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Mesures > Indicateur niveau HF 004
Dernière mise à jour : 28/11/2021Présentation
Cet indicateur permet de mettre en évidence un rayonnement de signaux HF (Haute Fréquence) dans un voisinage proche, à l'aide de sept LED formant un ruban d'indication de niveau.
La "plage de fréquences couvertes" par ce système s'étend de quelques centaines de MHz à environ 3 GHz. Sa sensibilité n'est pas extraordinaire, mais suffisante pour mettre en évidence une fuite d'un four micro-ondes (joint de porte usé) ou des échanges entre un téléphone portable avec un "relais" de radiocommunication.
Avertissement
Cet appareil n'est pas un appareil de mesure, mais un simple indicateur non calibré. Il permet de se faire une idée du niveau d'un signal HF réceptionné en un point donné, mais en aucun cas il ne permettra de savoir si ce niveau présente ou non un danger. Cet appareil devra être utilisé en mode relatif (avec comparaison) plutôt qu'en mode absolu.
Au stade actuel, ce montage ne me donne pas satisfaction.
Schéma
La "détection" des signaux HF repose sur l'architecture ultra-simple et connue du "détecteur" à diode et condensateur.
Le couple [D1+C1] permet d'extraire l'enveloppe (les variations d'amplitude) du signal HF reçu par l'antenne ANT1... si ce dernier est modulé en amplitude. Si le signal reçu est modulé en fréquence ou non modulé, alors l'indication portera sur l'amplitude fixe. Le seuil de la diode de détection n'étant pas nul, il faut un minimum de champ HF pour commencer à voir quelque chose bouger sur l'indicateur. Pour rendre le système plus sensible, il faudrait insérer un petit ampli HF entre l'antenne et le détecteur à diode.
Sur la cathode de D1 (et donc aux bornes de C1), on recueille une tension "continue" qui dépend de l'amplitude du signal HF appliqué sur son anode. La valeur de C1 peut être comprise entre 1 nF et 100 nF (valeur normalement plus faible pour une fréquence HF plus élevée). La résistance R1 permet à C1 de se décharger quand le signal HF diminue ou disparait. La valeur de R1, généralement comprise entre 100 kO et 1 MO, conditionne également la sensibilité générale du système. En toute rigueur, on devrait aussi tenir compte de l'impédance d'entrée de la ligne RA2 du microcontrôleur, ce que je n'ai pas fait (je rappelle que ce montage n'est qu'un simple indicateur et non un appareil de mesure).
Le circuit intégré U101 et ses composants annexes assurent la régulation de la tension d'alimentation. Une tension maximale de +5 V est en effet requise pour le microcontrôleur U1, et je souhaitais alimenter le tout avec une simple pile de 9 V ou un accumulateur de 7,2 V (boîtier rectangulaire type 6F22).
La gestion de l'affichage du niveau de signal reçu est confiée au circuit intégré U1, un microcontrôleur 16F1574 dont 7 broches parmis les 14 qu'il comporte sont dédiées au pilotage des sept LED. Le signal détecté par D1+C1 parvient sur la broche RA2 qui est ici configurée en entrée analogique. Le potentiomètre RV1, câblé sur la ligne R4, permet d'ajuster la plage de niveau. Je conseille de régler RV1 au maximum (curseur côté +5 V) tout du moins dans un premier temps.
Le choix d'utiliser un microcontrôleur pour la section affichage au lieu d'un classique LM3914 a été dicté par la place disponible sur le circuit imprimé, dont les côtés ne devaient pas excéder 10 cm pour un coût de fabrication réduit. Certes, j'aurais pu utiliser des CMS pour RV1 et le circuit de régulation de tension... je ne manque jamais de bonnes excuses ;)
Choix de la diode de détection D1
Idéalement, la diode D1 devrait avoir une tension de seuil la plus faible possible (pour que le circuit commence à réagir avec des signaux HF de faible amplitude) et une capacité "parasite" la plus faible possible (pour pouvoir grimper le plus haut possible en fréquence). Des diodes au germanium ou de type Schottky sont ainsi plus appropriées.
J'ai fait des tests avec des HP5082-2900 (je ne vous conseille pas ces diodes en particulier, car elles sont hors de prix), diverses diodes au germanium (OA95, 1N37, 1N70) et diverses diodes Schottky (BAT42). Notez que le montage peut fonctionner avec une classique diode au silicium du type 1N4148, mais au détriment des "performances" (sensibilité et plage de couverture).
Réalisation de l'antenne
Rappelons qu'une onde électromagnétique est caractérisée par une longueur d'onde λ (Lambda) dont la grandeur est liée à la fréquence F et à la célérité c (vitesse de déplacement de l'onde, environ 300000 km/s).
λ = Lambda (longueur d'onde) = célérité (m/s) / Fréquence (Hz)
λ (m)
= 300000000 (m/s) / F (Hz)
λ (m)
= 300 / F (MHz)
Pour 100 MHz
=> λ
= 300 / 100 = 3 m = 300
cm (quart d'onde = 75 cm)
Pour 900 MHz
=> λ
= 300 / 900 = 0,333 m = 33,3
cm
(quart d'onde = 8,32 cm)
Pour 1800 MHz
=> λ
= 300 / 1800 = 0,166 m = 16,6
cm
(quart d'onde = 4,15 cm)
Pour 2400 MHz
=> λ
= 300 / 2400 = 0,125 m = 12,5
cm
(quart d'onde = 3,12 cm)
Pour 3000 MHz
=> λ
= 300 / 3000 = 0,100 m = 10,0
cm
(quart d'onde = 2,50 cm)
Le maximum de sensibilité est obtenu avec une antenne dont la longueur est égale à la longueur d'onde des signaux qu'on souhaite mettre en évidence. Pour des considérations pratiques, on peut également se baser sur une longueur "demi-onde" ou "quart d'onde". Mais une limite apparait rapidement : à une longueur donnée correspond une certaine fréquence - ou une petite plage de fréquences. Pour couvrir une large plage de fréquences, il faudrait une antenne de "longueur variable". C'est pourquoi l'antenne proposée ici, imprimée sur le circuit imprimé, est composée de plusieurs "brins" de longueurs différentes (cette méthode, utilisée ici pour la réception de signaux HF, ne pourrait pas être appliquée pour l'émission d'un signal HF).
Réalisation de la bobine L1
La bobine L1 est constituée de 9 spires de fil de cuivre de
diamètre 0,8 mm, avec un diamètre "intérieur" de 8 mm.
Prototype
Réalisé conformément au dessin de circuit imprimé (PCB) proposé plus loin.
Le circuit n'a pas fonctionné correctement du premier coup (j'en vois
qui
sourient, c'est normal et je n'en suis point vexé).
Pour commencer, j'ai réalisé quelques tests avec mon four à microondes et mon téléphone portable, bobine L1 en place sur le circuit imprimé. Puis j'ai retiré L1 et relié l'antenne imprimée directement à l'anode de D1. Dans les deux cas, le comportement est similaire : réaction très nette avec le téléphone portable quand j'appelle ma messagerie, mais aucune réaction avec le four à microondes qui pourtant fait bien réagir ma balance de cuisine électronique...
Face à ce constat, j'ai ressorti mes vieilles diodes HF (série HP 5082-xxxx) et en ai testé un dizaine de références différentes (certaines pouvant monter à 2 GHz ou 3 GHz). Comportement malheureusement identique, à savoir réaction très nette avec mon téléphone portable, mais sensibilité réduite avec mon four à microondes (j'ai tout de même localisé un endroit de la porte du four qui faisait allumer quelques LED, mais ce n'est pas très probant).
J'en déduis qu'à l'heure actuelle, ce montage n'est pas efficace ;)
Circuit imprimé (PCB)
Réalisé sur PCB double face. Bien sûr, l'antenne imprimée ne doit pas être "prise" dans un plan de masse !
Typon / PCB au format PDF
Logiciel du PIC
Logiciel compilé (*.hex) en libre service.
indicateur_niv_hf_004_16f1574.zip - 07/11/2021Historique
28/11/2021
- Ajout photos du premier prototype et texte associé.
07/11/2021
- Première mise à disposition.