Système radio 868Mhz qui fonctionne pour nos sous-marins

[Patjabix]

Bonjour à tous,

J'en ai parlé déjà à certains d'entre vous.
J'utilise depuis quelque temps pour mes deux sous-marins un système de radiocommande en 868Mhz qui me permet d'utiliser des radiocommandes modernes (2.4Ghz à la base) sur lesquelles j'installe un module d'émission supplémentaire.

Dans le principe, ces modules fonctionnent en 868Mhz avec un protocole nommé ExpressLRS qui est optimisé pour avoir un signal très fiable et comporte des réglages qui nous permet d'optimiser la communication pour passer sous l'eau.

J'ai pu tester cela plusieurs fois, mais surtout de manière approfondie lors d'une exposition à Monistrol sur Loire récemment.
Mon 212 et mon Galathée étaient équipés de ce système.
J'ai pu atteindre le fond du bassin à 1.15m dans le petit bassin. Un collègue sous-marinier équipé en 41Mhz n'a pas pu faire mieux dans cette piscine. Il y avait pas mal de perturbations.

Je pense personnellement que, même si cette profondeur peut paraître faible, c'est néanmoins un grand progrès, car ce système permet enfin de piloter nos sous-marins avec des radios modernes, sans être tributaires de radios en FM de plus en plus vieillissantes.
Cela permet en outre à de nouveaux entrants dans la discipline de pouvoir se lancer, sans avoir à trouver une vieille radio FM en premier lieu, avec tous les aléas du marché de l'occasion que cela comporte.
Sans compter les problèmes de fréquences...

Ces modules d'émissions s'installent simplement au dos des radios compatibles, comme de nombreux autres modules d'émission.

Le module ExpressLRS Nano TX V2 Module 868Mhz et son Récepteur SuperP 14 voies :

Le module installé au dos d'un radio Fr-Sky X14 :

Le récepteur installé quelques jours plus tôt dans un Galathée (que vous ne connaissez pas) qu'un copain m'a donné

J'ai placé les antennes "en croix" mais je pense qu'il est possible d'encore améliorer leur positionnement. Cela fera l'objet d'autres essais.
Mon 212 et mon Galathée ont navigué tout le weekend à Monistrol avec ce système.

J'ai fais un sujet sur le sujet sur le blog de Tecnimodel:
https://blog.tecnimodel.com/modelisme-n ... arins.html

Vous pouvez trouver ces modules sur le site Tecnimodel:
https://www.tecnimodel.com/963-expresslrs

Ce n'est que le début, il y a pas mal de choses à tester, portée en eau claire, disposition optimale des antennes de réceptions, paramètres.
Mais je suis très content de ce système qui selon moi fonctionne très bien

[papi45]

Bonsoir Pat

C'est super ton tuto sur se rajout , je ne connaissais pas mais ça va en intéresser plus d'un et moi en particulier même si j'ai encore une F14 Navy .

J'attend de voir la suite de tes essais

Merci encore pour ce partage

[Rackham]

Excellente nouvelle ! La technique évolue enfin ..

[Patjabix]

Salut à tous

Des nouvelles de nos essais de compatibilité avec les radios.

Pour le moment, nous avons pu tester et confirmer que les radios Fr-Sky sous OpenTX fonctionnent avec ces modules :
Fr-Sky X9D+
Fr-Sky X9Lite
F-Sky QX7

Et nous avons aussi vérifié que sous Ethos 1.6, le module Nano fonctionne également (les radios Fr-Sky sous Ethos sont équipées d'une baie "Lite (Nano), pas d'une baie "JR" (Micro).

Donc ça fait déjà pas mal de radios utilisables pour nos sous-marins

[ptiluc]

Bonjour Patrice

J'ai fait l'essai en octobre 2024 à Aquabaie avec mon Galathée.
La configuration de ma TX16s avec un module ELRS 2,4 GHz de 1 W.

Bilan : faible portée en profondeur en piscine...30 cm et forte perturbation de mes voisins en 41 MHz. Alors que tout fonctionnait bien dans ma baignoire. Probablement un effet du chlore.

Je referai une tentative cette année avec mon module 868 MHz. La physique des radio nous indique que la profondeur de peau varie comme la racine carrée de la fréquence, ainsi, à puissance égale, dans l'eau :
- le 41 MHz va 7,6 fois plus profond que le 2,4 GHz
- le 41 MHz va 4,6 fois plus profond que le 868 MHz (mais on émet beaucoup plus fort en ELRS)
- le 868 MHz va 1,7 fois plus profond que le 2,4 GHz

La différence de puissance peut faire la différence, essais à Aquabaie cette année 2025. Mon module 868 MHz attend sagement.

Les forum américains sont peu bavards sur le sujet. Seuls un ou deux modélistes sous-mariniers mentionnent le sujet.
par exemple https://www.youtube.com/watch?v=kEzsSbN58cs

Pour partager nos expériences de cette technique largement répandue auprès des dronistes.

[jlc]

Bonjour,
le calcul ci-dessus doit fonctionner dans l'air, mais c'est parce que la conductivité dans l'air est considérée comme nulle ou négligeable.
dans l'eau c'est très différent et cela dépend de multiples facteurs.
Il existe une relation entre la conductivité (en Siemens/m, c'est ce que vous mesurez dans votre piscine pour savoir si l'eau est chargée en ions)
et l’atténuation en dB/m.
Ci-dessous l’atténuation d'une eau de source ou lac;
on voit que c'est constant dans la bande 10-100MHz, et ensuite augmente exponentiellement au dessus de 110
On a donc intérêt si l'on peut à choisir le 433 MHz qui va traverser plus bas.
Aussi l’atténuation diffère selon la polarisation, c'est à dire si l'antenne de l'émetteur est perpendiculaire ou parallèle à celle du Rx.



Maintenant que vous avez mesuré la conductivité de votre eau, comment la transformer de S/m en dB/m ?
(source https://em.geosci.xyz/content/maxwell1_ ... depth.html )
ci-dessous j'ai utilisé la formule simplifiée de l'effet de peau Delta = 503xRacine(résistivité/Fréquence) avec résistivité = 1/conductivité
(en bas à D)
En bas à gauche vous avec le schéma de la compression de l'onde à travers un matériau de conductivité non nulle, et donc par définition,
l'effet de peau est la distance parcourue pour que l'amplitude passe de 1 à 1/e, soit de 100% à 37% environ.
Vous voyez que la formule de l’atténuation est 20log(Eout/Ein) soit 20log(0.37) = -8.635 dB
Si par exemple la valeur de votre eau est de 800 uS/cm soit 0.08 S/m, Delta = 24.2cm pour une atténuation de 8.63 dB
Par une règle de 3 cela donne -102 dB/m à 433 MHz



ci-dessous le calcul de la portée; à lire l'article d'un ingénieur spécialisé dans le 'Wireless'; je l'ai adapté à notre problème
(source: https://www.electronicdesign.com/techno ... lculations )
Donc pour finir voici l'estimation de la portée; j'ai mis à droite les conductivités observée dans piscine , eau douce etc.
En haut il faut renter la conductivité et la fréquence et vous avez l’atténuation.
Ensuite cellule B12 augmenter la distance jusqu’à ce que Maximum path loss arrive à zéro.
La ligne 23, perte de propagation dans l'eau, c'est distance x atténuation.
Le Max path loss montre ce qui vous reste avant que l’atténuation soit égale au pouvoir de réception, et alors le signal ne passe plus.
Le pouvoir de réception va dépendre du gain des antennes, de la sensibilité du Rx , du taux de transmission en bauds.




Si vous voulez jouer avec, voici la feuille de calcul
https://www.ladsm.fr/download/file.php?id=346

Donc en conclusion:
- utiliser l'eau la moins chargée en ions si possible
- le Rx le plus sensible (maintenant au dessous de -130 dBm pour certains)
- la fréquence la plus basse possible
- le taux de transmission le plus faible possible (si 6CH utilisé ne pas transmettre 12 ou vous allez moins profond)
- l'antenne à gain doit être coté Tx, car coté Rx elle va augmenter le signal mais aussi le bruit de fond (fade margin)
- le protocole le plus simple par exemple liaison série sans fil, les protocoles compliqués sont bien pour les drones, mais cela va augmenter l’atténuation dans l'eau à cause des retours en ACK NACK.
- sortir l'antenne sur le pont (liaison par coaxial) est optimal
- les valeurs de profondeur si le SM est loin: c'est le carré de l’hypoténuse (eau traversée en oblique) et donc profondeur max diminuée.
- j'ai utilisé un bruit de fond important (fade margin = 30 dB); seul prés d'un lac c'est plutôt 5 dB ou moins
- une mesure devrait tenir compte de tous ces paramètres, c'est donc très variable selon la qualité de l'eau , si l'antenne est mal placée etc.
Avec une sensibilité du Rx < -100 dB et une eau pas trop chargée on retrouve les 3-4m observés sur nos SM en 41-72 Mhz, mais savoir que la formule est imprécise dans cette zone où l’atténuation est constante et mieux adaptée à la partie exponentielle au dessus de 110-120 MHz.

[Patjabix]

Salut

Je suis d'avoir les compétences pour comprendre toute la théorie ci-dessus.
Sur les modules ELRS dont je fais mention, il n'est pas possible de choisir les antennes, qui sont fournies avec les modules et les récepteurs.
On peut régler le débit, la puissance, le ratio de télémétrie.
Quelques autres réglages sont possibles qui n'influent pas sur la portée.

La disposition des antennes du récepteur doit certainement influer sur la qualité de la réception ( comme d'ailleurs dans le cas de l'antenne filaire en 41Mhz ).

Je vais tenter une disposition différente des antennes sur le Galathée, que j'ai placées en croix, mais à plat. Sur le 212 elles sont aussi en croix, mais leur extrémité est incurvée vers le bas de la coque. Je ne sais pas si c'est la raison, mais le 212 descendait un peu plus bas que le Galathée alors que l'ensemble RC était identique.

[jlc]

Même sans tout comprendre il suffit d'entrer les données dans la feuille de calcul et tu as l'estimation de portée.
J'ai entré les données de l'exemple de l'article et je retrouve bien les 9.73 km
La double antenne est optimale car les vecteurs électriques venant des deux s'additionnent. C'est donc un doublement de la puissance sans la distorsion contrairement au transistor d'amplification HF.
Pour le positionnement il ne faut pas les placer en croix mais comme sur la photo, à 90°.
Pas facile dans le SM; il y a donc une autre solution. Je suppose que la partie reliée au RX est blindée (coaxial); seule la partie bleue est conductrice.
En fait il faudrait enlever ces antennes et les remplacer par 2 fils souples à 90°. La longueur est facile à calculer selon la fréquence.
Et là ça va passer dans le SM. Tu perdra un peu de gain mais pas grave du coté réception.
Sur le 433 on est limité à 10 mW (+10 dBm) et 500 mW(+27 dBm) sur le 868. Avec une eau de piscine pas trop chargée et un environnement pas trop bruité j'arrive entre 1.10 et 1.20 m de profondeur sur la feuille de calcul. (En le montant à 1W on ne gagne que 3 ou 4 cm)
Je ne trouve pas c'est la sensibilité du Rx; j'ai mis entre -110 et -120 dBm ce qui est courant.
Donc oui, ce peut être une alternative au 433 en eau pas trop chargée; plus d’atténuation mais plus de puissance autorisée.

[Patjabix]

Salut

Pour le positionnement il ne faut pas les placer en croix mais comme sur la photo, à 90°.

Alors je ne vois pas de quelle photo tu parles.
Je pars effectivement du principe que, sur les antennes de réception, c'est la barre horizontale du T (je ne sais pas si c'est clair ? ) qui est utile.
Ce sont ces deux parties de l'antenne que je place approximativement à 90° l'une de l'autre (ce que j'appelle en croix).
On serait plutôt sur du 80° vu la place disponible.

Mais pour cette partie de l'antenne (la partie horizontale du T), cette partie doit-elle absolument être rectiligne, ou peut-elle former une courbure ?
Quelle est la meilleure des deux solutions ?
Sur le Galathée, ces parties d'antennes sont bien rectilignes, sur le 212, elles forment une légère courbe. C'est sur le 212 que la réception est la meilleure. Cela se joue à quelques centimètres de profondeur de plongée de différence.

Quand à changer d'antenne, je ne m'y aventurerai pas : Aucune compétence ni matériel pour faire cela correctement.

Edit:
Je crois que tu parles de ma première photo où l'ont voit le récepteur ?
Je comprends alors mieux la différence entre 90° et "en croix"
Effectivement, pensant bien faire, sur mes deux sous-marins les antennes sont placées en croix, elle se croisent par leur milieu.

A ce que je comprends, il faudrait qu'elles forment entre elles un angle à 90° mais sans se toucher ? Comme sur la photo du haut donc. C'est cela ?

[jlc]

placer comme cela idéalement



tu vois la simulation de l'antenne BETAFPV.
Elle fait + 2dBi de gain et elle est omnidirectionnelle, sauf qu'il ne faut pas que l’antenne de l'émetteur soit dans l'axe de la pomme,
sinon le gain est nul (zone bleue) et coupure radio.
Donc en mettant 2 antennes avec un angle, on est jamais dans l'axe de la pomme.
Tu n'est pas obligé de respecter les 90°d'angle
Par contre ne pas superposer les antennes en croix comme tu l'a fait car les champs distants (gros machin rouge) vont se croiser et le résultat est plutôt imprévisible, avec possible soustraction des gains. Donc les laisser à distance.



Le bleu c'est l'antenne dipôle (2 petite antennes reliées au coaxial par un balun)



Au niveau du récepteur, il y a deux entrées, une pour chaque antenne dipôle, et le circuit d'accord va faire un décalage de Pi radians des sinusoïdes
Cela permet d'additionner les vecteurs électriques (flèches rouges dessinées sur le premier ventre) et d'additionner les gains sans aucune distorsion.
Si l'antenne de l'émetteur est dans l'axe de l'une des antennes (gain = 0),il restera perpendiculaire à l'autre (+2dBi + 0 = +2 dBi)
Donc en leur donnant un angle on n'est jamais en gain nul. Mais ne pas rapprocher ou croiser les antennes.
Au pire tu pourrais les mettre dans l'axe longitudinal du SM (donc les 2 antennes parallèles ou mieux avec un petit angle, une de chaque coté), mais il faudra alors éviter que l'axe de l'antenne de ton émetteur soit dans l'axe longitudinal du SM.