adapte à l'émission reçue, le plus souvent automatiquement, si bien que la source vidéo à l'émission peut passer du PAL pour une mire, au SECAM pour une caméra, sans que le correspondant ne s'en rende compte.
Si le récepteur ne permet que le SECAM, les émissions PAL seront reçues en noir et blanc; dans le cas d'un achat spécifique pour utilisation amateur, bien s'assurer que le récepteur est bi-standard, de préférence à commutation automatique.
Autre caractéristique à surveiller: éviter les appareils qui commutent sur un écran bleu, ou autre, quand le signal reçu est trop faible, ils rendent très difficile la recherche d'un correspondant et interdisent de visionner des signaux faibles ou perturbés. Même remarque pour les magnétoscopes ou les tuners satellites.

Le son
Sur 1255 et au-delà, il y a systématiquement une sous porteuse son, parfois plusieurs; dans la région Provence Languedoc, la sous porteuse principale est sur 6,5 MHz; cette fréquence a été retenue car certains tuners satellite anciens ne permettaient pas de descendre jusqu'à 5,5 MHz, et surtout cela permet de s'éloigner confortablement de la bande passante vidéo et d'éviter plus facilement les retours d'image dans le son.
La sous porteuse est réglée à -16 dB en dessous de la porteuse vidéo.

Le téléviseur
Comme le standard retenu est celui de la télévision grand public, il s'ensuit que n'importe quel téléviseur du commerce conviendra, de préférence bi-standard comme précisé plus haut.
Pour se faire une idée des possibilités, et de l'intérêt que l'on va porter à ce nouveau mode de transmission, il est même possible, après négociations, d'emprunter le téléviseur familial, tel quel, sans aucune modification.

Le tuner
Le standard utilisé est le même que celui des chaînes satellites, (chaînes analogiques), et il est intéressant de remarquer que les tuners satellites couvrent de 950 à 2050 MHz, 1750 MHz pour les anciens modèles, ce qui englobe la bande amateur des 1255 MHz.
Il suffira donc de placer devant le téléviseur n'importe quel tuner satellite analogique, réglé sur 1255 MHz pour se retrouver équipé ATV sur 23 cm.
Le tuner est relié au téléviseur par un cordon péritel.
Ici aussi, pour se faire une idée, il sera possible d'emprunter le tuner du salon si la famille est déjà équipée satellite.
Sinon, on peut faire l'acquisition soit d'un tuner d'occasion, soit d'un ensemble parabole, tête satellite, tuner. Lors d'une promotion de supermarché on trouve l'ensemble pour parfois moins de 450 F, le tuner est directement utilisable, la parabole pourra servir nous le verrons sur 10 GHz, et la tête si on a de la chance pourra même être modifiée sur 10 GHz. Si on ne souhaite pas aller jusque là, en dehors des heures de trafic, la famille pourra se servir de l'ensemble pour apprendre les langues étrangères sur ASTRA ou autre EUTELSAT.

L'antenne des premiers essais
C'est le seul élément que l'on ne puisse subtiliser à son épouse ou à ses enfants, mais on peut le construire.
Avant de se lancer, et pour éviter de trop grosses déceptions, il faut savoir que la télévision doit fonctionner en signaux forts, très forts; se souvenir qu'une antenne collective doit, selon les normes, fournir un millivolt à l'entrée de votre téléviseur c'est loin des dixièmes de microvolts de nos récepteurs phonie, cela signifie que si vous n'entendez pas 59+ votre correspondant sur 144, il est peu probable que vous arriviez à le voir correctement en télévision.
Cela dit, et pour des essais locaux, très locaux, on peut tenter un premier essai, pour débroussailler le terrain, avec une petite antenne et à la rigueur sans préamplificateur.
Un correspondant dans le même quartier, ou un peu plus loin mais à portée optique directe, pourra être reçu dans ces conditions et vous apporter le premier choc de la vidéo et du son.
La figure 1 décrit une antenne double quad devant réflecteur, ou antenne en huit. Les deux carreaux sont alimentés aux point XX' de la figure par du câble coaxial 50 Ohms directement soudé sur les éléments, ce câble, le plus court possible, attaque l'entrée du préamplificateur.
Le câble coaxial traverse le plan réflecteur à l'arrière du point d'alimentation, il est collé à l'endroit du passage, et sa rigidité suffit à maintenir le centre de l'antenne en bonne position.
Les cadres pour leur part sont réalisés en tube, ou en barre de cuivre, ou de laiton de 3mm de diamètre; ils sont maintenus entre 35 et 40 mm du plan réflecteur par des colonnettes isolantes placées en A et B.
le coté des cadres mesure 6 cm sur 1255 MHz, ce qui correspond à un périmètre d'une longueur d'onde pour chaque cadre.
Le réflecteur peut être réalisé en aluminium, ou en cuivre, plein de préférence, ou en grillage à mailles fines (maille inférieure à lambda sur 20). La dimension du réflecteur est de 20x25 cm.
Il est possible d'ajuster plus précisément le ROS ou le gain de l'antenne en jouant sur l'espacement des cadres par rapport au réflecteur.

Figure 1
Antenne double quad devant réflecteur

La figure 2 montre une quadruple quad devant réflecteur, le gain par rapport à la double quad augmente de 2 à 3 dB pour atteindre une douzaine de dBd.
L'alimentation se fait de la même manière en XX', la fixation par colonnettes isolantes se fait en A et B; les tubes ne se touchent pas aux croisements marqués C et C', la distance entre les cadres et le réflecteur est comprise entre 30 et 35 mm; la dimension du réflecteur est de 20x40cm .

Figure 2
Antenne quadruple quad devant réflecteur

Photographie 1
Antenne quadruple quad en tube laiton du relais ATV F5ZFI de Nîmes

Cette antenne, quadruple quad peut aussi être réalisée en circuit imprimé sur verre époxy, le détail des quatre cadres est donné figure3, la plaque de circuit imprimé de 300x100mm est maintenue entre 25 et 30 mm du plan réflecteur par des vis nylon, le croisement aux points C et C' se fait à l'aide d'un pont en clinquant de cuivre (photographie 1). Attention à ce qu'il n'y ait pas court-circuit au niveau des ponts en C et C'.
L'ouverture totale à -3dB est de l'ordre de 60° dans le plan horizontal, et de 35° dans le plan vertical. Les antennes disposées comme sur les figures 1 2 et 3 rayonnent en polarisation horizontale.

Figure3
Réalisation des carreaux en circuit imprimé

Photographie 2
Antenne quadruple quad en circuit imprimé (réalisation F1FCO)

Si l'antenne doit rester à l'extérieur, il est prudent de la placer dans un radôme constitué par une boite en PVC, ou en fibre époxy; un tube en PVC de diamètre 20, bouché à ses deux extrémités peut très bien remplir ce rôle ; le réflecteur est légèrement réduit pour entrer en force au centre du tube.
Il faut prendre une précaution de base si l'on utilise une antenne 1255 directement devant un tuner satellite sans préamplificateur intermédiaire: les tuners satellites fournissent en effet une tension d'alimentation destinée à alimenter la tête située au niveau de la parabole; cette tension est acheminée par le câble coaxial; or les antennes 1255, que ce soit celle ci dessus, ou celles du commerce, présentent généralement un court-circuit pour le courant continu; il faut donc insérer un condensateur dans l'âme du câble coaxial, soit côté tuner, soit côté antenne sous peine de faire disjoncter le tuner.
On prendra un condensateur miniature, 22 pF par exemple, si possible CMS.

Le préamplificateur
Pour aller plus loin, la solution du tuner seul ne suffit pas, en effet, ces appareils demandent un signal très fort en entrée car ils sont prévus pour fonctionner en deuxième changement de fréquence en bénéficiant du gain important et du facteur de bruit de la tête HF (LNB) située dans la parabole.
Dans notre application, il faut donc utiliser un préamplificateur à grand gain dont le double rôle sera:
1) établir le facteur de bruit: cela implique que le préamplificateur utilise un ou deux transistors d'entrée à faible bruit.
2) Fournir un signal de sortie important capable de compenser les pertes du câble coaxial de descente et d'exciter le tuner satellite: cela suppose un ou deux étages post amplificateurs qui n'ont plus à être à faible bruit et peuvent être des modules type MMIC.
Sauf exception, ce préamplificateur sera disposé au niveau de l'antenne, et sera alimenté par la tension que fournit le tuner satellite; le condensateur dont nous parlions plus haut devient inutile dans ce cas.
Il y a eu de nombreuses descriptions de préamplificateurs 1255 ATV dans la presse radioamateur, rappelons ici les caractéristiques des plus répandues.

le préamplificateur large bande de F5FLN
Ce préamplificateur, qui fut commercialisé par Cholet composants a peut être l'inconvénient d'être à large bande, avec le risque d'être brouillé par transmodulation en duplex ou sur des sites encombrés, mais il a le gros avantage de ne nécessiter aucun réglage pour sa mise au point; on le câble, et on s'en sert.
Une amélioration est cependant conseillée, en effet, il n'est pas prévu à l'origine pour être alimenté par le tuner satellite via le câble coaxial, si bien qu'il faut prévoir une source séparée 12 volts et deux fils d'alimentation, ce qui est dommage.

Photographie 3

Préamplificateur F5FLN modifié, la tension d'alimentation est prise sur la BNC de sortie (à droite) par une self de choc de 6 spires.


La figure 4 et la photographie 3 décrivent la modification: on récupère le 13/18 volts provenant du tuner satellite sur la BNC de sortie du préamplificateur à travers une self de choc VK200 une diode de sécurité et un régulateur 12 V; la VK200 peut être remplacée par 5 ou 6 spires de fil fin sur un diamètre de 3mm.
Ce 12 V est utilisé comme alimentation du préamplificateur au niveau de l'entrée du régulateur 78L05 du montage.
Ce préamplificateur donne de très bons résultats, et permet de recevoir des correspondants sur toute la bande des 23 cm.
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Le préamplificateur sélectif DL4EBJ.
Ce préamplificateur a été décrit dans la revue Elektor de Juin 1996.
Il faut savoir que la sélectivité dès l'entrée d'un montage s'obtient au détriment du facteur de bruit à cause de la perte non nulle de tout filtre de bande, surtout réalisé en lignes imprimées; c'est la raison pour laquelle le filtrage est le plus souvent réduit à sa plus simple expression à ce niveau, et se retrouve généralement limité à la fonction d'adaptation d'impédance.
C'est le cas ici, comme avec le préamplificateur précédent, mais sur ce modèle, une sélectivité globale est obtenue, à l'aide de trois lignes accordées, placées après le transistor d'entée.
Le préamplificateur demande donc un réglage avant utilisation: si l'on dispose d'un tuner satellite avec S mètre, (c'est rare), on se cale sur la réception d'un correspondant local, et l'on recherche le réglage des trois condensateurs ajustables qui donne le maximum de déviation du S mètre.
Sans S mètre il faut un signal faible entaché de bruit, car, FM oblige, l'action sur les réglages est sans effet visuel dès que le bruit a disparu. Il faut donc, soit en jouant sur la direction d'antenne, soit grâce à des atténuateurs, obtenir une image soufflée, et agir sur les réglages pour diminuer le souffle au maximum.
Si le souffle disparaît totalement, il faut le retrouver en ajoutant un atténuateur, et recommencer.
Pour éliminer la transmodulation lorsqu'on répond au correspondant sur 144 MHz tout en le regardant avec ce préamplificateur, il est nécessaire d'ajouter un réjecteur 144 en entrée sous la forme d'un circuit série LC qui dérivera le 144 à la masse (figure 5), rappelons que cette méthode très efficace est utilisable devant les téléviseurs voisins en cas de TVI; on règle le condensateur ajustable, à l'aide d'un tourne vis isolant pour obtenir la suppression du brouillage

Photographie 4

Préamplificateur DL4EBJ avec réjecteur 144 ajouté à l'entrée

Si l'on préfère rejeter le 400MHz, le condensateur ne fera plus qu'une dizaine de picofarads, et la self sera réduite à une spire.
Ce préamplificateur donne de très bons résultats, mais s'il a été réglésur1255 MHz, les images seront dégradées pour un correspondant sur1280; il faut le régler en fonction de la fréquence régionale.

Préamplificateur sélectif F5RCT
Ce préamplificateur a été décrit dans la revue Mégahertz d'Avril 1998.
Il dispose déjà d'un réjecteur passe haut dès l'entrée du montage, plus deux filtres passe bande totalisant quatre lignes accordées par la suite; il est très sélectif et doit être impérativement réglé sur la fréquence du correspondant.
La procédure de mise au point est identique à celle du préamplificateur précédent, un peu plus compliquée à cause du nombre de lignes.
Que ce soit avec le DL4EBJ ou avec celui ci, cette procédure ne permet pas d'obtenir la courbe de réponse en fréquence idéale, parfaitement plate sur 30MHz, sauf chance ; seul un moyen de réglage puissant, wobulateur ou analyseur de spectre le permettrait, mais l'expérience montre que les résultats visuels sont bons avec la méthode indiquée plus haut.
Ce préamplificateur présente cependant un défaut : contrairement aux deux précédents qui totalisaient environ 35 dB de gain, celui ci n'en procure qu'une vingtaine, et c'est souvent insuffisant. Il est conseillé de le modifier selon la méthode F1FCO ci après:
Comme on peut le voir sur la photographie 5, sur la dernière ligne horizontale de sortie à gauche, le condensateur C21 placé au-dessus du R de l'indicatif a été remplacé par un MMIC type MAR6; à droite et à gauche du MMIC, la ligne a été coupée au cutter et deux condensateurs CMS 100pF ont été soudés pour l'isolation en continu. La sortie du MMIC est alimentée par une résistance de100 Ohms avec perle de ferrite sur le plus 5V en haut à droite.
Moyennant cela, le gain est satisfaisant et le préamplificateur donne de très bons résultats.

Photographie 5
Modification F1FCO pour augmenter le gain global

Photographie 6
Modification F1LVO pour améliorer le facteur de bruit


F1LVO améliore en outre le facteur de bruit de l'ensemble en modifiant la ligne d'entrée comme indiqué sur la photographie 6, mais cette modification très pointue ne peut être menée à bien qu'avec un mesureur de bruit.

L'antenne définitive
Si vous êtes conquis par la télévision d'amateur, il est impératif d'aller plus loin; il faut savoir en effet, qu'en télévision une perte de 3 dB fait passer d'une image parfaite à une image soufflée, 6 dB à une image très soufflée, et 12 dB à la perte de toute image; le moindre décibel de perte doit être pourchassé, et vu les pertes dans les câbles à ces fréquences, cela implique quasi systématiquement de mettre le préamplificateur au niveau de l'antenne.
Dans l'autre sens, sachant qu'un gain de quelques dB seulement permet de passer d'une image médiocre à une image parfaite, le moindre dB de gain doit être recherché, et l'antenne carreaux décrite plus haut sera vite sujet de frustration. En télévision, comme ailleurs, mais ici c'est plus manifeste, l'antenne doit avoir le plus de gain possible, les seules limitations à prendre en compte sont les dimensions et le budget.
Sur 1255 les antennes du commerce sont parfaites, la 23 éléments Tonna est la plus petite que nous conseillerions, on a déjà mieux avec la 35 éléments; Au-delà (55 éléments) la directivité devient très importante, le rotor doit être précis et stable, sinon gare au fading dû aux coups de vent; il peut être alors intéressant de passer à 2x35 éléments superposées pour gagner 3 dB de gain sans réduire le lobe de rayonnement dans le plan horizontal. Des groupes de 4x55 éléments ne font pas peur à des fanatiques de cette bande.
Certaines antennes sont trop sélectives pour couvrir le haut de bande en BLU et le bas de bande en ATV, il faut choisir.

La figure 7 donne le schéma des commutations nécessaires si l'on désire faire de l'émission avec préamplificateur au niveau de l'antenne: le relais coaxial, à faibles pertes sur 1255 MHz et bobine 12 volts est commandé par la tension fournie par le tuner satellite, c'est cette même tension qui alimente le préamplificateur d'antenne et que l'on extrait de ce dernier à travers une self de choc de quelques spires suivant le même principe que sur la figure 4 (self de choc et condensateur de découplage).
Deux câbles coaxiaux sont utilisés, l'un 50 Ohms à faibles pertes sera réuni à l'émetteur 1255, l'autre de type grand public 75 Ohms pour descente satellite ira vers le tuner de réception.
Dés qu'on le branche, le tuner satellite alimente le préamplificateur et colle le relais, l'ensemble est en position réception.
Quand on coupe le tuner, l'ensemble passe en position émission.
Attention, les tuners satellite fournissent une tension sur le câble coaxial même quand on les croit arrêtés, il faut leur couper le secteur pour qu'ils cessent de débiter dans le préamplificateur (et dans le relais). Emettre dans ces conditions ne serait bon ni pour l'émetteur qui ne verrait pas l'antenne, ni pour le préamplificateur en tête de mât.
Le tuner satellite permet de choisir la tension à envoyer dans le câble coaxial, normalement tout doit fonctionner en optant pour 13 14 volts, il est possible de passer à 18 V s'il y a trop de chute en ligne.
Cette disposition permet de placer en outre l'étage final de l'émetteur, voire tout l'émetteur en haut du mât, ce qui évite de fabriquer des watts 1255 MHz pour les voir partir en chaleur dans le câble; nous reviendrons sur les émetteurs en tête de mât dans un prochain article.

Résultats
Pour pratiquer la télévision d'amateur, il faut que l'antenne soit bien dégagée: avec une antenne sur un balcon, il ne faut pas espérer voir des correspondants trop loin derrière l'immeuble, une colline proche sera aussi un obstacle difficile à franchir, attention aux arbres dont le feuillage commence à atténuer le signal à ces fréquences.
En FM, le signal passe vite d'excellent à inexploitable, le souffle apparaît sous forme de "clicks", petits tirets horizontaux, de quelques millimètres noirs et blancs sur l'écran, plus sensibles sur certaines couleurs, s'il y a manifestement plus de clicks blancs que de noirs, c'est que l'on est accordé trop haut en fréquence; et inversement s'il y a plus de noirs que de blancs.
Le nombre de clicks diminue avec la force du signal; quand le signal est suffisant, ils disparaissent, l'image est parfaite, cotée B5; si la force du signal augmente, on ne voit pas de différence flagrante, c'est la différence de la FM par rapport à l'AM.
Il ne faut pas confondre ces clicks de bruit avec ceux provoqués par les radars, ces derniers sont en général blancs, plus longs et surtout arrivent par rafales lorsque le radar passe sur vous. Ils peuvent se produire même par-dessus un signal B5++.
La source vidéo utilisée dans le milieu amateur est le plus souvent le caméscope familial, avec un caméscope de qualité et les émetteurs actuels, correctement réglés, l'expérience montre que c'est le téléviseur qui limite la qualité de la liaison, et non pas le caméscope, l'émetteur, ou le tuner satellite. Pour vous en assurer, amusez-vous à compter avec une loupe le nombre de pixels par centimètre sur l'écran de votre téléviseur; en multipliant ce chiffre par la longueur de la ligne puis par 500 qui est environ le nombre de lignes visibles, on a le nombre de pixels du téléviseur, la liaison ne pourra pas faire mieux.

A. Ducros F5AD

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