Théorie des récepteurs

.                          TECHNOLOGIE DES RECEPTEURS
                         ==========================

3 grandes familles :
- recepteur de radiodiffusion dit grand public (pas glop)
- recepteur de trafic dit professionnel (glop glop)
- recepteur d'appel de personne dit paging (bip)


1) QUALITES DES RECEPTEURS :
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a) Sensibilité :
===============
Elle définit l'aptitude du récepteur a permettre l’écoute de signaux de
faible amplitude.
Elle se chiffre par la plus petite valeur qu'il faut donner au signal
d'entrée pour obtenir a la sortie du récepteur (S+B)/B determiné

( ex: 1µV en A1 pour (S+B)/B=10 dB )


b) Sélectivité :
===============
aptitude du récepteur à éliminer les émissions étrangères adjacentes à
sa fréquence de travail. Elle permet l'écoute distincte sans brouillage
de 2 stations dont les fréquences sont voisines.
Elle se chiffre par l'écart mini de fréquence séparant 2 stations que
peut distinguer sans brouillage le récepteur


c) Linéarité :
=============
aptitude à recevoir simultanément un signal utile de faible amplitude et
un signal brouilleur de fort niveau (complémentaire de la sélectivité)


d) Fidélité :
============
aptitude du récepteur à restituer en sortie le signal de modulation sans
déformation. Elle se chiffre en terme de distorsion. Il faudra faire un
compromis entre la fidélité et la sélectivité.


e) Stabilité :
=============
aptitude du récepteur à conserver son réglage sur une fréquence fixe dans
le temps quand les conditions d'environnement se modifient.


f) Absence de rayonnement parasite :
===================================


--> Privilégier l'un des critères de qualité se fait au détriment d'un
ou plusieurs autres. Exemples:
* Augmenter la sensibilité favorise la réception du signal désiré mais
aussi celle des brouilleurs, d'où diminution de la linéarité ==> Compromis
sensibilité/linearité
* Augmenter la sélectivité entraine une diminution de la bande passante,
c'est a dire l'élimination de certaines composantes du signal utile ==>
Diminution de la fidélité.

2) Le bruit en réception :
=========================

a) Représentation du bruit (loi de la thermodynamique)
======================================================

* fem du bruit (fem=force électro-motrice)
------------------------------------------
A toute résistance R correspond une fem de bruit thermique donnée par:

!  E eff = SQR (4.K.T.R.f)          (Rappel: SQR=racine carrée)

  avec K=constante de Boltzmann
       T=temperature en °K
       f=bande de fréquence sur laquelle on considère le bruit
       R en ohm


* Puissance de bruit :
---------------------
Toute source de bruit thermique délivre une puissance de bruit.

     Pb=K.T.f   


* Temperature de bruit :
=======================
On définit par rapport a la puissance de bruit, une température fictive
qui correspondrait a la température de la résistance fournissant cette
puissance de bruit.

                    Tb=Pb/(K.f)


* Densité spectrale de bruit :
=============================
energie du bruit représentée dans le plan spectrale

           ç(f)=K.Tb/2



b) Le facteur de bruit :
=======================

Definition : C'est le rapport de la puissance totale de bruit ramené à
l'entrée du récepteur a la puissance de bruit due a l'impedance de
la source (générateur ou aérien) absorbée par le récepteur

                     S/B entr‚e du recepteur
             Fb = _______________________
                     S/B sortie du recepteur

PS: On entend par S/B le rapport (signal+bruit)/bruit


Calcul du facteur de bruit :
===========================

           ***********     ***********     ***********
           *Ampli    *     *Ampli    *     *Ampli    *
entrée >****Gain G1  ***>***Gain G2  ***>***Gain G3  **....**> sortie
           *Bruit Fb1*     *Bruit Fb2*     *Bruit Fb3*
           ***********     ***********     ***********


Fb total = Fb1 + (Fb2 -1)/G1  + (Fb3 -1)/(G1.G2) +...
-----------------------------------------------------

LE 1ER ETAGE DOIT ETRE A TRES FAIBLE BRUIT !!



c) Source de bruit :
===================
. Bruits internes (le bruit de grenaille et de scintillation)
. Bruits externes:
  - Bruits atmosphériques : orage, décharge électrique variable avec
    l'heure, la saison, la latitude, prédominant jusqu'à 15 MHz, faible
    au-delà de 30 MHz.
  - Bruits galactiques : émis par les étoiles, quasar, pulsar, étoile à
    neutron, prédominant au dela de 15 MHz, parasites génant a haute
    fréquence pour antenne directive.
  - Bruits industriels : appareils électriques, usines, machines tournantes
    de niveaux variables et difficile a definir.
    Génant à toute fréquence
  - Bruits thermodynamiques : agitation thermique des conducteurs environnant.
    Important a partir de 30 MHz

On définit le champ moyen de bruit variable avec la position geographique,
le jour, l'heure, la fréquence qui entre en jeu pour le facteur de bruit ou le
compromis sensibilité/linearité.

ex : 0,25µV/m pour f<15 MHz } avec des variations de
      0,1 µV/m pour f>15 Mhz }       ñ20 dB

.                       III LES ETAGES D'ENTREE
                        ===================

Rôles :
- Amplifier le signal reçu pour attaquer le 1er mélangeur
- filtrer
- protéger la suite du récepteur contre les signaux forts

Ils sont généralement composés d'un amplificateur precedé et suivi de
filtres. La tendance actuelle est parfois différente et on distingue
deux catégories de matériel :
   - etages d'entree accordés
   - etages d'entrée LB (Large Bande)

1) Etages d'entrée accordés :
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 Principe : Tous les circuits d'entrée sont accordés sur la fréquence
            d'accord du récepteur. Pour pouvoir couvrir toute la gamme
            du recepteur, cette fréquence d'accord va se déplacer. Il
            faut donc une commande unique pour tous les circuits
            d'entrée.

 L'accord se fait par variation de capacité (condensateur variable a air,
 varicap) ou par variation d'inductance (self à noyau plongeur)

 Protection contre les brouilleurs : Pour un tel type de récepteur, plus
 l'ecart d'un brouilleur par rapport au signal utile sera grand, plus
 grande sera la protection contre ce brouilleur.


2) Etages d'entrée à LB :
=======================

 Principe : Les circuits accordés sont remplacés par des filtres plus ou
            moins LB. On distingue deux cas :
             - plusieurs filtres de bande
             - un seul filtre à l'entrée
            On peut trouver également des filtres de sous-bande ou sous-gamme.

 Protection contre les brouilleurs : Elle ne dépend plus maintenant de
 l'ecart brouilleur/signal utile (si les 2 dans la meme s/gamme).
 L'atténuation due au filtre d'entrée sera nulle. C'est la caractéristique
 de linéarité de l'ampli d'entrée qui détermine la tenue au brouilleur.


3) Amplificateur d'entrée HF
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 A) Generalités :
 ===============
 * Ancien type de récepteur => Utilisation d'un ampli
 En effet, l'attaque du 1er mélangeur doit se faire avec un niveau de
 signal élevé et avec le moins de bruit possible.
 * Nouveau type de récepteur => Ampli moins nécessaire
 L'utilisation de mélangeur à faible bruit permet de s'affranchir de
 l'ampli d'entrée. Quand ils existent, ils sont associés à des circuits
 d'entrée accordés. Ils doivent l'être également. Ils auront donc une
 certaine impédance de charge constituée par des circuits oscillants ou
 des circuits couplés.

 Qualités demandées à l'ampli :
   - facteur de bruit faible
   - gain en puissance
     Diminution du facteur de bruit des amplificateurs suivants
   - attaque des mélangeurs avec un niveau suffisant
     Restriction : Gain pas trop elevé car risque d'accrochage due au
                   capacités parasites d'entrée qui apparaissent en HF.
   - Linéarité (transmodulation) : Capacité d'amplifier un signal utile
     par rapport à un faible brouilleur.

IV. Perturbations dans la chaine HF :                  
====================================

1) La fréquence image :
======================
C'est une fréquence indésirable (interne ou reçu à l'antenne) et qui
dans le changement de fréquence, est prise en compte par le récepteur.
C'est à dire qu'elle se situe dans la bande passante des circuits.

                   ***********
                   *         *
          Fhf  ===>*Melangeur*===> Fol-Fhf = Fi
                   *         *
                   ***********        
                        |
                        ^
                       Fol

Fhf = fréquence antenne
Fol = fréquence de l'oscillateur local
Fi = fréquence intermédiaire

A la sortie d'un mélangeur, vous trouvez tous les produits issus du
mélange : C'est à dire la somme et la différence des fréquences Fhf et
Fol et de leurs harmoniques (en valeur absolue, bien sûr ...)

   Ex : Fol-Fhf / Fol+Fhf / Fhf-Fol / Fol+2Fhf / 2Fol+2Fhf / 2Fol-Fhf
        ... / 3Fhf-2Fol / etc...

Or, imaginez qu'à la place de recevoir Fhf, nous recevions Fhf'=Fhf+2Fi


En sortie du mélangeur, nous aurons :

Fhf'-Fol = Fhf + 2fi - Fol = Fhf + 2 fi - (Fhf + Fi) = Fi !!


Cette Fi' est égale à Fi mais provient de la fréquence parasite Fhf'.
Ce brouilleur est appelé FREQUENCE IMAGE.

   ********************************
   * FREQUENCE IMAGE = Fhf ± 2.Fi *
   ********************************

ON PRENDRA DONC UNE Fi HAUTE :
exemple d'un récepteur dont je tairai la marque

1ere Fi : 102.5 MHz
2eme Fi : 2.5 MHz
3eme Fi : 50 KHz

==> Rejection fq image supérieure à 80dB



2) La frequence harmonique :
===========================
Reprenons l'exemple ci-dessus du mélangeur :
Parmi toutes les combinaisons possibles de frequence, supposons

                    Fhf' = Fol ± (Fi/n)

                    Cela donne Fi' = Fi / n

                    On voit que Fi = n.Fi'

Nous aurons à la sortie du mélangeur Fi' et ses harmoniques dont nFi'
correspondant à notre Fi de notre récepteur.

On s'affranchira du brouilleur harmonique et du brouilleur image en
disposant avec le mélangeur un ampli HF tres sélectif centré sur la
fréquence à recevoir Fhf et par un choix judicieux de la fréquence Fi.


3) Choix de la Fi :
=================
Dans un mélangeur, Fi = p.Fhf ± q.Fol ; suivant les valeurs de Fhf et
Fol, suivant leur position relative dans le spectre, on obtient :

* Fi < Fhf : Cas d'une Fi basse
             Récepteur infradyne

* Fi > Fhf : Cas d'une Fi haute
             Récepteur supradyne

Si plusieurs changement de fréquence => Récepteur superhétérodyne
Fi haute : superhétérodyne supradyne
Fi basse : superhétérodyne infradyne

Recepteur à Fi basse :
=====================
norme radiodiffusion (et CB...)
1ere Fi : 10.7 MHz
2eme Fi : 455 KHz

Recepteur à Fi haute :
=====================
1ere Fi de 40 à plus de 100 MHz


Inconvenients de la Fi haute :
============================
Filtrage difficile (cher), facteur de bruit plus important

Avantages de la Fi haute :
=========================
- La fréquence intermédiaire et la Fol ne tombe plus dans la gamme du
  récepteur
- La fréquence image est rejetée trés loin
- L'entrée HF peut être alors réalisée avec des filtres passe-bande fixe

Différents types de mélangeurs :
===============================

* Modulateur en anneau (composé de 4 diodes et 2 transformateurs)

* Mélangeur à transistors bipolaires
 
  Avantages : Puissance hétérodyne faible
              Consommation des 2 transistors faible

  Inconvenient : Linéarité médiocre à cause de la faible puissance
                 du signal hétérodyne (signal hétérodyne = Fol).
                 Mélangeur simple adapté au utilisation sans performance
                 très grande

* Mélangeur à FET (transistor à effet de champs)
 
  Avantage : Bonne symétrie de l'une quelconque des voies par rapport
             au deux autres => Bon équilibrage

* Modulateur paramétrique :
  On utilise la réactance variable d'une varicap.
  L'interaction de deux fréquences différentes sur la varicap donne
  naissance aux fréquences somme et différence des frequences incidentes.



Démodulateurs :
==============

* Démodulateur par détection d'enveloppe (Démod AM)

  Signal ==> Diode en serie ==> Circuit RC //  ==> Capa  ==> BF
   Fi                                               de
                                                 découplage


* Démodulation cohérente :
                
                 *************
        Fi =====>*Multiplieur*==> Fs
                 *************
                       |
                       ^
                      Fol

Soit Fi ==> s(t)=A.cos(Wt).cos(wt) avec w = pulsation porteuse HF
                                        W = pulsation sigal utile BF
                                        w>>W

Rappel : w = 2.Pi.f (w en rad/s et f en Hz)

Soit Fol => Eol = cos (wt)

Fs = S(t) x Eol

Fs = Acos² (wt).cos(Wt) = A/2.[1+cos (2wt)].cos (Wt)

                        = A/2.cos (Wt) + A/2. cos (2wt).cos(Wt)
                          ============
                               |
                               |
                               ^
                       Signal BF qu'il suffit de récupérer avec un
                       filtre passe-bas.



* Démodulation A1A (morse) :
           ***************
 s(t) ====>* Multiplieur *==>A.cos(Wt).cos(wt) ou rien ==> Filtre ==> BF
           ***************                               Passe-bas
                  |
                  |
                  ^
              BFO (cos Wt)


* Démod FM (avec discriminateur de frequence)

CIRCUITS ANNEXES

CAG - Contrôle automatique de gain :
***********************************
a) But :
=======
Maintenir le niveau de sortie du récepteur constant quelque soit le
niveau du signal d'entrée.
En effet, le récepteur a un gain global. Si ce gain est constant, le
niveau de sortie sera d'autant plus fort que le niveau d'entrée aug-
mentera. Cela entrainera des distorsions et du fading. Il faut donc
réguler le gain de l'amplification en fonction des niveaux forts
d'entrée.

b) Principe :
============
On realise cela avec une boucle d'asservissement :
- Elaboration d'une tension de commande
- Circuit à gain variable

Elaboration de la tension de commande :
obtenue généralement par détection du signal à fréquence intermédiaire

        ****************                       ****************
   =====* Ampli à gain *==============+========* Demodulateur *==
        * variable     *              |        ****************
        ****************              |
                    ^                 |
                cmd |                 v
            de gain |           ***************
                    |           * Detection   *
                    +===========*     +       *
                                * intégration *
                                *  du signal  *
                                ***************

NDLR :
Il n'est pas très facile de faire les courbes sous DOS... Alors je vais
expliquer un peu le schéma. Le signal de réception parvient donc à
l'amplificateur à gain variable de la chaine (Pour information, il peut
y avoir plusieurs amplificateurs à gain variable dans la chaine de
réception. Le signal ainsi amplifié est démodulé pour obtenir le signal
BF (basse fréquence) mais il est également détecté puis intégré
(intégré = moyenné) afin d'obtenir une "image" du niveau du signal reçu.
Ainsi, si ce niveau augmente, le gain de l'ampli diminue et vice versa.
Vous avez donc une "régulation" du niveau du signal avant démodulation.

En general, le CAG n'augmente pas le gain du récepteur. Il le diminue.


Le silencieux (ou squelch)
**************************
En l'absence de signal utile en entrée, les récepteurs fournissent en
sortie BF du bruit (souffle).
Le dispositif de squelch assure la coupure de la sortie BF dès qu'il
n'y a plus de signal utile et à l'inverse, la rétablit dès l'apparition
de l'info.
Il est surtout utilisé en FM.


Dispositifs utilisés :
*********************

A) Silencieux de porteuse :
==========================
Une détection de niveau en sortie de la chaine FI permet de savoir si un
signal est présent à l'entrée du récepteur.

  Si niveau > seuil ==> autorisation BF

B) Silencieux de bruit :
=======================
En l'absence de signal, certains circuits (comme le discriminateur de
fréquence pour la démodulation FM) fournissent un bruit important. Ce
bruit est en dehors de la bande BF (10 KHz). On place un filtre et une
détection de ce bruit pour élaborer une tension de commande de l'ampli
BF.

C) Silencieux de sous-porteuse :
===============================
Certaines stations d'émission émettent en plus du signal normal, une
sous-porteuse modulée à fréquence fixe de 150 Hz (par exemple)

D) Silencieux à sous-bandes :
============================
Détection ou non d'un déséquilibre de niveau entre 2 parties de bandes BF.

Exemple :
Si bruit blanc => Pas de déséquilibre => On coupe
Si variation => Info => On rétablit


E) Préselecteur d'antenne :
==========================
Rôle : Protéger le récepteur contre les émissions indésirables et génan-
tes appelées brouilleurs situées à un écart f de la fréquence d'accord
du récepteur : Fonction de filtrage par filtre étroit de fréquence fixe
(filtre étroit accordable ou filtre de sous-gammes)

Qualité demandée au préselecteur : Peu de perte de transmission.

NDLR : Nos boites d'accord d'antenne remplissent tout à fait ce rôle,
       non ? Alors autant les utilisées. Sans oublier que celles-ci
       permettent de filtrer les émissions non essentielles en
       émission !


F) Multicoupleur d'antennes :
============================
Dans une configuration normale, un récepteur doit avoir sa propre antenne.
Dans le cas où nous aurons plusieurs récepteurs au même endroit et des
contraintes de place, il est alors intéressant, voire nécessaire de
n'utiliser qu'une seule antenne.
L'antenne est alors reliée à un multicoupleur d'antennes qui alimente
chacun des récepteurs

Problèmes à résoudre :
- éviter les reactions entre récepteurs
- garantir à chacun des récepteurs les mêmes performances comme si ils
  etaient seuls sur leur propre antenne.


On trouve 2 types de multicoupleurs : passif et actif

Passif = résistances, inductances, transfos, capa, coupleur hybride
Actif = Elements amplificateurs

Voila, c'est terminé pour les recepteurs.