Un autre regard sur nos récepteurs (VHF - UHF)

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1 Un autre regard sur nos récepteurs (VHF - UHF)
Joël Redoutey - F6CSX 8/12/2001

2 Synoptique d ’un RX V-UHF

3 Tête HF Oscillateur local

4 Filtre présélecteur Atténuer les signaux indésirables
Gabarit d ’un filtre idéal Amplitude Fréquence

5 Sélectivité et facteur de qualité Q

6 Préamplificateur Gain Gp (en dB) Facteur de bruit (NF)
Intermodulation (IMD) GaAs FET (NF<1dB) MOS FET (NF1dB) Bipolaire (NF1dB)

7 Facteur de bruit d ’un système à plusieurs étages
F total = F1 + (F2 - 1)/G1 + (F3 - 1)/G1G Le premier étage est déterminant

8 Préamplificateur faible bruit
Gain max ne correspond pas au min de bruit Impédance de source optimale Z opt50 Pertes dans le circuit d ’adaptation  NF 50 Zopt Circuit d ’adaptation transistor

9 Préampli 432 MHz - MGF1302 (DL4MEA)

10 Le mélangeur

11 Changement de fréquence
e1(t) = A1sin1t e2(t) = A2sin2t eS(t) = e1(t).e2(t) = A1A2.sin1t.sin2t d’après la relation trigonométrique sina.sinb = (½)[cos(a-b)-cos(a+b)]  on a : eS(t) = (A1A2/2)cos(1- 2)t (A1A2/2)cos(1+ 2)t Battement inférieur Battement supérieur

12 Réception 145,0 MHz avec FI à 10,7 MHz
Battement Infradyne 134,3MHz 279,3MHz 10,7MHz 145,0MHz FI OL Fréquence Spectre en sortie du mélangeur

13 Réception 145,0 MHz avec FI à 10,7 MHz
Battement Supradyne 155,7MHz 10,7MHz 145,0MHz 300,7MHz FI Fréquence OL Spectre en sortie du mélangeur (inversé)

14 Fréquence image Oscillateur local Fréquence Fréquence image à recevoir
Battement sup. FI Fréquence Exemple: FI=10,7 MHz Frx=145,0 MHz Fol= 134,3 MHz Fimage = 123,6 MHz Fsupra=279,3 MHz

15 Produits d ’intermodulation
Non linéarité  génération d ’harmoniques F imd = ( nFol ± FI)/m n et m nombres entiers Exemple: n et m = Fimd = 139,65 MHz 139,65 x 2 = 279,3MHz 2 x Fol = 134,3 MHz 279, ,3 = 145 MHz

16 Mélangeur non linéaire
Tout dispositif présentant une caractéristique non linéaire peut être utilisé comme mélangeur. D ’une manière générale, la fonction de transfert peut être mise sous la forme d ’un polynôme: Vsortie = a + bVentrée + cVentrée2+ d Ventrée3 + … On retrouve en sortie la fréquence d ’entrée, la fréquence de l ’oscillateur local et tous leurs produits d ’intermodulation...

17 Mélangeur non linéaire
Élément non linéaire Signal d ’entrée + Diode Transistor FET Oscillateur local

18 Mélangeur à commutation

19 Décomposition en série de Fourrier
Tout signal périodique peut être décomposé en une somme de signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence du signal de départ.

20 Cas d ’un signal carré symétrique
SLO(t) = (4/ )[sinLOt - (1/3).sin3LOt + (1/5)sin5LOt - …] temps T=1/F T fréquence F 3F 5F 7F

21 Mélangeur à commutation
Signal sinusoïdal Signal Carré symétrique Sortie

22 Spectre de sortie du mélangeur à commutation
La fréquence d ’entrée et la fréquence de l ’oscillateur local sont éliminées. On ne retrouve que les battements de la fréquence d ’entrée avec la fréquence de l ’oscillateur local et de ses harmoniques impaires.

23 Fentrée: 5MHz -20dBm Fosc local:20MHz +7dBm

24 Mélangeur équilibré La fréquence de l ’OL est présente en sortie

25 (Double Balanced Mixer)
Mélangeur en anneau (Double Balanced Mixer) La fréquence d ’entrée et la fréquence de l ’oscillateur local sont éliminées en sortie.

26 Mélangeur actif : La cellule de Gilbert

27 DBM ou actif ? DBM Gilbert cell P osc local +7 à +10dBm -5 à +3 dBm
Gain de conv -6dB 6 à 10 dB P1dB 1dBm -6 dBm IP3 +13 dBm 3dBm

28 Filtrage FI

29 Filtre à quartz La bande passante du filtre doit être adaptée au
mode de trafic: 5 kHz pour la FM canaux au pas de 12,5 kHz 12 kHz pour la FM canaux au pas de 25 kHz 2,4 kHz pour la BLU Le filtre doit être adapté en impédance en entrée et en sortie.

30 L ’oscillateur local

31 Oscillateur local Stable (en température, dans le temps, environnement) Précis (affichage, référence) Agile (temps de verrouillage) Grande pureté spectrale Faible bruit de phase

32 Bruit de phase

33 Bruit de phase Bruit de grenaille (en 1/f) augmente avec le courant de polarisation FET meilleur que bipolaire Q du circuit oscillant Quartz meilleur que LC Facteur de bruit du transistor

34 OSCILLATEUR Principe: Un élément actif compense les pertes
du circuit oscillant Deux approches théoriques possibles Automatique: rétroaction positive Electronique: résistance négative

35 Structures d ’oscillateur
Colpitts Hartley

36 Voltage Controled Oscillator VCO
Diode VARICAP diode polarisée en inverse par Vr capacité  quand Vr  Q relativement faible Cmax/Cmin <10 Pente Ko du VCO Ko =  f/Vr

37 Boucle à verrouillage de phase PLL
Comparateur de phase Filtre de boucle VCO Sortie + X F référence - Si la boucle est verrouillée : F sortie = F référence

38 Synthétiseur de fréquence
Comparateur de phase Filtre de boucle VCO Sortie + X F référence - Fsortie/N F sortie Divise par N F sortie = N x F référence

39 Fréquence de référence
Oscillateur pilote à quartz Diviseur par R F comp TCXO OCXO F comparaison = F référence / R

40 Synthétiseur de fréquence
Comparateur de phase Filtre de boucle VCO Sortie + X F comparaison - Fsortie/N F sortie Divise par N F sortie = N x F comparaison F sortie = N x F référence / R Programmation

41 Limitation en fréquence
Le diviseur programmable est limité en fréquence à quelques dizaines de MHZ: Prédiviseur rapide

42 Synthétiseur pour fréquences élevées
Comparateur de phase Filtre de boucle VCO Sortie + X F comparaison - F sortie Divise par N Divise par P Fsortie/NP Programmation

43 Inconvénient du prédiviseur
Sans prédiviseur: Fsortie = N x Fcomp le pas du synthétiseur est Fcomp Avec prédiviseur: Fsortie = N x P x F comp le pas du synthétiseur est P x Fcomp Pour un même pas, la fréquence de comparaison est P fois plus faible

44 Exemple Synthétiseur 145 MHz au pas de 12,5 kHz
MC avec prédiviseur par 10 Fcomp = 12,5 kHz / 10 = 1,25 kHz N =  Fsortie = x 1,25 = kHz N =  Fsortie = x 1,25 = ,5 kHz

45 Inconvénient d ’un fréquence de comparaison basse
F comparaison  F coupure filtre de boucle Temps de verrouillage de la boucle Bruit de phase

46 Synthétiseur à deux modules
F comparaison Filtre de boucle VCO + - Sortie Comparateur de phase Compteur A F sortie Programmation Divise par P ou P+1 M RAZ

47 Phase 1 Prédiviseur par P+1
Les compteurs A et M reçoivent des impulsions de fréquence F1 = Fvco/(P+1), c ’est à dire de période T1 = 1/ F1 =( P+1) / Fvco = (P+1) Tvco Le compteur A déborde au bout d ’un temps: t1 =A x T1 = A(P+1)Tvco et change le rapport de division de P+1 à P

48 Phase 2 Prédiviseur par P
Les compteurs A et M reçoivent des impulsions de fréquence F2 = Fvco / P, c ’est à dire de période T2 = 1/ F2 = P / Fvco = P Tvco Le compteur M déborde au bout d ’un temps: t2 = (M-A)PTvco et réinitialise le système.

49 Résultat La période des impulsions reçues par le comparateur
de phase est : t1 + t2 = (MP + A)Tvco soit une fréquence: F = Fvco /(MP + A) Lorsque la boucle est verrouillée F = Fcomp d ’où: Fvco = (MP + A) Fcomp

50 Exemple Synthétiseur 145 MHz au pas de 12,5 kHz
Prédiviseur par 10 / 11 = 12,5 (10M + A) M = A = 0 ,5 = 12,5 (10M + A) M= A = 1

51 Intérêt du synthétiseur à deux modules
Le pas du synthétiseur est égal à la fréquence de comparaison quelle que soit la valeur du prédiviseur. Tous les synthétiseurs modernes sont de ce type (fractional N)

52 Conclusion Les performances d ’un récepteur sont
essentiellement dans la tête HF: sélectivité linéarité facteur de bruit résistance aux signaux forts qualité de l ’oscillateur local