Le Récepteur radio

Le Récepteur radio
Notions de base a l’usage
des radio-modélistes
Par Robert Muller
La problématique
• Le récepteur doit fortement amplifier un
signal électromagnétique très faible
• Il doit aussi ne laisser passer qu’une très
faible partie du spectre des fréquences,
par exemple 41,000MHz avec une
ouverture en plus et en moins de 3kHz
Le filtre LC
• Pour sélectionner une bande fréquence on utilise un filtre LC :
L1
C1
GND
• Ce circuit ne laisse passer qu’une seule fréquence, appelée
fréquence de résonance
Le circuit LC, suite
• Les selfs (L) ont la particularité de présenter une faible résistance
aux basses fréquences, qui augmente avec l’augmentation de
fréquence.
• Le capacités (C) font le contraire, elles présentent une forte
résistance aux basses fréquences, faible aux hautes.
• Dans le montage LC, la self coupe les basses fréquences (attention
montage shunt), la capacité les hautes, à la fréquence de résonance
le signal passe.
• Toutefois ce circuit seul ne présente pas la sélectivité suffisante pour
notre réception : bande de 6000Hz. Pour un fréquence de
41.000.000Hz, il faudrait plusieurs étages similaires couplés.
Récepteur pour fréquence unique
+
+
• Si l’on construisait un récepteur ne devant recevoir qu’une seule
fréquence on pourrait éventuellement se contenter de ceci,
répété autant de fois que nécessaire :
Les triangles sont des amplificateurs qui non seulement amplifient le
signal mais jouent le rôle de tampon, évitant que chaque étage
LC influe sur le suivant du fait du montage parallèle.
Inconvénients du montage précédent
• Si l’on veut changer de fréquence, il est clair qu’il faut réaligner toute
la chaîne de filtres sur la nouvelle fréquence.
• Le réglage des filtres est extrémement pointu et sensible pour
atteindre la sélectivité voulue : 6khz à 41mhz représente un rapport
de 1 pour 5000
• C’est pour ces raisons qu’on utilise le changement de fréquence
• Amplification et filtrage utilisent une fréquence intermédiaire (FI).
Principe du changement de Fréquence.
• Un peu de maths :
– Une des formules de trigonométrie apprise à l’école
disait ceci :
• cos(a) x cos(b) = ½ (cos (a+b) + cos(a-b))
• Il faut savoir également qu’un onde est représentée par une
fonction sinus ou cosinus fonction du temps ex : cos(a * t)
– Et nous y voila, si on multiplie deux ondes de fréquence x et y on
obtient 2 ondes mélangées dont une qui est la somme des 2
fréquences et une autre qui est la différence de ces 2 fréquences
• Appliqué à notre récepteur on va simplement réaliser la
multiplication de la fréquence reçue avec une autre
générée par le quartz décalée de 455khz
Application du changement de fréquence
• Un récepteur à changement de fréquence comprend donc les
éléments suivants :
+
41.000Mhz
+
Multiplicateur
Sortie FI
455Khz
Oscillateur Quartz
41.455MHZ
• Et donc on travaille sur une fréquence fixe de 455khz avec toujours
une bande passante de 6khz.
• Ce type de récepteur est appelé hétérodyne
Conséquences du changement de fréquence
• Le quartz du récepteur n’oscille pas à la fréquence fondamentale,
mais à la fréquence décalée de 455khz. Pour cette raison il n’est
pas interchangeable avec le quartz d’émission.
• En fait la partie fi amplifie 2 fréquences, la fréquence d’entrée +
455khz, et la fréquence d’entrée -455khz (revoir la formule de trigo),
c’est ce qu’on appelle la fréquence image, décalées de 910khz l’une
de l’autre.
• L’amplification se fait sur une fréquence fixe et avec un rapport
fréquence, bande passante de l’ordre de 1 pour 50, ce qui simplifie
considérablement sa réalisation et son réglage.
Le double changement de fréquence
•
Le double changement de fréquence contourne le problème de la
fréquence image en faisant une première conversion à 10,7MHz (bande
passante 250Khz), ce qui rejette la fréquence image à 20MHz de
différence.
41.000Mhz
Etage
d'entrée
Multiplicateur
Sortie FI
10,7Mhz
Multiplicateur
Oscillateur Quartz
30,300MHZ
Sortie FI
455Khz
Oscillateur Quartz fixe
10,245MHZ
Conséquences du double changement de
fréquence.
• Le quartz est spécifique au double changement, il ne faut pas
utiliser des quartz simple changement.
• Il est très facile de rejeter la fréquence image par un simple filtre
d’entrée du récepteur, puisque la fréquence image est à 1,5 fois la
valeur de la fréquence fondamentale.
• Les fréquences 10,7Mhz et 455Khz sont standard, l’une pour
réception FM stéréo à 250khz de bande passante, l’autre pour la
réception AM jusqu’aux ondes courtes à 8khz de bande passante.
De ce fait il existe des composants nombreux et bon marché
correspondants (filtres céramiques, bobines etc)
Considérations sur l’étage d’entrée
• L’étage d’entrée n’est pas obligatoire mais améliore la qualité du
récepteur. Il est en général constitué d’un étage amplificateur et d’un
filtre passe-bande.
• Le filtre est en général calé sur la fréquence centrale de la bande de
réception et a une largeur de bande permettant de couvrir son
intégralité : par exemple une bande passante de 40 à 42 mhz.
• Son role est double : améliorer le rejet de la fréquence image et
limiter la bande passante, ce qui évite le parasitage par des
fréquences plus ou moins éloignées.
• L’étage ampli, en général un seul transistor, améliore le rapport
signal/bruit, et donc la sensibilité du récepteur.
Qualité d’un récepteur
• La qualité de tout récepteur radio dépend de 2 critères : la sensibilité
et la sélectivité.
• La sélectivité est le fait de ne laisser passer que la bande de
fréquences utiles. C’est le (ou les) changement de fréquence qui ont
apporté une réponse satisfaisante à ce critère.
• La sensibilité est la capacité de travailler avec une très faible
puissance de signal radio disponible. En sortie d’antenne quelques
microvolts sont disponibles et il ne suffit pas de les amplifier très
fortement pour avoir une sensibilité maximum.
La sensibilité d’un récepteur.
• Comme il a été indiqué à la page précédente le signal de départ est
très faible. D’autre part les composants génèrent un bruit de fond
non négligeable en comparaison. Pour cette raison, le critère qui
importe le plus est le rapport signal sur bruit de l’étage d’entrée
exprimé en decibels.
• Si par exemple, pour pouvoir exploiter correctement le signal il faut
un rapport de 10 sur 1 entre la tension utile et le bruit de fond, cela
correspond à 20 décibels de rapport s/b. Si le transistor d’entrée
génère 1 microvolt de bruit, le minimum utile sera de 10 microvolts.
Par la suite les amplis suivants vont amplifier cette tension autant
que nécessaire, mais sans pouvoir améliorer cette valeur.
• C’est pour cette raison que la qualité de l’étage d’entrée est
primordiale pour la sensibilité et qu’un étage est ajouté avant le
multiplicateur qui ne donne pas en général de telles performances
au niveau du bruit.
Remarques sur la sensibilité
• L’antenne ne génère pas de bruit, et donc toute augmentation de
sensibilité de l’antenne est une augmentation dans les mêmes
proportions de la qualité de sensibilité du récepteur. Si une antenne
augmente de 5db (décibels) la puissance fournie par rapport à une
autre, c’est 5db d’augmentation de sensibilité. On peut facilement en
conclure que l’antenne est un élément primordial de la sensibilité
d’un récepteur.
• La sensibilité est exprimée en microvolts (ou dbm) dans les notices
constructeurs et est couramment inférieure au microvolt, toutefois le
rapport signal bruit correspondant à cette mesure n’est que très
rarement indiqué, ce qui enlève un peu de crédibilité à ces
informations.
– Remarque : la valeur 0 dbm correspond à 1mW et s’exprime sur une
échelle logarithmique, en valeurs positives si supérieures à 1mW, et
négatives si inférieures.