THEORIE de la RC ( 10 )

LES RECEPTEURS

Le champ hertzien créé par l'émetteur autour de son antenne peut être capté réciproquement par une antenne analogue.
Fig. 1 Il va y développer un courant électrique HF présentant, en bas du brin 1/4 d'onde, un ventre de courant.
Ce courant traverse souvent un enroulement de quelques spires, L1.
Il y développe un champ magnétique, lequel par couplage inductif provoque la naissance aux bornes de l'enroulement L2 d'une tension HF, image fidèle des tensions émises et qu'il "suffit" maintenant d'exploiter.
Bien entendu, il y a un rapport considérable entre la puissance émise et la puissance captée : On émet en Watts et on reçoit en micro, voire nanowatts ( µW ou nW ). Ce rapport de puissances dépendant évidemment de la distance entre les antennes.
P_rx= k P_tx / d²
La RC a d'ailleurs ceci de particulier que la distance d en question varie beaucoup, de moins d'un mètre, quand le pilote prépare son modèle à plusieurs centaines de mètres lors des évolutions.
Cela n'est pas sans poser quelques problèmes !
A noter que le rayonnement étant de l'énergie " en liberté", il n'y a aucun effet rétroactif du nombre de récepteurs sur la puissance émise ! ( Ce n'est pas le cas dans un transformateur où la puissance primaire est fonction de la secondaire.

Le RECEPTEUR AM.

- .. du plus simple .

C'est le récepteur "à galène" des années 20, revu et corrigé.
Voir Fig. 2. La galène est simplement remplacée par une diode.
Comme indiqué ci-dessus, des tensions HF se développent aux bornes de L1 et sont transmises par induction à L2. Mais TOUS les rayonnements HF du moment parviennent à notre antenne, l'utile et.. les autres. Une sélection s'impose !
C'est le rôle ... bien modeste du circuit accordé L2//Caj, lequel, on le sait, entre en résonance à une fréquence F = 1/ 2 p Ö L2.Caj , qu'il favorise au détriment des autres. Bien sûr la SELECTIVITE est faible et la BANDE PASSANTE très large :
2 à 3 MHz sur 26 MHz !
Quoi qu'il en soit, le signal HF est reçu. Il reste à en extraire l'information véhiculée par la modulation AM, donc DEMODULER la HF. C'est la mission accomplie par la diode D de DETECTION. Cette diode se comporte comme une "valve" : Elle laisse passer le courant dans un sens, pas
dans l'autre.
En appliquant à D le signal modulé de la Fig 3A, seules passeront les alternances positives de la HF ce qui donne, en principe, en sortie de D des signaux selon la Fig 3B que l'on retrouve aux bornes de Rd. Mais le condensateur Cd élimine la HF par filtrage et ne garde que la variation lente de l'amplitude, c'est-à-dire le signal modulant ! Voir Fig. 3C.
Il suffit maintenant d'utiliser ce signal. On peut le faire .. (voir Fig. 2.)
- dans un écouteur à haute impédance, si on veut entendre,
- avec un oscilloscope, si on veut voir,
- dans un microampèremètre si on veut "mesurer" le niveau HF
reçu. Dans ce cas, le montage de la Fig. 2 devient un
"mesureur de champ" permettant d'apprécier ( et non de
"mesurer" ) la puissance du rayonnement d'un émetteur.
Il suffit d'adapter L1 à la bande que l'on veut surveiller,
du 26 au 72 MHz.
Voilà un petit accessoire utile et très facile à réaliser

- .. vers le meilleur !

Le récepteur AM de la Fig. 2 n'a qu'une seule qualité : sa simplicité.
Hélas, il n'est ni SENSIBLE ( il ne reçoit que les signaux forts car il faut faire conduire la diode D dont le seuil limite est de
100 mV environ avec un modèle au germanium ).
Il n'est pas SELECTIF ( il ne sépare pas les émissions de fréquences voisines )
Pour gagner sur les deux tableaux il faut compliquer le montage : ajouter des étages amplificateurs et multiplier le nombre de cellules résonnantes LC. On arrive alors au schéma de la Fig. 4, c'est-à-dire au récepteur à AMPLIFICATION DIRECTE, ici à 2 étages.
Pour un tel récepteur, on peut estimer la sélectivité à 1/50 de la fréquence reçue, ce qui est tout à fait correct en P.O ( de 500 à 1500 kHz ), en G.O ( de 150 à 300 kHz ), la bande passante variant de 150/50 = 3 kHz à 1500/50 = 30 kHz pour l'ensemble des deux bandes. Le récepteur à amplification directe a ainsi été effectivement utilisé. Notons cependant que la variation de la sélectivité avec la fréquence constitue déjà un défaut sérieux.
Mais nos fréquences RC vont de 26 à 72 MHz. Dans ces conditions nous obtiendrions des bandes passantes allant de
26/50 = 0.52 MHz à 72/50 = 1.44 MHz, ce qui excède largement les limites des bandes allouées. Le récepteur ci-dessus
est donc inutilisable en Ondes Courtes ( O.C ) en général et en RC en particulier.
En fait nous désirons avoir une bande passante de 10 kHz environ pour une coexistence pacifique des utilisateurs.
En prenant le problème à l'envers il est facile de calculer la fréquence donnant ce résultat : C'est 50 x 10 kHz soit 500 kHz.

Comment faire alors ?

Bien entendu, les pionniers de la radio n'ont pas attendu la RC pour s'occuper du problème et la solution apparut vers 1930 : C'est le CHANGEMENT de FREQUENCE. On va tout simplement ramener TOUTES les fréquences à recevoir à 500 kHz à l'aide d'un mélange HETERODYNE. Voir Fig. 5.
Lorsque deux fréquences F1 et F2 sont injectées dans un étage non linéaire, il s'y produit des battements et on retrouve en sortie, en plus de F1 et F2, des mélanges F1 - F2, F1 + F2 ... sans parler des mélanges harmoniques 2F1 - F2, 2F2 - F1 etc..
Dans le cas général on s'intéresse uniquement au battement différence
F1 - F2 ( si F1 > F2 ). Cette nouvelle fréquence prend le nom de
FREQUENCE INTERMEDIAIRE ( F.I ) On la privilégie par un
circuit accordé LC en sortie du mélangeur ( mixer en anglais ! )
La FI est normalisée : 455 kHz en bande étroite.

Le récepteur classique,
( le SUPERHETERODYNE ) prend alors la structure de la Fig. 6 : En tête, un "mixer" recevant d'une part la fréquence F1 reçue et d'autre part un signal HF fabriqué dans le récepteur lui-même par un OSCILLATEUR LOCAL dont la fréquence est choisie pour donner en sortie de mélange les fameux 455 kHz de la FI. Cette FI est alors envoyée dans un amplificateur accordé conforme à celui de
la Fig. 4. La diode D de détection permet l'extraction du signal modulant,
comme en Fig. 1.

Deux exemples :
- Pour recevoir F1 = 7.425 MHz, on règle l'oscillateur local sur F2 = 6.970 MHz ce qui donne en sortie FI = 7425 - 6970 = 455 kHz.
- Pour recevoir F1 = 41100 kHz, on cale l'oscillateur local sur F2 = 40645 kHz et on obtient
FI = 41100 - 40645 = 455 kHz.
Dans les deux cas, la bande passante est de 455/50 = 9 kHz env.

Lorsque le récepteur doit couvrir une large bande de fréquence, par exemple les P.O qui vont de 500 à 1500 kHz, il faut
faire varier l'accord de l'entrée antenne en même temps que celui de l'oscillateur local, afin d'avoir une sensibilité égale en tous
points de la bande. Dans ce but, les deux condensateurs variables sont commandées en parallèle par une commande unique. Voir Fig. 6.
Dans le cas de nos récepteurs RC, la bande à recevoir est très étroite ( par ex. de 41000 à 41200, soit 200 kHz
ou 200/41000 = 0.5 % env. ) L'accord de l'entrée antenne est donc FIXE et fait en milieu de bande.
Seule variera la fréquence F2. Pour des raisons évidentes de stabilité, l'oscillateur local est à quartz ou synthétisé.
On passe d'une fréquence à l'autre en changeant le quartz ou en reprogrammant l'oscillateur synthétisé.
Aucun réglage d'accord n'est nécessaire.

- .. mais nul n'est parfait !

Nous avons résolu les problèmes de sélectivité et de sensibilité ce qui pourrait nous laisser aller à penser que tout va bien !
Ce serait peut-être un peu trop beau ! Car il reste ..

Le problème de la saturation.

Nous avons déjà indiqué que le niveau du signal reçu pouvait varier dans des proportions très grandes : Entre le récepteur à
1m de l'émetteur ou à 1km, Il y a un rapport de 1000 en distances et de 1000000 en niveaux HF. Si à 1 km nous obtenons
1 µV HF, nous aurons 1 V à courte distance ! Cette forte tension va traverser les étages amplificateurs du récepteur et amener les niveaux "en butées". Le signal HF modulé de la Fig. 3A va être "écrasé" jusqu'à faire disparaître toute trace de ... modulation, ce qui n'est pas acceptable, bien sûr. Le montage de la Fig. 6. doit donc être complété par une COMMANDE AUTOMATIQUE de GAIN ( C.A.G ) Pour ce faire, on exploite la composante continue du signal détecté de la Fig. 3C et
on se sert de cette tension proportionnelle au niveau HF reçu, pour commander en CONTRE-REACTION le gain des étages FI, voire de l'étage HF s'il existe. Si le niveau HF augmente, le gain FI tend à diminuer et un équilibre s'établit.
Cela est d'autant plus indispensable que l'amplitude du signal BF issu de la détection est lui aussi proportionnel au niveau HF.
Les récepteurs RC AM ont d'ailleurs ce défaut : Quand la distance s'accroit, l'amplitude du signal détecté et envoyé dans le décodeur est de plus en plus faible, d'où mauvais décodage.
Par ailleurs, si efficace que soit la CAG, elle n'est pas parfaite ( l'êtes-vous ? ) et lorsque l'émetteur est très proche, le
récepteur finit par SATURER et refuse évidemment de fonctionner.
En conclusion, le récepteur AM a tendance à mal fonctionner, à distance et à proximité de l'émetteur. ( Rassurez-vous, entre les deux, ça va mieux !! ) Nous verrons plus tard que le récepteur FM se comporte mieux sur ces deux points et que cela explique en partie le passage quasi général de nos ensembles RC à la FM.
Pour conclure sur l'AM, nous vous proposons de jeter un coup d'oeil sur le schéma très classique d'un récepteur AM développé par l'auteur il y a quelques .. dizaines d'années !! Le RX5. Le lecteur pourra ainsi mieux matérialiser la structure réelle d'un tel montage, la technologie "tout transistors" étant beaucoup plus "parlante" que celle d'un montage plus récent
et à circuits intégrés. Voir Fig. 7.
Les signaux captés par l'antenne apparaissent aux bornes de L1 et sont amplifiés par T0 avec collecteur accordé par L2 et L3 sur la fréquence reçue. ( ampli HF )
Le transistor T1 est le "mixer". Il reçoit sur sa base les signaux captés et l'oscillation locale générée par le BC251 associé au quartz Qz. La FI 455 kHz est disponible sur le collecteur de T1. Elle est amplifiée par T3 et T4 et filtrée par des bobines 455 kHz, FI1 à FI4.
Enfin une détection en négatif par 0A90 fournit en S le signal BF utile et une tension négative de CAG ajustant le gain de T0 et T3 selon le niveau HF capté. Remarquer la 0A90 sur L1 ajoutée pour reculer le seuil de saturation.
Nous aborderons plus tard un autre défaut : La fréquence image. Mais il ne s'agit pas d'un problème de l'AM, mais des changeurs de fréquence en général. Nous reportons donc cet analyse au chapitre FM.
Si vous voulez manipuler un peu, vous pouvez utilement vous fabriquer un mesureur de champ. Vous pourrez ainsi contrôler le rayonnement des émetteurs en général et observer le signal détecté provenant de votre vieil émetteur AM, en particulier, si vous avez un oscilloscope.