Récepteurs ExpressLRS open source : une portée impressionnante pour les drones
Un passionné de drones a conçu quatre récepteurs ExpressLRS open source capables de maintenir une liaison sur plus de cinq kilomètres, même à travers une forêt. Explications sur la modulation à spectre étalé par chirp qui permet ces performances.
Les liaisons de contrôle de drones sont, du point de vue radio, remarquables : avec un émetteur d’une puissance maximale d’un watt, un protocole comme ExpressLRS (ELRS) peut piloter un drone à plus de 100 kilomètres. Un passionné connu sous le nom de [Stan], qui construit une chaîne électronique de drone entièrement de ses mains, a récemment conçu quatre récepteurs ELRS et détaillé les principes qui expliquent cette portée exceptionnelle.
Jusqu’à un certain point, le moyen le plus simple d’augmenter la portée d’une radio est de baisser la fréquence : les fréquences plus basses pénètrent mieux la plupart des matériaux et s’atténuent moins vite avec la distance. Cependant, bien qu’ELRS puisse utiliser la bande des 900 MHz, les récepteurs de [Stan] utilisent principalement la bande des 2,4 GHz. L’amélioration majeure vient de la modulation : contrairement à d’autres protocoles de contrôle qui utilisent surtout la modulation de fréquence, ou au Wi-Fi qui utilise la modulation de phase et d’amplitude, ELRS recourt à la modulation à spectre étalé par chirp (Chirp Spread Spectrum).
Cette modulation offre un débit de données faible, mais une fiabilité élevée. Chaque bit est transmis sous la forme d’un chirp, un ton radio qui monte linéairement en fréquence, et les données sont encodées dans la fréquence de départ du chirp. Pour décoder le signal, le récepteur le multiplie par un chirp inverse, puis applique une transformée de Fourier rapide, ce qui révèle la fréquence de départ. Ce processus procure un gain équivalent de 24 dB, suffisant pour décoder des signaux même sous le plancher de bruit du récepteur.
Le matériel conçu par [Stan] pour mettre en œuvre cette technologie est relativement simple : un microcontrôleur ESP32, une puce radio SX1281 et quelques périphériques. Les quatre récepteurs fonctionnent en 2,4 GHz, mais deux d’entre eux disposent d’antennes supplémentaires pour la bande des 900 MHz. Contre les conventions de conception radio, l’un des récepteurs utilise un via pour connecter l’antenne. Cela provoque normalement une désadaptation d’impédance significative, mais la présence de nombreux vias de plan de masse à proximité a permis de préserver le chemin de retour du courant, si bien que les performances du récepteur n’ont presque pas changé.
Lors d’un test, les quatre récepteurs ont maintenu une connexion à plus de cinq kilomètres, malgré une forêt qui bloquait le trajet du signal. Ce type de portée s’appuie sur la technologie LoRa, qui a déjà atteint des records de distance impressionnants. ExpressLRS, qui était encore une technologie émergente lors de nos précédents articles, confirme ici son potentiel pour les liaisons longue distance dans le domaine du drone.
