Circuits d'entrée et récepteur RF. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Comme nous l'avons déjà découvert dans le premier chapitre, afin d'augmenter la sensibilité et la sélectivité réelle d'un récepteur hétérodyne, le circuit d'entrée doit fournir un coefficient de transfert de puissance proche de l'unité dans la gamme de fréquences de fonctionnement et autant que possible une atténuation de la sortie. signaux hors bande. Tout cela est les propriétés d'un filtre passe-bande idéal, par conséquent, le circuit d'entrée doit être mis en œuvre sous la forme d'un filtre.

Le circuit d'entrée à boucle unique souvent utilisé est le pire pour répondre aux exigences. Pour augmenter la sélectivité, il est nécessaire d'augmenter le facteur de qualité chargé du circuit, en affaiblissant sa connexion avec l'antenne et le mélangeur ou URF. Mais alors presque toute la puissance du signal reçu sera dépensée dans le circuit et seule une petite partie de celle-ci passera dans le mélangeur ou l'URF. Le coefficient de transfert de puissance sera faible. Si, cependant, le circuit est fortement connecté à l'antenne et au mélangeur, le facteur de qualité chargé du circuit chutera et il atténuera légèrement les signaux des stations adjacentes en fréquence. Mais à côté des bandes amateurs, des stations de diffusion très puissantes fonctionnent également.

Un seul circuit d'entrée en tant que présélecteur peut être utilisé sur les bandes KB basse fréquence, où les niveaux de signal sont assez élevés, dans les récepteurs hétérodynes les plus simples. La communication avec l'antenne doit être rendue réglable et le circuit lui-même accordable, comme illustré à la Fig. 1. En cas d'interférences provenant de stations puissantes, vous pouvez affaiblir la connexion avec l'antenne en réduisant la capacité du condensateur C1, augmentant ainsi la sélectivité du circuit et augmentant en même temps les pertes, ce qui équivaut à allumer l'atténuateur. La capacité totale des condensateurs C2 et C3 est choisie autour de 300 ... 700 pF, ces bobines dépendent de la gamme.

Fig. 1. Circuit d'entrée à boucle unique

Des résultats nettement meilleurs sont obtenus par des filtres passe-bande adaptés à l'entrée et à la sortie. Ces dernières années, il y a eu une tendance à appliquer des filtres passe-bande commutables même à l'entrée des récepteurs de communication professionnels à large plage. Utilisez des filtres d'octave (rarement), de demi-octave et de quart d'octave. Le rapport de la fréquence supérieure de leur bande passante à la fréquence inférieure est égal à 2, respectivement ; 1,41 (racine carrée de 2) et 1,19 (quatrième racine de 2). Bien sûr, plus les filtres d'entrée sont étroits, plus l'immunité au bruit du récepteur large bande est élevée, mais le nombre de filtres commutés augmente considérablement. Pour les récepteurs conçus uniquement pour les bandes amateurs, le nombre de filtres d'entrée est égal au nombre de bandes et leur bande passante est choisie égale à la largeur de bande, généralement avec une marge de 10 ... 30%.

Dans les émetteurs-récepteurs, il est conseillé d'installer des filtres passe-bande entre l'antenne et le commutateur de réception/émission de l'antenne. Si l'amplificateur de puissance de l'émetteur-récepteur est suffisamment large, comme c'est le cas avec un amplificateur à transistor, sa sortie peut contenir de nombreuses harmoniques et d'autres signaux hors bande. Un filtre passe-bande aidera à les supprimer. L'exigence d'un coefficient de transfert de puissance de filtre proche de l'unité est particulièrement importante dans ce cas. Les éléments filtrants doivent être capables de supporter une puissance réactive plusieurs fois supérieure à la puissance nominale de l'émetteur de l'émetteur-récepteur. Il est conseillé de choisir l'impédance caractéristique de tous les filtres de bande pour qu'elle soit la même et égale à l'impédance d'onde du chargeur 50 ou 75 Ohm.

Fig.2. Filtres passe-bande : a - en forme de L ; b - en forme de U

Le schéma classique du filtre passe-bande en forme de L est donné à la Fig. 2a. Son calcul est extrêmement simple. Tout d'abord, le facteur de qualité équivalent Q = fo/2Df est déterminé, où fo est la fréquence médiane de la gamme, 2Df est la bande passante du filtre. L'inductance et la capacité du filtre sont trouvées par les formules :

où R est l'impédance caractéristique du filtre.

En entrée et en sortie, le filtre doit être chargé avec des résistances égales à la caractéristique, il peut s'agir de l'impédance d'entrée du récepteur (ou de la sortie de l'émetteur) et de l'impédance d'antenne. Une désadaptation jusqu'à 10...20% a pratiquement peu d'effet sur les caractéristiques du filtre, mais la différence entre la résistance de charge et la résistance caractéristique de plusieurs fois déforme fortement la courbe de sélectivité, principalement dans la bande passante. Si la résistance de charge est inférieure à celle caractéristique, elle peut être connectée par un autotransformateur à la prise de la bobine L2. La résistance diminuera en k² fois, où k est le rapport d'activation, égal au rapport du nombre de spires de la sortie au fil commun sur le nombre total de spires de la bobine L2.

La sélectivité d'un maillon en L peut être insuffisante, alors deux maillons sont connectés en série. Les liaisons peuvent être connectées soit en branches parallèles entre elles, soit en série. Dans le premier cas, on obtient un filtre en forme de T, dans le second, un filtre en forme de U. Les éléments L et C des branches connectées sont fusionnés. A titre d'exemple, la figure 2b montre un filtre passe-bande en forme de U. Les éléments L2C2 sont restés les mêmes, et les éléments des branches longitudinales ont été combinés en une inductance 2L et une capacité C1/2. Il est facile de voir que la fréquence d'accord du circuit série résultant (ainsi que le reste des circuits de filtrage) est restée la même et égale à la fréquence médiane de la gamme.

Souvent, lors du calcul de filtres à bande étroite, la valeur de la capacité de la branche longitudinale C1/2 s'avère trop petite et l'inductance est trop grande. Dans ce cas, la branche longitudinale peut être connectée aux prises des bobines L2, augmentant la capacité de 1/k² fois, et l'inductance est réduite du même montant.

Fig.3. Filtre à double circuit

Dans les filtres RF, il peut être pratique de n'utiliser que des circuits oscillants parallèles connectés par une sortie à un fil commun. Le schéma d'un filtre à deux boucles avec couplage capacitif externe est illustré à la Fig.3. L'inductance et la capacité des circuits parallèles sont calculées par les formules (1) pour L2 et C2, et la capacité du condensateur de couplage doit être C3=C2/Q. Les coefficients de commutation des sorties du filtre dépendent de la résistance d'entrée requise Rin et de l'impédance caractéristique du filtre R : k²=Rin/R. Les coefficients d'activation des deux côtés du filtre peuvent être différents, assurant une adaptation avec l'antenne et l'entrée du récepteur ou la sortie de l'émetteur.

Pour augmenter la sélectivité, trois circuits identiques ou plus peuvent être activés selon le schéma de la figure 3, réduisant les capacités des condensateurs de couplage C3 de 1,4 fois.

Fig.4. Sélectivité du filtre à trois boucles

La courbe de sélectivité théorique d'un filtre à trois boucles est représentée sur la Fig.4. Le désaccord relatif x=2DfQ/fo est tracé horizontalement, tandis que l'atténuation introduite par le filtre est tracée verticalement. Dans la bande de transparence (x<1), l'atténuation est nulle et le coefficient de transfert de puissance est un. Ceci est compréhensible si l'on tient compte du fait que la courbe théorique est construite pour des éléments sans perte avec un facteur de qualité de conception infini. Un vrai filtre introduit également une certaine atténuation dans la bande passante, qui est associée à des pertes dans les éléments de filtre, principalement dans les bobines. Les pertes dans le filtre diminuent avec l'augmentation du facteur de qualité constructive des bobines Q0. Par exemple, à Q0 = 20Q, les pertes même dans un filtre à trois boucles ne dépassent pas 1 dB. L'atténuation en dehors de la bande passante est directement liée au nombre de boucles de filtrage. Pour un filtre à deux boucles, l'atténuation est de 2/3 indiquée sur la figure 4, et pour un circuit d'entrée à boucle unique, elle est de 1/3. Pour le filtre en forme de U Fig. 3b, la courbe de sélectivité Fig. 4 convient sans aucune correction.

Fig.5. Filtre à trois boucles - schéma pratique

Un schéma pratique d'un filtre à trois boucles avec une bande passante de 7,0 à 7,5 MHz et sa caractéristique mesurée expérimentalement sont représentés sur les figures 5 et 6, respectivement. Le filtre est calculé selon la méthode décrite pour la résistance R = 1,3 kOhm, mais a été chargé sur la résistance d'entrée du mélangeur récepteur hétérodyne 2 kOhm. La sélectivité a légèrement augmenté, mais des pics et des creux sont apparus dans la bande passante. Les bobines de filtrage sont enroulées tour à tour sur des cadres de diamètre 10 mm avec du fil PEL 0,8 et contiennent 10 tours chacune. Le retrait de la bobine L1 pour correspondre à la résistance du feeder d'antenne 75 ohms s'effectue à partir de la deuxième spire. Les trois bobines sont enfermées dans des écrans séparés (des "coupelles" cylindriques en aluminium provenant de panneaux de lampes à neuf broches). Le réglage du filtre est simple et se résume à régler les circuits en résonance avec les potentiomètres à bobine.

Fig.6. Courbe de sélectivité mesurée d'un filtre à trois boucles.

Une attention particulière doit être accordée aux problèmes d'obtention du facteur de qualité de construction maximal des bobines de filtre. Il ne faut pas rechercher une miniaturisation particulière, car le facteur de qualité augmente avec l'augmentation des dimensions géométriques de la bobine. Pour la même raison, il n'est pas souhaitable d'utiliser un fil trop fin. L'argenture du fil donne un effet notable uniquement sur les bandes HF haute fréquence et sur VHF avec un facteur de qualité constructive de la bobine supérieur à 100. Il est conseillé d'utiliser du fil de litz uniquement pour les bobines d'enroulement dans les gammes de 160 et 80 m. Les pertes plus faibles dans le fil argenté et le fil de litz sont dues au fait que les courants à haute fréquence ne pénètrent pas dans l'épaisseur du métal, mais ne circulent que dans une fine couche superficielle du fil (ce que l'on appelle l'effet de peau).

Un écran parfaitement conducteur ne réduit pas le facteur de qualité de la bobine et élimine également les pertes d'énergie dans les objets entourant la bobine. Les écrans réels introduisent quelques pertes, il est donc conseillé de choisir un diamètre d'écran égal à au moins 2-3 diamètres de bobine. Dans le même temps, l'inductance diminue également dans une moindre mesure. Le but principal des écrans est d'éliminer les liaisons parasites entre éléments. Cela n'a aucun sens, par exemple, de parler d'obtenir une atténuation de plus de 20 ... 30 dB si les détails du filtre ne sont pas blindés et que le signal peut être induit des circuits d'entrée vers ceux de sortie. L'écran doit être fait d'un matériau bien conducteur (le cuivre, l'aluminium est un peu moins bon). La peinture ou l'étamage des surfaces intérieures de l'écran n'est pas autorisé.

Ces mesures fournissent des bobines à facteur de qualité exceptionnellement élevé, mises en œuvre, par exemple, dans des résonateurs hélicoïdaux. Dans la gamme 144 MHz, il peut atteindre 700 ... 1000. La figure 7 montre la conception d'un filtre passe-bande à double cavité de 144 MHz conçu pour être inclus dans une ligne d'alimentation de 75 ohms. Les résonateurs sont montés dans des écrans rectangulaires de 25X25X50 mm, soudés à partir de feuilles de cuivre, de laiton ou de plaques de fibre de verre à double face. Le déflecteur intérieur a un trou de connexion mesurant 6X12,5 mm. Des condensateurs d'accord d'air sont fixés sur l'une des parois d'extrémité, dont les rotors sont reliés à l'écran. Les bobines du résonateur sont sans cadre. Ils sont faits de fil argenté d'un diamètre de 1,5 ... 2 mm et ont 6 tours d'un diamètre de 15 mm, étirés uniformément sur une longueur d'environ 35 mm. Une sortie de la bobine est soudée au stator du condensateur ajustable, l'autre à l'écran. Les prises à l'entrée et à la sortie du filtre sont faites à partir de 0,5 tour de chaque bobine. La bande passante du filtre accordé est légèrement supérieure à 2 MHz, la perte d'insertion est calculée en dixièmes de décibel.La bande passante du filtre peut être ajustée en modifiant la taille du trou de couplage et en sélectionnant la position des prises de la bobine.

Fig.7. Filtre résonateur hélicoïdal

Sur les bandes VHF à plus haute fréquence, il est conseillé de remplacer la bobine par un morceau de fil ou un tube droit, puis le résonateur en spirale se transforme en un résonateur coaxial quart d'onde chargé d'une capacité.La longueur du résonateur peut être choisie environ l / 8, et la longueur manquante jusqu'au quart de la longueur d'onde est compensée par une capacité d'accord.

Dans des conditions de réception particulièrement difficiles sur les bandes KB, le circuit ou filtre d'entrée du récepteur hétérodyne est rendu accordable en bande étroite. Pour obtenir un facteur de qualité chargé élevé et une bande étroite, la connexion avec l'antenne et entre les circuits est choisie minimale, et pour compenser les pertes accrues, un amplificateur à transistor à effet de champ est utilisé. Son circuit de grille shunte peu le circuit et ne réduit presque rien son facteur de qualité. Il n'est pas pratique d'installer des transistors bipolaires dans l'URF en raison de leur faible résistance d'entrée et de leur non-linéarité beaucoup plus grande. Le schéma URCH est illustré à la Fig. 8. Un filtre passe-bande accordable à deux circuits à son entrée fournit toute la sélectivité requise, par conséquent, un circuit à faible Q non accordable L3C9, shunté par la résistance R3, est inclus dans le circuit de drain du transistor. Cette résistance sélectionne le gain de la cascade. En raison de la faible amplification de la neutralisation de la capacité de passage du transistor n'est pas nécessaire.

Fig.8. Amplificateur RF

Le circuit de drain peut également être utilisé pour obtenir une sélectivité supplémentaire si la résistance shunt est omise, et pour réduire le gain, le drain du transistor est connecté à la prise de la bobine de boucle. Le schéma d'un tel RF pour la portée de 10 m est illustré à la Fig. 9. Il fournit une sensibilité de récepteur meilleure que 0,25 μV.Dans l'amplificateur, des transistors à double grille KP306, KP350 et KP326 peuvent être utilisés, qui ont une petite capacité de débit, ce qui contribue à la stabilité de l'URF avec une charge résonnante.

Fig.9. URC sur un transistor à double grille

Le mode transistor est défini en sélectionnant les résistances R1 et R3 de sorte que le courant consommé par la source d'alimentation soit de 4 à 7 mA. Le gain est sélectionné en déplaçant le robinet de la bobine L3 et lorsque la bobine est complètement allumée, il atteint 20 dB.Les bobines de boucle L2 et L3 sont enroulées sur des anneaux K10X6X4 en ferrite 30VCh et ont 16 tours de fil PELSHO 0,25. Les bobines de communication avec l'antenne et le mélangeur contiennent 3 à 5 tours du même fil. Il est facile d'introduire un signal AGC dans l'amplificateur en l'appliquant sur la deuxième grille du transistor. Lorsque le potentiel de la deuxième grille est réduit à zéro, le gain diminue de 40...50 dB.

littérature

1. V.T. Polyakov. Radioamateurs sur la technique de conversion directe. M. 1990

Auteur : V.T.Polyakov ; Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru

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