Un autre regard sur nos r

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Un autre regard sur nos récepteurs (VHF - UHF)
Joël Redoutey - F6CSX 8/12/2001
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Synoptique d un RX V-UHF
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Tête HF
Oscillateur local
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Filtre présélecteur
Atténuer les signaux indésirables
Gabarit d un filtre idéal
Amplitude
Fréquence
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Sélectivité et facteur de qualité Q
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Préamplificateur
Gain Gp (en dB) Facteur de bruit
(NF) Intermodulation (IMD)
GaAs FET (NFlt1dB) MOS FET (NF?1dB) Bipolaire
(NF?1dB)
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Facteur de bruit d un système à plusieurs étages
G1
G2
G3
F1
F2
F3
F total F1 (F2 - 1)/G1 (F3 - 1)/G1G2 ...
Le premier étage est déterminant
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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
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Préampli 432 MHz - MGF1302
(DL4MEA)
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Le mélangeur
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Changement de fréquence
e1(t) A1sin?1t e2(t) A2sin?2t eS(t)
e1(t).e2(t) A1A2.sin?1t.sin?2t daprès la
relation trigonométrique sina.sinb
(½)cos(a-b)-cos(ab)  on a  eS(t)
(A1A2/2)cos(?1- ?2)t - (A1A2/2)cos(?1 ?2)t
Battement inférieur
Battement supérieur
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Réception 145,0 MHz avec FI à 10,7 MHz
Battement Infradyne
134,3MHz
279,3MHz
145,0MHz
10,7MHz
FI
OL
Fréquence
Spectre en sortie du mélangeur
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Réception 145,0 MHz avec FI à 10,7 MHz
Battement Supradyne
155,7MHz
145,0MHz
300,7MHz
10,7MHz
Fréquence
FI
OL
Spectre en sortie du mélangeur (inversé)
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Fréquence image
Oscillateur local
Fréquence image
Fréquence à recevoir
Battement sup.
FI
Fréquence
Exemple FI10,7 MHz Frx145,0 MHz Fol 134,3
MHz Fimage 123,6 MHz Fsupra279,3 MHz
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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 - 134,3 145 MHz
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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...

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Mélangeur non linéaire
Élément non linéaire
Signal d entrée

Diode Transistor FET
Oscillateur local
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Mélangeur à commutation
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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.
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Cas d un signal carré symétrique
SLO(t) (4/? )sin?LOt - (1/3).sin3?LOt
(1/5)sin5?LOt -
temps
T
T1/F
fréquence
F
3F
5F
7F
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Mélangeur à commutation
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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.

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Fentrée 5MHz -20dBmFosc local20MHz 7dBm
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Mélangeur équilibré
La fréquence de l OL est présente en sortie
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Mélangeur en anneau (Double Balanced Mixer)
La fréquence d entrée et la fréquence de
l oscillateur local sont éliminées en sortie.
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Mélangeur actif La cellule de Gilbert
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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
3dBm
13 dBm
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Filtrage FI
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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.

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L oscillateur local
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Oscillateur local

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

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Bruit de phase
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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

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OSCILLATEUR
Principe Un élément actif compense les pertes du
circuit oscillant Deux approches théoriques
possibles Automatique rétroaction
positive Electronique résistance négative
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Structures d oscillateur
Colpitts
Hartley
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Voltage Controled OscillatorVCO

• Diode VARICAP diode polarisée en inverse par
  Vr capacité ? quand Vr ? Q relativement
  faible Cmax/Cmin lt10
• Pente Ko du VCO Ko ? f/?Vr

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Boucle à verrouillage de phasePLL
Comparateur de phase
VCO
Filtre de boucle
Sortie

X
F référence
-
Si la boucle est verrouillée F sortie F
référence
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Synthétiseur de fréquence
Comparateur de phase
VCO
Filtre de boucle
Sortie

X
F référence
-
F sortie
Fsortie/N
Divise par N
F sortie N x F référence
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Fréquence de référence
Oscillateur pilote à quartz
Diviseur par R
F comp
TCXO OCXO
F comparaison F référence / R
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Synthétiseur de fréquence
Comparateur de phase
VCO
Filtre de boucle
Sortie

X
F comparaison
-
F sortie
Fsortie/N
Divise par N
F sortie N x F comparaison F sortie N x F
référence / R
Programmation
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Limitation en fréquence
Le diviseur programmable est limité en fréquence
à quelques dizaines de MHZ
Prédiviseur rapide
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Synthétiseur pour fréquences élevées
Comparateur de phase
VCO
Filtre de boucle
Sortie

X
F comparaison
-
F sortie
Divise par P
Divise par N
Fsortie/NP
Programmation
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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
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Exemple
Synthétiseur 145 MHz au pas de 12,5 kHz MC145151
avec prédiviseur par 10 Fcomp 12,5 kHz / 10
1,25 kHz N 11 600 ? Fsortie 116 000 x 1,25
145 000 kHz N 11 601 ? Fsortie 116 010 x
1,25 145 012,5 kHz
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Inconvénient d un fréquence de comparaison basse
F comparaison ? F coupure filtre de boucle
Temps de verrouillage de la boucle
Bruit de phase
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Synthétiseur à deux modules
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Phase 1
Prédiviseur par P1 Les compteurs A et M
reçoivent des impulsions de fréquence F1
Fvco/(P1), c est à dire de période T1 1/ F1
( P1) / Fvco (P1) Tvco Le compteur A
déborde au bout d un temps t1 A x T1
A(P1)Tvco et change le rapport de division de
P1 à P
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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.
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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
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Exemple
Synthétiseur 145 MHz au pas de 12,5
kHz Prédiviseur par 10 / 11 145 000 12,5 (10M
A) M 1160 A 0 145 012,5 12,5 (10M
A) M1160 A 1
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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)
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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