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Un autre regard sur nos récepteurs (VHF - UHF) Joël Redoutey - F6CSX8/12/2001.

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1 Un autre regard sur nos récepteurs (VHF - UHF) Joël Redoutey - F6CSX8/12/2001

2 Synoptique d un RX V-UHF

3 Tête HF Oscillateur local

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

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 G1G2G3 F1 F2F3 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 adaptationtransistor

9 Préampli 432 MHz - MGF1302 (DL4MEA)

10 Le mélangeur

11 Changement de fréquence e 1 (t) = A 1 sin 1 te 2 (t) = A 2 sin 2 t e S (t) = e 1 (t).e 2 (t) = A 1 A 2. sin 1 t.sin 2 t daprès la relation trigonométrique sina.sinb = (½)[cos(a-b)-cos(a+b)] on a : e S (t) = (A 1 A 2 /2)cos( )t - (A 1 A 2 /2)cos( )t Battement inférieurBattement supérieur

12 Réception 145,0 MHz avec FI à 10,7 MHz 134,3MHz 145,0MHz10,7MHz 279,3MHz OL FI Spectre en sortie du mélangeur Fréquence Battement Infradyne

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

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

15 Produits d intermodulation Non linéarité génération d harmoniques F imd = ( nFol ± FI)/m n et m nombres entiers Exemple: n et m = 2 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: V sortie = a + bV entrée + cV entrée 2 + d V entrée 3 + … 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 Oscillateur local Diode Transistor FET

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 S LO (t) = (4/ )[sin LO t - (1/3).sin3 LO t + (1/5)sin5 LO t - …] temps fréquence F3F5F7F TT=1/F

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 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 ? DBMGilbert cell P osc local+7 à +10dBm-5 à +3 dBm Gain de conv-6dB6 à 10 dB P1dB1dBm-6 dBm IP33dBm +13 dBm

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 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 ColpittsHartley

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 X F référence Filtre de boucle VCO + - Sortie Comparateur de phase Si la boucle est verrouillée : F sortie = F référence

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

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

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

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

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

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 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 Exemple

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 X F comparaison Filtre de boucle VCO + - Sortie Comparateur de phase Compteur A F sortie Programmation Divise par P ou P+1 Compteur 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 / = 12,5 (10M + A) M = 1160 A = ,5 = 12,5 (10M + A) M=1160 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


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