Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / réception radio

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Pour recevoir des signaux télégraphiques et à bande latérale unique, les radioamateurs à ondes courtes utilisent souvent ces dernières années des récepteurs dits à conversion directe. Contrairement aux superhétérodynes, ils n'ont pas de chemin FI ni de détecteur - il n'y a qu'un convertisseur de fréquence qui transfère le spectre du signal haute fréquence reçu directement vers la région audiofréquence (en d'autres termes, le filtrage et l'amplification du signal principal se produisent à basse fréquence). fréquences). Grâce à cela, un récepteur à conversion directe s'avère beaucoup plus simple qu'un récepteur superhétérodyne, tant en fabrication qu'en mise en place. Les caractéristiques de sensibilité et de sélectivité élevées des superhétérodynes sont facilement obtenues à l'aide de transistors modernes à faible bruit (le niveau de bruit qu'ils créent, rapporté à l'entrée d'un amplificateur basse fréquence, peut être de 0,1...0,2 μV) et sont assez simples mais efficaces. filtres passe-bas (LPF). A cela s'ajoute la sélectivité « naturelle » de l'audition humaine, des téléphones (haut-parleurs), dont la sensibilité diminue avec l'augmentation de la fréquence. Les avantages indiqués des récepteurs à conversion directe attirent de plus en plus l'attention des concepteurs d'équipements de diffusion.

Cependant, un récepteur à conversion directe conventionnel ne peut pas démoduler les signaux AM et FM. Le fait est que son mélangeur ne détecte pas les oscillations reçues, mais convertit leur fréquence. Par conséquent, lors du réglage, par exemple, sur la fréquence d'une station de radio émettant en AM, un sifflement se fait d'abord entendre (la porteuse bat avec des oscillations de l'oscillateur local), dont la tonalité diminue à mesure que la différence entre les fréquences du signal et la fréquence locale l'oscillateur diminue. Il est quasiment impossible de démonter la transmission dans ces conditions. Avec un réglage plus précis, la tonalité de battement de fréquence F devient très faible, inaudible, mais la transmission s'accompagne de changements périodiques de volume de fréquence 2F. Cela se produit parce que la phase des oscillations de l'oscillateur local change continuellement par rapport à la phase du signal reçu. Lorsque les phases coïncident, le volume de transmission est normal, lorsque leur différence est de 90° ou 270°, il tombe à zéro, lorsqu'il est décalé de 180°, le signal réapparaît, mais sa polarité est inversée. Le point ici, ce sont les battements des deux bandes latérales du signal AM, qui, étant convertis en fréquence audio, sont soit ajoutés, soit soustraits à la sortie du mélangeur.

Avec la modulation de fréquence, la fréquence du signal change dans le temps avec des vibrations sonores allant de fс-Δf à fс+Δf (fс - fréquence porteuse, Δf - déviation de fréquence de l'émetteur). La fréquence de battement F à la sortie du mélangeur récepteur à conversion directe dans ce cas, même avec un réglage fin, ne reste pas constante - elle varie de 0 à Δf. - il est donc généralement impossible de démonter la transmission.

Une bonne qualité de réception des signaux AM et FM est obtenue en synchronisant l'oscillation de l'oscillateur local avec la fréquence porteuse du signal, ce qui peut se faire de plusieurs manières. Le moyen le plus simple consiste à utiliser le phénomène de capture des oscillations de l'oscillateur local du support de signal. Pour ce faire, une partie de la tension du signal provenant du circuit d'entrée ou de la sortie de l'amplificateur RF est introduite dans le circuit oscillateur local. La bande de capture est déterminée par la formule 2Δfз=fcUc/QUг (fс est la fréquence du signal coïncidant avec la fréquence de l'oscillateur local, Uc est la tension du signal d'entrée, Q est le facteur de qualité du circuit de l'oscillateur local, Uг est la tension à ses bornes. ). Il doit être réglé (en ajustant la tension du signal introduit dans le circuit) au minimum requis pour une synchronisation fiable (environ 200...400 Hz). Cela améliore l'immunité au bruit du récepteur en réduisant la probabilité d'interférences traversant le circuit de synchronisation. Avec un facteur de qualité de circuit de Q = 35, une tension Ug = 0,1 V et une bande de capture de 2Δfз = 400 Hz, la tension de synchronisation dans la gamme CB (à une fréquence de 1400 kHz) est d'environ 1 mV, dans la gamme KB ( 14 MHz) - environ 100 μV.

Les récepteurs synchrones plus complexes et avancés contiennent une boucle à verrouillage de phase (PLL). Les articles [1,2] étaient consacrés à la description de tels récepteurs.

Il existe d'autres méthodes pour recevoir des signaux modulés à l'aide d'un récepteur à conversion directe. Ils ont été proposés il y a longtemps, mais, probablement, en raison de leur manque de popularité, ils ne se sont pas encore généralisés. Le but de cet article est d'attirer l'attention des passionnés des laboratoires publics sur les récepteurs asynchrones afin de résoudre pratiquement le problème de leur utilisation dans les communications radioamateurs et pour la réception de diffusion.

Le moyen le plus simple de détecter les oscillations AM dans un récepteur à conversion directe est de le désaccorder à 2...3 kHz par rapport à la porteuse et d'allumer un détecteur pleine onde à la sortie, comme le montre la Fig. 1. Ici U1 est un mélangeur, G1 est un oscillateur local, Z1 est un filtre passe-bas, A1 est un amplificateur passe-bas. A la sortie de ce dernier, un signal de battement de fréquence 2...3 kHz est généré. amplitude modulée par les informations transmises. Grâce au condensateur d'isolement C1, ce signal est fourni au détecteur (V1 - V4). A sa sortie, une tension pulsée avec une fréquence de battement double est libérée, dont l'enveloppe change selon la loi de modulation du signal reçu. En conséquence, une transmission radio et un sifflement continu avec une fréquence de battement doublée (4...6 kHz) sont entendus dans le casque, quelque peu affaiblis par le condensateur de blocage C2. Vous pouvez vous débarrasser de ces interférences en connectant un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure d'environ 3 kHz entre la sortie du détecteur et les téléphones.

Fig. 1

Le récepteur selon le circuit fonctionnel considéré (essentiellement un superhétérodyne avec une très faible - égale à la fréquence de battement - FI) convient aux expériences, mais ne convient pas à la réception de diffusion, car en raison du désaccord important, qui ne peut être inférieur à 1,6 kHz, la bande passante Le chemin de transmission ne coïncide pas avec le spectre du signal, ce qui aggrave l'immunité au bruit et conduit à une distorsion. La tâche de réception des signaux AM, comme cela est maintenant clair, est... mettre en valeur l'enveloppe à une fréquence « porteuse » très basse, située dans la plage audio, et les vibrations de cette dernière doivent être supprimées. Ceci est possible dans un récepteur doté de deux canaux LF dits en quadrature, dont les signaux sont déphasés de 90°. Dans ce cas, après détection pleine onde des signaux en quadrature, les mêmes tensions pulsées (également avec une double fréquence) seront obtenues, mais les pulsations elles-mêmes seront antiphases (lorsque la fréquence est doublée, le déphasage double également), et elles peut être éliminé en additionnant simplement les signaux détectés.

Le schéma fonctionnel d'un tel récepteur de signal AM est présenté sur la Fig. 2 [3]. Il contient deux mélangeurs – U1 et U2. La tension d'oscillateur local G1 leur est fournie via un déphaseur haute fréquence U3, créant un déphasage de 90°. Chaque canal du récepteur possède un filtre passe-bas (Z1 et Z2), un amplificateur passe-bas (A1 et A2) et un détecteur pleine onde - quadrateur (un détecteur pleine onde fonctionnant en mode de détection quadratique effectue l'opération de mise au carré, qui c'est pourquoi on l'appelle aussi quadrateur) U4 et U5. Les signaux des sorties des détecteurs entrent dans le sommateur U6.

Fig. 2

La partie réceptrice, composée des détecteurs U4, U5 et de l'additionneur U6, peut être réalisée selon le circuit représenté sur la Fig. 3. Équilibrez les détecteurs (suppression des battements de fréquence F = fc-fg) à l'aide des résistances d'ajustement R1 et R2. Les signaux détectés sont ajoutés à l'enroulement primaire du transformateur T1, qui peut être remplacé par un amplificateur opérationnel si vous le souhaitez.

Fig. 3

Le degré de suppression du signal à la fréquence 2F dépend de l'équilibrage des canaux et de l'erreur de réglage du déphasage. Avec un déséquilibre de gain dans les voies de +-1% et une erreur de réglage du déphasage de +-1°, il atteint 40 dB. Une telle suppression est suffisante pour les communications radio et la réception de diffusion dans des conditions de signaux faibles ou d'interférences. Pour une réception de haute qualité, elle doit être d'au moins 60 dB, ce qui nécessite naturellement de réduire l'erreur de réglage d'un ordre de grandeur.

La méthode la plus simple de réception de signaux FM n'est essentiellement pas différente de celle décrite pour les signaux AM (voir Fig. 1). La seule différence est que la capacité du condensateur d'isolement C1 doit dans ce cas être faible (pour assurer la différenciation du signal avant la détection). Dans cette condition, la tension détectée sera proportionnelle à la fréquence de battement entre le signal reçu et les oscillations de l'oscillateur local. Une méthode similaire de réception de signaux FM est utilisée dans les appareils connus à faible FI et un détecteur fonctionnant sur le principe d'un compteur d'impulsions |4| L'inconvénient de cette méthode est la présence d'un canal miroir basse fréquence, qui étend la bande passante du récepteur deux fois plus que nécessaire.

Un récepteur asynchrone de signaux FM avec canaux en quadrature [5] contient la même partie d'entrée que le dispositif de réception des oscillations AM, mais les signaux des sorties des amplificateurs LF A1 et A2 sont transmis à un dispositif de traitement dont le schéma fonctionnel est montré sur la Fig. 4. Il se compose des circuits de différenciation U7 et U8, des multiplicateurs U9, U10 et du dispositif de soustraction A3 (la numérotation des éléments du circuit continue ce qui a été commencé sur la figure 2). La bande passante des filtres Z1, Z2 est prise dans ce cas correspondant à l'écart maximum Δfmax du signal FM (50 kHz en radiodiffusion et 6...12 kHz en radiocommunications) ou légèrement supérieure. La constante de temps des circuits différenciateurs est choisie à partir des mêmes considérations : RC=(0,5....0,7)/ 2πΔfmax. Des mélangeurs à diodes en anneau ou des circuits intégrés peuvent être utilisés comme multiplicateurs, et un amplificateur différentiel peut être utilisé comme dispositif de soustraction.

Fig. 4

Considérons le fonctionnement du récepteur. Supposons que le signal S2 soit en retard de 1° sur le signal S90. Dans ce cas, le signal différencié S'2 est en phase avec le signal S1, et son amplitude est proportionnelle à la fréquence F. Une tension positive proportionnelle à cette fréquence et ses secondes harmoniques apparaissent en sortie du multiplicateur U10. Des processus similaires se produisent dans le multiplicateur U9, mais comme le signal différencié et le signal S2 sont déphasés, une tension de polarité négative apparaît à sa sortie. Dans le dispositif de soustraction A3, les secondes harmoniques s'annulent. Changer le signe du désaccord de la fréquence du signal par rapport à la fréquence d'oscillation de l'oscillateur local change la phase du signal S2 de 180° à fc>f, la phase du signal S2 est égale à -90° (dans le mélangeur U2 la fréquence et la phase des oscillations de l'oscillateur local sont soustraites respectivement de la fréquence et de la phase du signal), et à fc

La courbe de discrimination du récepteur (dépendance de la tension de sortie sur le désaccord) est représentée sur la Fig. 5. Son « zéro » correspond à un réglage fin de l'oscillateur local sur la fréquence porteuse du signal. Il est plus facile d'assurer une bonne suppression des battements de fréquence F et de ses harmoniques dans le récepteur considéré, car les interférences ne peuvent être entendues qu'à F.

Fig. 5

Les récepteurs asynchrones à conversion directe avec canaux en quadrature présentent certains avantages par rapport aux superhétérodynes. Dans ceux-ci, par exemple, une sélectivité élevée est facilement obtenue - un effet équivalent à l'utilisation de trois circuits FSS dans le chemin FI d'un superhétérodyne est fourni par un simple filtre passe-bas en forme de U composé d'une bobine et de deux condensateurs. Si vous utilisez des filtres RC actifs pour le filtrage, le nombre de bobines dans le récepteur peut généralement être réduit au minimum. Le principal avantage de ces récepteurs est que toute l'amplification et tout le traitement du signal s'effectuent à basses fréquences, où les circuits intégrés peuvent être largement utilisés sans prendre de mesures particulières de blindage et de découplage des cascades. Les inconvénients incluent une certaine complexité des circuits (cependant, ils vont doubler la complexité du chemin dans les systèmes stéréophoniques !) et, peut-être, une qualité de réception légèrement pire qu'avec les méthodes traditionnelles si les canaux ne sont pas soigneusement équilibrés.

En conclusion, il est intéressant de noter qu'en ajoutant au récepteur de signal AM (Fig. 2) un dispositif réalisé selon le schéma fonctionnel de la Fig. 4, le transforme en un appareil permettant de recevoir des signaux AM et FM, et l'introduction d'un déphaseur basse fréquence supplémentaire le transforme en un récepteur à bande latérale unique [6].

littérature

1. Lyubarsky S. Détecteur AM synchrone. - Radio. 1979, M 10. p. 31.
2. Polyakov V. Détecteur FM avec récepteur à conversion directe PLL - Radio, 1978, n° 11, p. 41.
3. Brevet américain : classe 329.50, n° 3792364 daté du 12.02 février. 1974
4. Unité VHF Terentiev R. Transistor. - Radio. 1971, n° 2, p. 47.
5. Brevet britannique : classe H3A. N° 1173977 du 23.11.1966/XNUMX/XNUMX
6. Brevet américain : classe 329.50, n° 2943193 du 13.06.1960/XNUMX/XNUMX

Auteur : V. Polyakov, Moscou

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