LORRIN FANNY ETHLAMBERT STEPHANE

LES RECEPTEURS SUPERHETERODYNES

ET A CONVERSION DIRECTE

Sommaire

I. Le récepteur hétérodyne..................................................................................4

1- Architecture générique du récepteur hétérodyne...........................................4

2- Principe..........................................................................................................4

II. La conversion directe......................................................................................9

1- architecture et principe..................................................................................9

2- Principe..........................................................................................................9

3- Différents montages.....................................................................................10

4- les inconvénients..........................................................................................11

2

Introduction

A l’époque où le secteur des télécommunications est en plein essor technologique, notamment avec le développement des systèmes de télécommunications mobiles, les différents types de récepteurs existants ne répondent plus forcément à l’utilisation actuelle que l’on attend de ces derniers

Les recherches menées à ce sujet ont abouti à un nouveau concept de récepteurs, les récepteurs à conversion directe.

Dans ce document, on fera une présentation générale des récepteurs initiaux, en particulier le récepteur superhétérodyne. Ce qui nous amènera à exposer les difficultés rencontrées lors de leur application aux nouvelles technologies des télécommunications. On présentera alors la solution retenue pour parer à ces problèmes : la découverte de nouveaux récepteurs à conversion directe.

3

I. Le récepteur hétérodyne

1- Architecture générique du récepteur hétérodyne

Le circuit de base d’un récepteur est le suivant :

Un superhétérodyne classique comporte en général cinq étages :

- Un étage mélangeur pour le changement de fréquence.- Un étage amplificateur de la moyenne fréquence résultant du changement de fréquence.- Un étage détecteur.- Un étage préamplificateur Basse Fréquence (BF).- Un étage préamplificateur BF fournissant la puissance pour actionner le haut parleur.

2- Principe

Un superhétérodyne comporte deux étages essentiels : le mélangeur et l’amplificateur moyenne fréquence.

a) L’étage mélangeur

Il multiplie la tension issue de l’antenne et celle issue de l’oscillateur.

4

Ampli FI

OL

Préamplificateur BF

Amplificateur BF

Haut-Parleur

b) L’étage amplificateur moyenne fréquence

L’étage Moyenne Fréquence est un amplificateur sélectif réglé sur une fréquence fixe, ce qui permet de donner à la fréquence fixe des propriétés de sélectivité idéales tout en respectant la largeur de la bande passante nécessaire.

Le produit Vant x Vosc est équivalent à la somme des deux tensions f1 et f2.

fant = fosc + f1

fant = fosc - f2

Ainsi on sélectionne la fréquence f1, c’est-à-dire la fréquence de coupure du filtre, et il suffit de faire varier la fréquence de l’oscillateur pour sélectionner un émetteur. C’est pourquoi on l’appelle parfois le changeur de fréquence.

Le principe du récepteur superhétérodyne est de convertir tous les signaux sur une seule et unique bande de fréquence appelé FI.. L’avantage est que l’on amplifie et filtre tous les signaux sur une seule fréquence, choisie en fonction de la sélectivité et du gain minimums voulus ainsi que le coût des composants.

c) Le problème de la fréquence image

1. Définition

5

FIM FAFOL

Spectre parasiteSpectre utile

Soit fA la fréquence de la porteuse de la station, l’oscillateur local doit fonctionner à la fréquence fOL telle que :

fOL – fA = f1.

Mais il existe une autre fréquence d’antenne qui fournit un battement à la même fréquence. Elle est telle que :

f1 = f’A – fOL.

En identifiant ces deux équations, il vient :

fOL = (f’A + fA)/2

La fréquence f’A, alors appelée fréquence image notée fIM , est le symétrique de fA par rapport à l’oscillateur local.

2. Le problème

Dans les grandes ondes, si la fréquence d’antenne est de 200 kHz et la fréquence intermédiaire 455kHz, l’ocillateur local fonctionne à 655 kHz et la fréquence image se trouve à 100KHz. Cette fréquence ne peut en aucun cas perturber la réception car le circuit d’antenne, même de faible Q, l’éliminie efficacement.

En petites ondes, la fréquence image est également convenablement rejetée.Pour fA = 1MHz, fOL = 1.455Mhz et f’A = 1.91MHz, le circuit d’antenne accordé sur 1 MHz a une impédance très faible pour cette fréquence.

Pour les fréquences élevées, le montage doit être plus sophistiqué. Par exemple pour fA = 30 MHz et f’A = 30.91 MHz l’écart n’est plus que de 1 MHz et le circuit d’antenne doit avoir un Q bien supérieur à 30. Donc les récepteurs ont une fréquence intermédiaire plus élevée et un double changement de fréquence.

Voici différents montages qui ont été réalisés (par étapes) pour résoudre le problème de la fréquence image pour le récepteur superhétérodyne.

6

Le premier est le récepteur superhétérodyne à plusieurs changements de fréquence.

Le deuxième est le récepteur superhétérodyne avec préselecteur d’entrée.Dans un récepteur, la puissance de bruit est proportionnelle à la bande de fréquence

utilisée. Si on peut réduire cette bande, on réduit ainsi le bruit et on améliore alors le rapport signal à bruit. Ceci conduit donc à des schémas d’entrée de récepteurs qui ont la structure suivante :

Le troisième est le récepteurs homodynes.Un récepteur homodyne peut-être considéré comme un cas particulier d’un récepteur

superhétérodyne. Ce type de récepteur a aussi un oscillateur local qui permet d’abaisser la fréquence du signal incident. La grande différence avec les cas précédents est que dans un récepteur homodyne, la fréquence de l’oscillateur local est dérivée de la fréquence incidente.

Ce type de récepteur est utilisé pour vérifier l’existence d’un signal à l’entrée du récepteur. Il ne permet pas d’effectuer des mesures de fréquences.

7

Diviseur de puissance

: 2

Filtre FI

: 2

-/2

OL

S(t)

a.cos (wi.t)

Filtre FI

Filtre FIFiltre accordable

Contrôle manuel ou numérique

OL 2

Pour résoudre le problème de la fréquence imag, il faut donc :

- D’une part, augmenter la complexité du montage ; cela implique des étages supplémentaires.

- D’autre part, , un besoin plus important en puissance, celle-ci dépendant de la fréquence (plus la fréquence est élevée, plus le besoin est fort).

Tout ceci a un coût.

8

Filtre FI:

: 2

OL 2

Filtrepasse-bas

II. La conversion directe

1- architecture et principe

L’architecture par schémas-blocs du récepteur à conversion directe est :

Le principe de la conversion directe est de baisser la fréquence intermédiaire à « zéro » permettant ainsi de consommer moins de puissance.

Ce principe a alors l’avantage de ne pas utiliser l’étage amplificateur moyenne fréquence faisant intervenir la fréquence intermédiaire, ni de filtre à Quartz pour la détection de la BLU. De plus, le filtre FI étant le seul à ne pas être intégré dans le siliciumdu montage, sa disparition engendre de pertes en puissance moindres

Cela simplifie beaucoup le système et baisse par là le coût de la conception.

2- Principe

La fréquence intermédiaire est réduite à 0 kHz. La moitié du canal qui serait tranposée dans les fréquences négatives devient alors l’image de l’autre moitié de ce même canal, qui lui est dans les fréquences positives. Le signal doit alors être démodulé en signal de base par

9

Conversion directe

0 KHz

LO

Spectre RF

filtre

OL

préampli Ampli BF

la méthode de déphasage suivante, pour éviter la superposition de la moitié négative sur la moitié positive :

D’autre part, n’ayant pas l’étage du filtre FI, il est exempt de distorsion d’intermodulations. C’est là un de ces principaux avantages.

3- Différents montages

Le récepteur à conversion directe fait l’objet de nombreuses applications dont deux sont explicitées dans ce document.

Le premier montage est celui du récepteur FSK à conversion directe. On l’utilise notamment pour les systèmes de télécommunications fonctionnant en mode « paging » (réception de mini-messages). Grâce à ce montage, le volume physique du récepteur et la dissipation d’énergie sont considérablement diminués

Le second montage est celui du récepteur à conversion directe pour téléphone cellulaire numérique. Le téléphone portable devant consommer le moins possible d’énergie et être le plus petit possible, cette architecture a très vite été privilégiée.

10

90 degrés

0 degré

+OL

Filtre passe-bas

D Q

CK

OL

/2

Filtre passe-bas

4- les inconvénients

Cependant,Le récepteur à conversion directe souffre de plusieurs inconvénients, en partilculier un problème lié à la fréquence image.

Les deux BLU étant séparées d’un écart fréquenciel de 2x FI, fonction linéaire de la fréquence intermmédiaire, plus cette dernière baisse, plus l’écart entre les 2 BLUs baissent aussi.

Il arrive un moment où le filtre passe-bas ne rejette plus la BLU non désirée. Il faut donc avoir un filtre plus sélectif, ce qui équivaut à augmenter l’ordre de ce filtre.

Ainsi, le coût qui n’est pas investi dans les étages supplémentaires et dans l’énergie doit être investi dans la conception plus laborieuse du filtre.

Mais l’avantage de ce filtre, même d’ordre élevé, est qu’il occupe une faible place et qu’il dégage très peu de puissance.

Il existe aussi le problème de distorsion due à l’intermodulation. Ce défaut est issu des différeznts étages, en particulier le mélangeur, à cause de sa non linénarité.

En effet, celui-ci créée des harmoniques du signal à démoduler, et ce d’autant plus violemmetn que les signaux sont fort.

Pour deux fréquences captées en même temps, il se créée des harmoniques qui peuvent brouiller le signal principal.

Un autre inconvénient de ce récepteur est qu’il est souvent microphonique, c’est-à-dire que le moindre petit bruit se traduit par un clong dans la BF.

11

Conclusion

Les récepteurs à conversion directe satisfont aux besoins actuels des nouveaux systèmes de télécommunications.mobiles (GSM) Les récepteurs superhétérodyne répondent aux besoins des systèmes de télécommunications terrestres (Radio FM).

Le choix d’un type de récepteur est un compromis entre un récepteur hétérodyne et un récepteur à conversion directe.

Le superhétérodyne est très sélectif, mais il consomme beaucoup d’énergie et a une FI très élevée. Le récepteur à conversion directe comsomme peu mais rencontre un problème de sélectivité et possède un filtre d’ordre élevé.

L’idéal serait d’inventer un récepteur intégrant un filtre FI dans le silicium qui constitue un récepteur, permettant ainsi d’augmenter la sélectivité et de baisser la consommation d’énergie.

12