Comprendre les performances des

rcepteurs radioMatthieu Cabellic F4BUCf4buc@radioamateur.org

1. IntroductionTout au long de cet article nous allons essayer de vous faire comprendre clairement et simplement lorigine des performances dun transceiver. Le but est de vous faire saisir quels sont les enjeux et les compromis techniques qui rgnent au sein de votre transceiver et qui en font les qualits ou les dfauts selon lhabilit et le savoir-faire dont a fait preuve le constructeur ou le ralisateur. Cet article se focalise plus particulirement sur la partie rception. Vous tes de plus en plus nombreux acheter un rcepteur dans les grandes enseignes commerciales, mais avezvous bien compar les chiffres clefs afin de vrifier si tel ou tel rcepteur est bien celui qui rpond vos besoins ? Les comparatifs de matriel que vous pouvez lire sont trop souvent de la sorte nous avons trouv ce rcepteur plus sensible que celui-l la dynamique semble bonne et ne valent presque rien le plus souvent car trop vagues et trop peu prcis sur les conditions relles de test. Il est bien vident quavec une antenne Yagi vous trouverez votre chane de rception plus sensible quen utilisant une antenne boudin au ras du sol. Il faut savoir comparer les chiffres issus des spcifications et sur tout des mesures faites soit par des radioamateurs, soit par des laboratoires externes indpendants en rapport avec les conditions relles dutilisation. Il faut aussi savoir se mfier des chiffres donns dans les brochures commerciales qui masquent trop souvent lessentiel. La lecture de cet article suppose que le lecteur soit familier avec les notions de dB, dBc, dBm.

performances en mission deviendra dans un proche avenir de plus en plus cruciale tant donn lapparition de nombreux modes numriques qui s'avrent de plus en plus sensibles toutes les formes de distorsion dans les tages d'mission. En rception, les critres prendre en compte sont principalement la sensibilit, la dynamique, la slectivit mais aussi la stabilit etc. Ces paramtres permettent de juger les performances dun rcepteur vis vis des dgradations quil apporte au signal utile mais aussi son comportement en prsence de nombreux autres signaux prsents sur la mme bande et plus ou moins proches du signal utile. Le pire cas correspond un signal utile faible entour de signaux proches trs puissants. Un rcepteur idal ne ferait que prlever le canal utile prsent en sortie de lantenne et le restituer tel quel (haut-parleur, dmodulateur) en ne faisant que lamplifier. Le bruit et

le signal utile du canal ( la bande de frquence que nous souhaitons recevoir) seraient amplifis de la mme faon sans ajout de bruit supplmentaire. Le canal serait juste translat vers une bande de frquence avec un niveau permettant dinterprter le signal utile (bande audio par exemple avec un niveau compatible avec la sensibilit de la perception auditive de loreille humaine) (Cf. Fig.1). Un traitement sur le signal utile est possible comme une CAG par exemple. Le systme de rcepteur tel que nous allons l'analyser ici est linterface entre les signaux HF capts par lantenne et le systme de dmodulation, ce dernier possdant galement ses propres per for mances. Pour un dmodulateur numrique il pourra sagir du taux derreur binaire en fonction du rapport signal sur bruit. Un poste radio peut tre vu comme un ensemble regroupant les fonctions radio pures et de dmodulation prsentant loprateur cette fois-ci lin-

FIGURE 1

Un rcepteur idal doit restituer le mme rapport signal sur bruit prsent lantenne.

FIGURE 2

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2. Les critres de qualification dun rcepteurNous allons nous focaliser sur les performances de la partie rception de nos transceivers car cest elle qui joue encore aujourd'hui le plus grand rle dans le cadre de nos communications amateurs. Cependant, la mesure des

Dcoupage gnral d'une chane de rception

formation extraite du signal utile. Par exemple du texte, des images, de la voix etc Cet article traite de la partie des postes radio ayant pour fonction de filtrer, transposer le signal analogique capt par lantenne. Il faut aussi bien remarquer que nous ne pouvons pas faire de diffrence entre analogique et numrique pour distinguer ce qui est de ce qui nest pas de la radio. En effet, aujourdhui le traitement de signal numrique ralise les mmes fonctions de mlange, filtrage FI que les classiques mlangeurs en anneaux et filtres LC. La seule chose qui change est la forme sous laquelle est reprsent le signal, soit sous forme analogique soit sous forme numrique, les deux formes ayant leurs avantages et inconvnients respectifs (Cf. Fig.2). Dans la suite de larticle, nous considrons le cas du rcepteur classique savoir le traditionnel rcepteur phonie fonctionnant par gammes de frquences sur les bandes dcamtriques et THF.

La sensibilitNous dfinissons la sensibilit dun rcepteur par le niveau du signal dentre permettant dobtenir un rapport signal sur bruit donn en sortie. Le critre de rapport signal sur bruit diffre dun mode un autre. Pour la BLU nous dfinissons souvent le plus petit signal discernable (MDS ou Minimum Discer nable Signal en anglais) qui est le niveau dune porteuse module par une sinusode applique en entre du rcepteur et qui produit un rapport signal sur bruit en sortie (audio) de 3 dB. Nous retrouvons aussi souvent des mesures de sensibilit donnes pour 10dB de rappor t signal sur br uit audio correspondant cette fois un signal comprhensible sans difficult. Il est bien vident que dans la pra-

tique loreille de loprateur a toute son importance. En gnral un bon oprateur est capable de copier des signaux dont le niveau en infrieur celui du bruit, surtout en tlgraphie o certains oprateurs entrans peuvent sortir des stations que vous ne souponneriez mme pas. En fait l'oreille joue le rle d'un filtre trs slectif qui a pour effet d'amliorer le rapport signal sur bruit peru par l'oprateur. Pour la FM, nous dfinissons le rapport SINAD (Signal over Noise And Distorsion), qui est le rapport entre le signal utile et le bruit plus les composantes de distorsion. En effet la dmodulation FM nest pas linaire contrairement la BLU car le dmodulateur gnre de la distorsion en plus du bruit blanc. Le critre de sensibilit retenu est le signal FM appliquer en entre du rcepteur pour obtenir 12dB SINAD dans le cadre amateur, ou 20dB SINAD pour les quipements professionnels.. La valeur de la sensibilit est meilleure en utilisant une bande passante FI plus troite car plus la bande passante est faible plus la puissance de bruit rcupre dans la bande l'est. Les oprateurs de tlgraphie utilisent gnralement des filtres plus troits quen phonie. Les chiffres ne seront donc pas les mmes. Cependant ces deux modes sont linaires et trs souvent dmoduls de la mme faon. Ainsi nous ne ferons pas de mesures spares pour chaque mode mais une seule avec un filtre FI rgl 500Hz. Cette mesure suffira car limportant est de pouvoir comparer entre deux rcepteurs, une valeur absolue tant difficile interprter en elle-mme.

Le plus petit signal exploitable est limit par le bruit dorigine thermique gnr par les composants du rcepteur. Le bruit capt par lantenne nentre pas en compte dans ce bruit. Il doit tre trait comme une interfrence extrieure venant corrompre le signal utile. La mesure de performance dun rcepteur doit se faire en laboratoire avec des sources de signal ne gnrant pas de bruit suprieur au plancher de bruit du rcepteur. Ainsi le plancher de bruit du rcepteur impose la limite infrieure de la dynamique. La limite suprieure de la dynamique est cause par du bruit et de la distorsion due la prsence de for ts signaux dans le canal ou en dehors du canal utile. Ces signaux sont appels des interfreurs ou brouilleurs. Seuls les interfreurs hors canal doivent tre pris en compte. En effet, il ny a pas grand chose faire contre un interfreur cocanal part utiliser un notch ou changer de canal Plusieurs cas de figure peuvent se produire : Un seul interfreur prsente un niveau suffisamment important pour dsensibiliser la rception du signal utile. Nous parlons alors de blocage et le paramtre mesur est la dynamique de blocage (BDR ou Blocking Dynamic Range en Anglais). Ce phnomne donne limpression quune station puissante proche en frquence touffe le petit signal que vous cherchez copier. La valeur de blocage est le niveau (exprim en dB) de linterfreur par rapport au plancher de bruit partir duquel le rapport signal sur bruit du signal reu est diminu de 1dB (ou 6dB dans les milieux professionnels).

La dynamiqueNous pouvons dfinir simplement la dynamique comme le rapport entre le plus petit signal exploitable et le plus gros signal tolr par le rcepteur.

Illustration des deux cas de blocageVoici les deux phnomnes classiquement rencontrs dans les rcepteurs lis la prsence d'un seul interfreur proche de la frquence de rception. Saturation de lt age dentre (Cf. Fig. 3): diminution du gain de ltage dentre par compression et donc rception plus difficile des petits signaux. Cette dsensibilisation ne dpend pas de la bande passante FI utilise. Augmentation du plancher de bruit cause du bruit de phase (Cf. Fig.4): L'explication prcise de ce phnomne est donne plus loin. Ce phnomne dpend directement de la bande passante FI utilise et de la qualit de l'oscillateur local.

FIGURE 3

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Illustration du blocage li la compression de gain

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FIGURE 4

Le point de compression dordre 3 en entre (IIP3 ou Input Interception Point en anglais) est le niveau des deux inter freurs (de mmes niveaux) qui gnrerait un battement dordre 3 atteignant le mme niveau que le signal utile. Ce chiffre est un bon outil de comparaison entre rcepteurs. Ce point est thorique car en pratique les tages d'entre saturent et limitent donc les niveaux bien en dessous de ce point. La dynamique dintermodulation deux tons ou dordre 3 (IMD3 en anglais) est le niveau de deux interfreurs par rapport au plancher de bruit du rcepteur tel que la raie dordre 3 arrive au mme niveau que le bruit dans le canal de rception. La mesure de l'IMD3 est dpendante de la bande passante des tages FI. Nous dfinissons galement la dynamique dintermodulation dordre 2 (IMD2) caractrisant la gnration de produits dintermodulation f2-f1 ou f1+f2 partir de deux interfreurs en pratique loigns dans deux bandes diffrentes. Par exemple une station puissante dans la bande des 20m et une autre station puissante dans la bande des 10m peuvent gnrer des raies parasites dans votre canal de rception sur 20m. De mme, une station de radiodiffusion sur 6 MHz et une autre vers 8 MHz peuvent fabriquer une raie parasite sur 8+6=14 MHz.. Ainsi la dynamique dintermodulation dordre 2 concerne surtout les rcepteurs couverture large bas pr ix, (Cf. Fig.6) c'est--dire dont l'tage d'entre capte un spectre trs large vu l'absence de filtre d'entre. De la mme faon que l'IP3 nous dfinissons un IP2.

Illustration du blocage li au bruit de phase

Si le phnomne d'augmentation du plancher de bruit (critre : augmentation de 1dB) apparat avant la compression en niveau alors on dit que la mesure de BDR est "limite en bruit", en anglais c'est la fameuse notation "nl" pour "noise limited". Etre "nl" n'est pas forcment une mauvaise chose. Cela signifie que la dynamique du rcepteur est limite par le bruit de son oscillateur local. Ainsi les chiffres donns sur le BDR peuvent sous-entendre soit une compression en niveau soit une limitation en bruit. Dans tous les cas le rapport signal sur bruit est dgrad de 1dB. Deux interfreurs de forte puissance gnrent cause des non-linarits du rcepteur des produits de mlange tombant dans le canal utile. Nous parlons alors de phnomne dintermodulation et nous dfinissons et mesurons le point dinterception dordre 3 en entre et la dynamique dintermodulation dordre 3.

Ordre 3 signifie que les raies de mlange sont des combinaisons de la forme 2*f1-f2 ou 2*f2-f1 ou 2*f1-f2 ou 2*f2-f1, f1 et f2 t ant les frquences des deux interfreurs. Les deux premires combinaisons gnrent des raies proches de f1 et f2 susceptibles de tomber dans le canal de rception. Lordre 3 caractrise donc essentiellement leffet produit par deux interfreurs dans la mme bande. Illustration pour la bande des 20m (Cf. Fig.5). Ces produits de mlange sont trs gnants car, en plus de la possibilit de se superposer au signal utile, leurs niveaux augmente de 3dB pour seulement une augmentation de 1dB du niveau des deux inter freurs. La meilleure solution pour limiter l'apparition de l'intermodulation est donc d'attnuer en entre du rcepteur les signaux dont les caractristiques sont insuffisantes.

FIGURE 5

FIGURE 6

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Illustration du phnomne d'intermodulation d'ordre 3

Illustration du phnomne d'intermodulation d'ordre 2

3. Comprendre lorigine des performances et la faon dont elles se dgradentUn rcepteur radio est, dans sa forme la plus rpandue, de type superhtrodyne, cest--dire que son principe de fonctionnement repose sur lutilisation dune transposition de frquence du canal utile vers une bande de frquence fixe intermdiaire (qui peut tre la bande BF audio dans le cas dune conversion directe). Cette fonction de transposition est effectue par lutilisation dun mlangeur et dun oscillateur local. La bande de frquence transpose est filtre et traite de diverses faons (CAG, Noise blanker etc) afin que la dmodulation puisse extraire le signal utile avec le meilleur rapport signal sur bruit (qui ne sera JAMAIS meilleur que le rapport signal sur bruit dans le canal au niveau de lantenne). R ajoutez cela un prampli dbrayable en tte de mlangeur et des filtres de bande puis des tages de traitement audio (ou vido.) et vous obtenez le rcepteur type utilis dans presque toutes les applications (Cf. Fig.7). Chaque bloc lmentaire possde ses imperfections et comme chaque bloc est li au suivant, une mauvaise performance sur un bloc dgrade aussitt tout lensemble du rcepteur.

Filtre de bandeSon rle est de prslectionner la bande de rception afin dviter que des signaux puissants hors bande produisent des non-linarits (IMD et Blocage) dans les tages suivants savoir essentiellement le pramplificateur et le mlangeur. Tout bon rcepteur dcamtrique possde obligatoirement un jeu de filtres de prslection de bande. Le talon dAchille est la commutation des diffrents filtres de bande. Si des diodes PIN sont utilises elles peuvent produire des non-linarits. Cest pour cela que dans le K2 dElecraft la commutation seffectue par des relais mcaniques. Dans les rcepteurs VHF et UHF, en gnral on tolre bien une commutation par diode et mme lutilisation de diodes Varicap pour accorder le filtre car les signaux sont bien moins puissants que sur les bandes dcamtriques.

Son rle est damplifier le signal capt par lantenne le plus tt dans la chane afin de limiter la contribution en bruit du reste de la chane. Avec le filtre de prslection, il fixe le plancher de bruit du rcepteur. Ce pramplificateur est caractris par son facteur de bruit, son gain et son point de compression dordre 2 et 3. Cest un lieu privilgi ou rgne de la non-linarit, contribuant la caractristique dintermodulation du rcepteur et de blocage par compression de gain. S'il est dsactiv, le comportement non linaire du rcepteur sera de beaucoup amlior. Lutilisation du pramplif icateur dgrade toujours lintermodulation et le blocage, il faut donc savoir l'utiliser en connaissance de cause. Pour un rcepteur THF nous navons pas d'autre choix que de lutiliser sinon la sensibilit est mauvaise. En dcamtrique le bruit dans les bandes capt par lantenne est bien plus important que le bruit propre du rcepteur (parasites, QRN, QRM etc). Le pramplificateur ne fixera donc en pratique jamais le plancher de bruit. Par contre cest linverse sur les bandes THF. Dans tous les cas, pour les mesures, nous sommes bien obligs de considrer le plancher de bruit du rcepteur tout seul, et nous travaillons avec des gnrateurs de laboratoire dont le plancher de bruit est alors trs bas.

MlangeurTout comme le pramplificateur, le mlangeur est caractris par son point d'interception. Il est aussi caractris par sa perte de conversion, l'isolation entre les entres RF, OL et FI.

Oscillateur localLoscillateur local joue un rle aussi impor tant que tout le reste de la chane. Limperfection principale dun oscillateur local est son instabilit court terme appele bruit de phase. Le bruit de phase reprsente linstabilit de la phase du signal. Un signal parfait issu dun oscillateur est une sinusode parfaite dont la phase reste const ante avec la frquence (Cf. Fig.8). U(t)=sin(2f.t+(t)) Un signal rel possde des fluctuations de la phase au cours du temps. Ces fluctuations se traduisent sur le spectre par lapparition de bandes latrales de bruit dont le niveau relatif par rapport la raie principale est plus ou moins important selon lamplitude de ces fluctuations (Cf. Fig.9). Les figures suivantes (Cf. Fig.10) sont une illustration pour lIC-746, montrant le br uit de phase pour les bandes 14MHz et 144MHz. Le bruit de phase a tendance se dgrader avec la frquence. Le br uit de phase est mesur en dBc/Hz cest dire la valeur relative de la puissance de bruit dans une bande passante de 1Hz par rapport au niveau de la porteuse.

FIGURE 7

Schma type dun rcepteur superhtrodyne simple conversion

FIGURE 8

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PramplificateurIl sagit dun bloc qui peut tre dsactiv dans le cas dun rcepteur dcamtrique et toujours prsent dans les rcepteurs THF.

Bruit de phase d'un oscillateur rel

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FIGURE 9

Le bruit de phase masque aussi assez souvent les produits d'intermodulation, venant compliquer les mesures. Cest la fameuse mention nl pour noise limited que nous retrouvons dans les divers rapports de mesure. En mission nous retrouvons le mme phnomne. Le bruit de phase se retrouve transpos sur la porteuse mise par lantenne. Ainsi, si un rcepteur se trouve proximit de votre metteur, loprateur notera une remonte du bruit en se rapprochant de votre frquence et le cas chant pourra tre brouill. Ceci concerne aussi bien les bandes dcamtriques que les bandes THF. Ce cas de brouillage est typiquement un problme de co-site. Le rcepteur, bien sr, ajoutera son propre bruit de phase, de telle sorte que dans la ralit deux bruits de phase sadditionnent : celui de lmetteur et celui du rcepteur. Aujourdhui le bruit de phase est un paramtre trs important, et un bon rcepteur est celui dont loscillateur local a t soign par le constructeur (ce qui nest pas toujours le cas malheureusement).

Comparaison des spectres avec ou sans bruit de phase

FIGURE 10

Bruit de phase de l'IC-746 sur 14MHz et 144MHz

Notion fondamentale de mlange rciproqueLoscillateur local sert gnrer le signal de pompe du mlangeur et permet ainsi de transposer le canal de rception vers le canal FI. Cependant, durant cette transposition, loscillateur local ajoute ses imperfections, cest--dire essentiellement son bruit de phase au signal utile. Nous parlons alors de mlange rciproque car mathmatiquement tout se passe comme si nous ajoutions le bruit de phase au signal utile avant mlange et que nous le transposions vers la FI laide dun oscillateur local parfait (cest--dire sans br uit de phase) (Cf. Fig.11). Cette notion est trs utile car elle permet dinterprter plus facilement le rle de loscillateur local en ramenant son effet avant le mlangeur et en considrant la fonction de transposition comme parfaite. A chaque frquence en entre du mlangeur il faut ajouter le bruit de phase de loscillateur local en gardant la proportion vis--vis du niveau car le bruit de phase est toujours relatif au niveau de la porteuse (Cf. Fig.12). Par le mlange rciproque, cet talement de bruit autour des diffrentes porteuses est trs souvent lorigine du blocage. L'illustration graphique

est donne dans le premier chapitre de l'article figure 4. Ce phnomne est frquent pour les rcepteurs rcents dont la linarit des tages dentre a t normment amliore. Pour les vieux rcepteurs cest plutt le contraire, les tages dentre saturent avant que le bruit de phase ne fasse son effet.

Filtrage FILe filtrage FI nest pas parfait et son manque de slectivit est lorigine de la dgradation de la dynamique en fonction de lcart entre la frquence du canal utile et celle de l'interfreur proche. En effet, les performances mesures dun rcepteur en terme d'intermodulation et de blocage ne

FIGURE 11

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Principe du mlange rciproque

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Effet du mlange rciproque

sont pas constantes mais se dgradent au fur et mesure que les signaux interfreurs se rapprochent du canal utile. En gnral, les relevs de mesure dun rcepteur amateur sont faits pour un cart signal utile-interfreur assez grand, cest dire 20kHz au moins. Mais si vous diminuez cet cart 5kHz par exemple de faon se rapprocher des conditions relles dutilisation, vous en tes quitte pour une belle surprise car vous mesurerez alors des performances moins bonnes voire beaucoup moins bonnes. Ce phnomne doit tre bien prsent lespr it et constitue un cr itre important permettant de comparer un rcepteur un autre. Pour expliquer clairement le phnomne, partons dun schma type deux FI, avec premire FI large (Cf. Fig.13). La premire FI est en gnral assez large. Par consquent de nombreux interfreurs ne seront que peu filtrs par rapport au signal utile. Ils attaqueront le deuxime mlangeur avec des niveaux suffisant pour crer nouveau des produits dintermodulation venant se rajouter ceux gnrs par le premier tage. Le second tage FI ne pourra alors plus rien faire pour les liminer (Cf. Fig.14). Le phnomne est le mme pour le deuxime tage FI mais comme le filtrage est bien plus slectif, les interfreurs se retrouveront rejets des niveaux beaucoup plus faibles et donc inoffensifs. La dgradation de lIMD est donc lie au dfaut de slectivit des filtres de la chane FI. Afin de raliser un bon rcepteur, il est donc important de se limiter si possible un seul tage FI et de placer un filtre possdant des f lancs raides juste aprs le mlangeur. Que lon ne sy trompe pas : beaucoup de rcepteurs possdent deux FI avec classiquement une premire 8.2MHz et une deuxime 455kHz. En fait la premire FI est la relle FI car cest elle qui filtre le canal (avec un filtre quartz flancs raides), la deuxime tant en gnral utilise pour limiter le bruit large bande gnr par la premire ou pour peaufiner le filtrage avec un filtre mcanique par exemple et harmoniser le plan de frquence du rcepteur. Lutilisation dun filtre large en premire FI est donc pnalisant. Quant au blocage, il se dgrade de la mme faon. L'explication est que plus l'interfreur se rapproche de la frquence utile, plus le canal de

FIGURE 13

Architecture double conversion

FIGURE 14

Illustration de l'intermodulation apporte par le premier tage

FIGURE 15

Evolution de l'IMD et du blocage en fonction de l'cart la frquence de rception

FIGURE 16JUIN 2003 23 RADIO-REF 756Les diffrentes contributions la dgradation du spectre d'mission

FIGURE 17

rception capte du bruit de phase par le phnomne de mlange rciproque (Cf courbes de mesures de l'IC-746).Exemple sur le schma du DRAKE R-4C

La fonction classique IF shif t dgrade aussi lintermodulation et le blocage car en se dcalant le filtre FI va venir ramasser plus de signaux indsirables loigns du canal utile. Les deux figures suivantes (Cf. Fig.15) illustrent le cas de lIC-746. L'abscisse reprsente la frquence des interfreurs. Nous voyons que les dgradations ne sont presque plus visibles partir de 30kHz d'cart. Ces deux mesures prouvent donc que tout dpend des conditions de mesures : un rcepteur peut tre excellent pour des interfreurs distants de 30kHz de la frquence de rception mais ne valoir plus grand chose pour des carts de 5kHz rencontrs couramment en trafic rel

TransmissionBien que ce ne soit pas la vocation de cet ar ticle, nous allons donner quelques notions importantes concernant la partie mission. En mission, les paramtres les plus contraignants concernent lmission de rayonnements non essentiels en dehors du canal dutilisation. Outre les raies parasites comme les harmoniques et le splatter, il faut considrer attentivement le plancher de bruit en sortie de lmetteur et donc la puissance de bruit mise dans les canaux adjacents. Le bruit de phase va contribuer au blocage du ct de la station qui coute dans un canal proche du vtre condition que vos signaux soient reus puissamment sur son antenne de rception. Le plancher de bruit quant lui joue surtout un rle en trafic local dans le cas o plusieurs stations se situent dans la mme zone gograp h i qu e . S i l e b r u i t c a pt p a r l e rcepteur est suprieur son propre plancher de bruit, alors le rcepteur est dsensibilis. Ce cas est vrai aussi bien sur bande dcamtrique quen THF. Nous parlons alors de brouillage co-site. Ces phnomnes sont typiquement rencontrs en concours. Il est donc important de souligner que tout un chacun doit tre attentif la qualit de son mission sinon il serait vain de concevoir les meilleurs rcepteurs du monde. La figure 16 montre les diffrents types de rayonnements non essentiels en mission avec leurs diverses origines.

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Rgles de design des bons rcepteursSi vous voulez raliser un excellent rcepteur, voici une srie de conseils utiles : 1. Utiliser un filtre par bande et viter le concept de couverture gnrale 2. Utiliser une commutation mcanique des filtres de bande en dcamtrique 3. Placer un filtre variable avant tout pramplificateur et prvoir un attnuateur commutable 4. Utiliser un mlangeur de grande dynamique 5. Concevoir un oscillateur local trs pur : viter les oscillateurs large bande avec PLL, favoriser lutilisation dun oscillateur par bande (type VCXO par ex). 6. Placer un filtre FI avec le meilleur facteur de forme possible juste aprs le mlangeur 7. LAGC doit tre prise sur la FI et non la BF Ces conseils ne sont pas nouveaux et certains concepteurs comme Elecraft et Ten Tec sont revenus ces rgles de base par rapport des architectures multi-FI et les appliquent maintenant systmatiquement sur leurs nouveaux transceivers ; il suffit de jeter un il sur leurs performances! Un bon rcepteur n'est pas un rcepteur compliqu mais celui dont chaque sous-ensemble est parfaitement bien conu.

sante. Ce design garantit une faible dgradation de l'intermodulation (Cf tableau) pour des interfreurs trs proches. Suivant ce filtre nous trouvons un tage d'amplification mixte transistor/tube puis une batterie de filtres quartz produisant la slectivit du rcepteur (SSB, CW).

5. Comment comparer diffrents rcepteursPassons la pratique. Lauteur a essay dans ce chapitre de regrouper et synthtiser des mesures faites en laboratoires sur les quipements THF et dcamtr iques par mi les plus connus dans le monde amateur. Il est malheureusement impossible de recopier dans chaque tableau exactement la mme liste de transceivers vu la varit des sources de documentation souvent incompltes. Il sagit de transceivers pour la plus par t assez rcents. La liste na pas pour but dtre exhaustive, ainsi le lecteur est invit se documenter pour trouver les rsultats de mesure pour dautres transceivers. Les bancs de mesures les plus complets sont effectus par le laboratoire de l'ARRL qui dispose d'une procdure de test rigoureuse applique chaque test. Les rsultats de mesures publis de temps en temps dans Radcomm (RSGB) et dans la revue du DARC font aussi partie des valeurs "sres".

Oscillateur localLe design de cet oscillateur local est bas sur l'emploi d'un oscillateur accordable transpos en frquence par un autre oscillateur commut par gammes obtenues par une batterie de quartz. Ce design offre un trs bon bruit de phase puisque les oscillateurs quartz sont trs purs et l'oscillateur variable tant de faible excursion est donc faible bruit de phase galement. Notez le soin apport au filtrage avant d'attaquer le mlangeur. Ce design rassemble donc tous les atouts pour obtenir une excellente chane de rception. Le dfaut connu de ce DRAKE est la mauvaise performance du deuxime mlangeur, venant gcher la qualit de l'ensemble.

Prcision importante sur le protocole de mesureLes rsultats donns dans la suite de l'article ont t obtenus en utilisant une bande passante FI de 500Hz (ou trs proche de cette valeur). En effet, comme les mesures de MDS, BDR et IMD3 sont affectes par la bande passante, il a fallu choisir une bande passante standard. Cela suppose que les transceivers tests disposent de la possibilit d'installer ces filtres FI . Ce n'est pas le cas par exemple pour le FT-290R. Dans ce cas il faut mesurer des paramtres indpendants de la bande passante FI dont les quivalents sont MDS -> Facteur de bruit IMD3 -> point de compression d'ordre 3 (IP3) BDR -> pas d'quivalent si mesure en "nl"

4. Valeurs represNous allons donner les valeurs typiquement acceptables pour les rcepteurs modernes sur bandes dcamtriques. Le but est de donner des valeurs repres ou tout du moins des ordres de grandeur. Sensibilit (MDS) : Avec prampli ON : -130dBm sont suffisants, sachant que le bruit (QRM, QRN) sur ces bandes est au-dessus (voire parfois pour les bandes basses trs largement au-dessus) de cette valeur. Dynamique dintermodulation dordre 3 (IMD3) : Avec prampli OFF et un espacement de 20kHz, un IMD3 de 95dB ou plus est jug excellent. IP3 et IP2 : Avec prampli OFF, un IP3 de 15dBm est bon et 20dBm excellent. Avec prampli OFF, un IP2 de 55dBm est bon et 70dBm excellent. Dynamique de blocage (BDR) : Avec prampli OFF et un espacement de 20kHz, un BDR de 120dBm est bon et 130dBm excellent. Bruit de phase : Une bonne valeur est 120dBc/Hz +10kHz doffset.

Exemple d'analyse d'un rcepteur : le DRAKE R-4CNous avons simplement repris le schma du fameux DRAKE R-4C pour en faire un exemple d'analyse. Plus loin vous pourrez constater les performances tonnantes que l'on peut en attendre moyennant certaines modifications. Le schma de la figure 17 montre les principales sous-fonctions. Malgr la technologie ancienne utilise, ce schma possde de nombreuses qualits.

Prslecteur + prampli de tteNotez l'emploi d'un circuit accordable avant le premier tube. La commutation des gammes se fait par un commutateur galettes. L'emploi d'un tube assure une bonne linarit. Le filtrage est ensuite complt par un autre filtre accordable similaire commutation de gamme avant d'attaquer le mlangeur. Grce ces filtres, ce prampli de tte possde toutes les qualits pour rsister l'intermodulation.

Comparaison entre trois rcepteurs THFNous nous mettons maintenant la place de lOM dsireux de comparer un transceiver THF couvrant les deux bandes VHF et UHF. Dans le tableau ci-dessous nous donnons les performances pour les trois incontournables cest dire le TS-790E de Kenwood, le IC-821H de ICOM et le FT736R de Yaesu. Dautres informations intressantes sont donnes comme la date de premire mise sur le march permettant de dater la technologie utilise. Le choix dachat sera le meilleur com-

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Premire FINous trouvons immdiatement aprs le mlangeur un premier filtre FI quartz troit de 8kHz de bande pas-

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tableau 1

tableau 3

Unit Modes Sensibilit SSB et CW (500 Hz filtre FI) MDS Sensibilit FM pour 12 dB SINAD Sensibilit minimale du Squelch Sensibilit maximale du Squelch Dynamique de Blocage (500Hz filtre FI) BDR (20 kHz despacement) Dynamique dintermodulation dordre 3 IMD3 (20kHz entre les 2 tons, premier ton 20kHz du canal utile ; 500Hz filtre FI) Point dinterception du troisime ordre en entre (ou IIP3) (20 kHz despacement) Rglage du S-mtre pour S9 Puissance de sortie minimum CW Puissance de sortie maximum CW Puissance de sortie minimum FM Puissance de sortie maximum FM Puissance de sortie minimum SSB (PEP) Puissance de sortie maximum SSB (PEP) Rjection des parasites et harmoniques (Rayonnement non essentiel) Niveaux des produits dintermodulation dordre 3 (Max power, 2kHz tones) Niveaux des produits dintermodulation dordre 5 (Max power, 2kHz tones) Courant consomm sous 13,8V Puissance audio pour 10% de Taux de Distorsion Bande passante FI Encombrement et poids (IC-821H ne possde pas dalimentation secteur Incorpor)tableau 2

CW/FM/LSB/USB 144 MHz 432 MHz 1296 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 1296 MHz 144 MHz 432 MHz 144 MHz 432 MHz 1296 MHz 144 MHz 432 MHz 1296 MHz 144 MHz 432 MHz 1296 MHz 144 MHz 432 MHz 1296 MHz 144 MHz 432 MHz 1296 MHz 144 MHz 432 MHz 1296 MHz RX TX Power CW-N CW-W USB LSB Largeur Hauteur Profondeur Poids

dBm dBm dBm V V V V V V dB dB dB dB dBm dBm V V W W W W W W W W W W W W W W W W dBc dBc dBc dBc dBc dBc dB dB dB A A W Hz Hz Hz Hz mm mm mm kg

TS-790E oui -143 -142 -142 0,12 0,12 0,2 0,35 0,04 0,1 126 111 79 81 -24,5 -20,5 4,5 7,5 4,4 4 50 44 11 4,2 4 48 44 11 3,2 3,2 1,1 37 35 11 -60 -60 -50 -30 -32 -25 -40 -43 -40 2,2 13 1,8 343 135 368 9,2

IC-821H oui -144 -143 NA 0,12 0,14 100 114 84 87 -8,2 -13,5 5 4 5 4 46 42 NA 5 4 46 42 NA 4 4 NA 36 32 NA -60 -60 NA -31 NA -45 NA 2,5 16 2,8 546 2419 2385 2430 241 94 239 5

FT-736R oui -140,5 -141,5 0,15 0,15 0,06 0,1 0,6 0,7 125,5 74,5 77,5 64,5 -24 -44 4,4 5,2 23,7 22 9,1 26,9 25 10,3 26,1 22 9,6 -60 -60 -22 -30 -30 -42 1,5 8 2 368 129 286 9

IC-821H ICOM Sensibilit (500 Hz filtre FI) MDS Sensibilit FM, 12 dB SINAD Dynamique de Blocage (500Hz Filtre) BDR (20 kHz despacement) Dynamique dintermodulation dordre 3 IMD3 (20kHz despacement ; 500Hz filtre FI) Point dinterception dordre 3 IIP3 (20 kHz despacement) Rjection des canaux adjacents FM Dynamique dintermodulation dordre 3 IMD3 FM Sensibilit pour S9 Sensibilit du squelch SSB Rjection dimage Bruit de phase 2kHz doffsetSource : ARRL Lab tableau 4

JUPITER TEN-TEC -135 0,7 123

144 MHz/14 MHz 144 MHz/14 MHz 144 MHz/14 MHz

dBm V dB

-144 0,12 100

144 MHz/14 MHz

dB

84

85

144 MHz/14 MHz 144 MHz/14 MHz 144 MHz/14 MHz

dBm dB dB

-8,2 67 67 5 0,07 79 -92

+7,3 72 72 26 0,14 82 -110

144 MHz/14 MHz V 144 MHz/14 MHz V 144 MHz/14 MHz dB 144 MHz/14 MHz dBc/Hz

Bande : 14MHz et prampli ON , filtre FI 500 HzTransceiver Elecraft K2 ICOM IC-706 MkIIG ICOM IC-746 ICOM IC-756 PRO ICOM IC-775 DSP Kenwood TS-570S(G) TS-570 D Kenwood TS-2000 Ten Tec OMNI-VI Yeasu FT-847 Yeasu FT-1000 MP Mark-V Drake R-4C Modifi BDR 20 kHz 5 kHz 133 126 120 113 120 132 119 86 88 104 104 87 Delta 7 34 ! 25 ! 16 28 ! 32 ! IMD3 20 kHz 5 kHz 97 88 86 92 88 103 97 74 78 80 77 72 8 26 ! 25 ! Delta 9 12 ! 14 Argus 2002 1050 (*) 1280 1390 2607 3141 976 2319 1500 1432 3242

121 128 109 126

99 119 82 106

22 ! 9 27 ! 20

92 100 89 98

67 86 73 78

25 ! 14 16 20 !

10 kHz 131

2 kHz 127

Delta 4

10 kHz 119

2kHz 118

Delta 1

400

Source : SP7HT QEX Sept/Oct 2002 ; argus Radioamateur.org (*) Cest un kit dont le prix dpend des modules achets (ce prix donne un TRX 100W avec option BLU) tableau 5

Frquence : 14MHz.Transceiver IC-756 PRO * K2 IC-706MKIIG ** FT-1000MP * TS-870 * Ten-Tec Omni6+ Kachina 505DSP TS-50 ** Ten-Tec Jupiter Pegasus 550DSP FT-817 ** Patcom PC-1600A Constructeur Icom Elecraft Icom Yaesu Kenwood TenTec Kachina Kenwood TenTec TenTec Yaesu Patcom Bruit de phase (dBc +4 kHz) -130 -120 -118 -118 -118 -117 -117 -115 -115 -104 -103 -100 Bruit de phase (dBc +10 kHz) -135 -126 -128 -125 -125 -123 -122 -125 -120 -111 -113 -108Source : ARRL Lab

JUIN 2003

26 RADIO-REF 756

Numrique Compatibilit 9,6 kb/s Interface PC Mmoires Contrle pour PA externe Commande de Prampli Radio Full duplex Date de lancement Argus 2002 Sans les options 23cm Euros

TS-790E Demande modif. oui 68 oui Oui oui 1991 1171

IC-821H oui oui 160 oui oui oui 1996 1305

FT-736R Demande modif. oui 100 Oui oui oui 1990 997

Sources : ARRL Lab ; Radioamateur.org

* type haut de gamme ** type compact portatif

promis entre les performances et le prix actuel. Je conseille au lecteur de se renseigner sur largus des transceivers. Les performances dpendent aussi du style de trafic prvu. Cependant il est bon de considrer quun transceiver performant est toujours un bon investissement. (Voir tableau 1 et 2)

Bruit de phaseNous avons insist au cours de larticle sur limportance du bruit de phase dans les performances. Le tableau suivant permet de voir les grandes disparits dans la qualit du design des oscillateurs locaux. Cest un bon indice permettant de dvoiler les bons constructeurs et les mauvais. Bien sr chez le mme constructeur le bruit de phase peut varier dun modle de transceiver un autre, il faut donc comparer des transceiver de la mme gamme comme un FT-1000MP, un IC756 PRO et un TS-870 pour le haut de gamme par exemple. (Voir tableau 5)

Diffrences THF / DECALe tableau suivant a pour but de montrer les diffrences typiques majeures entre un rcepteur THF et un transceiver dcamtrique. (Voir tableau 3)

Considration des conditions relles dutilisationVoici un tableau donnant lvolution de lIMD3 et du BDR pour certains transceivers en fonction de lcartement entre le signal utile et le(s) interfreurs. Ces mesures correspondent mieux la ralit du trafic sur les bandes dcamtriques comme par exemple le trafic en split quand vous cherchez contacter une station DX faible entoure de stations proches et puissantes. Cest aussi le cas par exemple sur la bande des 40 m o un trs grand nombre de stations trafiquent sur les 100kHz de bande allous avec en plus la proximit des stations broadcast extrmement puissantes la nuit. C'est galement le cas des contests o nous retrouvons aussi des stations puissantes trs proches les unes des autres (espaces de 2 10 kHz typiquement). (Voir tableau 4) Nous voyons donc que certains transceivers se comportent mieux que dautres en condition relle sur l'air. Largus 2002 est prsent titre indicatif, sachant que le prix dun transceiver ne se base bien sr pas que sur sa partie rception. Cependant cela peut tre une information utile pour ceux qui recherchent un transceiver avant tout pour sa qualit en rception. Une mention particulire doit tre adresse au Drake R-4C. Ce rcepteur a 25 ans d'ge et pourtant il est possible d'en faire un merveilleux rcepteur aux performances surpassant toutes les autres comme le montre le prcdent tableau. Pour aboutir ces superbes rsultats, il faut apporter pas mal de modifications au design d'origine : Le R-4C doit tre quip du filtre quartz Sher wood 600Hz en premire FI Augmenter le gain du premier ampli FI Remplacement du deuxime mlangeur par un mlangeur quilibr de forte linarit De nombreuses descriptions de ces modifications se trouvent facilement sur Internet.

revues de produits faites suivant les procdures bien dfinies de l'ARRL pour comparer les chiffres mesurs. Le but du jeu n'est pas de concevoir le meilleur rcepteur qui soit mais de savoir comment le concevoir afin qu'il puisse rpondre parfaitement vos besoins sans effort ni surcot inutile. Une bonne connaissance du fonctionnement interne d'un rcepteur est essentielle sa bonne utilisation. Prenez donc le temps de consulter attentivement le schma lectrique et le synoptique de votre rcepteur pour savoir comment il est fait.

6. ConclusionMaintenant vous saurez sur quels critres techniques juger et comparer srieusement diffrents rcepteurs et comment, je lespre, les raliser en connaissant parfaitement les principaux enjeux qui rgnent dans le design dune chane de rception radio. J'espre que cet article vous aura per mis de consolider votre regard critique sur les performances annonces par les fabricants commerciaux qui en gnral vous en disent le moins possible et s'arrangent pour effecteur des mesures dans des conditions favorables mais non reprsentatives de la ralit (comme mesurer une performance d'intermodulation avec des interfreurs situs 20kHz d'cart). Les diffrents critres passs en revue tout au long de cet article sont des mesures de laboratoire ralises en suivant une mthode experte et rigoureuse. Ils ont une signification relle sur le comportement de votre rcepteur sur l'air. N'hsitez donc pas consulter les

7. Rfrences QST Product Reviews: A Look Behind The Scenes (917,504 bytes, PDF file) Learn how the ARRL Laboratory evaluates new products - and what all those numbers mean to you! www.arrl.org/tis/info/pdf/109435.pdf. Lab Notes - What Rig Should I Buy? (360,448 bytes, PDF file) www.arrl.org/tis/info/pdf/29379.pdf. Radioamateur.org : argus et occasions www.radioamateur.org. The DX Prowess of HF receivers , SP7HT, QEX Sept/Oct 2002. Rsultats de mesure ARRL lab: QST K2, 3/00; IC756 PRO, 6/00; Omni6+, 11/97; FT1000MP, 4/96; Scout, 12/93; TS-50, 9/93; IC706MKII, 7/99; Ten Tec Pegasus, 2/00; Ten Tec Jupiter, 6/01; TS-930, 1/84; Kachina 505DSP, 5/98; Patcom PC-1600A , 12/00; FT817, 4/01 ; IC-821H, 03/97 ; TS-2000, 7/01; FT-847, 8/98. "Test Procedures Manual" du laboratoire de l'ARRL, tlchargeable sur www.arrl.org (accs rserv aux titulaires d'un compte d'accs).

INFOS BXCBOITIER DECODEUR ANTI "GROS MOTS" Le boitier Protec TV a t conu pour liminer les termes grossiers prononcs au cours des missions tlvises amricaines. Il est capable de reconnatre 400 mots apparaissant dans les sous-titres des programmes. Les mots reconnus sont brouills et s'affichent sous forme d'une srie de "X" et le son n'est plus audible. Un autre boitier ne se contente pas de supprimer les mots indlicats, il les remplace grce son dictionnaire de synonymes.

NOUVEL AUTOFOCUSDu nouveau chez Minolta : le Riva 160 est un appareil photo compact argentique comportant une reconnaissance de forme. Son systme de mise au point automatique Area-AF reconnat les personnnes et peut les suivre dans leur dplacement. C'est un capteur autofocus 7 lignes dfinissant une grille de vise de 3 lignes x 8 colonnes, associe un microprocesseur RISC 32 bits qui permet ce suivi. La reconnaissance se limite essentiellement aux formes verticales.

POUVOIR REMPLACER LES VENTILATEURS

27 RADIO-REF 756

Les ventilateurs vont-ils trouver des remplaants? Des chercheurs de l'universit de Perdue aux Etats-Unis veulent gnrer de l'air partie d'un systme de lame vibrante lie un excitateur pizo-lectrique. Les avantages peuvent tre nombreux : faible consommation, pas de champ magntique, trs faible encombrement, silencieux. Autre solution : une technique de micro-usinage sur silicium introduisant une vibration accoustique trs haute frquence ( entre 50 et 100 KHz), entranant un dplacement d'air des trous d'jections placs la priphrie des cavits. Mais la performance est loin de celle des ventilateurs employs en lectronique. Un gros avantage serait la dure de vie, plusieurs milliards de cycles. A suivre...

JUIN 2003