Le Récepteur radio

1. Le Récepteur radio Notions de base a l’usage des radio-modélistes Par Robert Muller

2. 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

3. Le filtre LC • Pour sélectionner une bande fréquence on utilise un filtre LC : • Ce circuit ne laisse passer qu’une seule fréquence, appelée fréquence de résonance

4. 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.

5. 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.

6. 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).

7. 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

8. Application du changement de fréquence • Un récepteur à changement de fréquence comprend donc les éléments suivants : • Et donc on travaille sur une fréquence fixe de 455khz avec toujours une bande passante de 6khz. • Ce type de récepteur est appelé hétérodyne

9. 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.

10. 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.

11. 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)

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.