Les récepteurs radio modernes ont un avantage distinct sur les premiers modèles courants que j'ai abordés dans mon article précédent. La plupart des récepteurs avec lesquels vous aurez travaillé au cours des deux dernières décennies sont des créations d'Edwin Armstrong; régénérative, superrégénérative ou le plus souvent superhétérodyne. Ceux-ci se distinguent par quelques traits clés fascinants qui apportent à la fois des avantages et des inconvénients.
Plongeons-nous aujourd'hui dans les récepteurs de M. Armstrong. Je vais aussi parler des récepteurs DC qui, malgré leur nom, ne sont pas faits pour écouter les batteries. Ce sont des récepteurs que vous êtes beaucoup plus susceptibles de rencontrer dans un équipement moderne.
Régénérative et super-régénérative
Le récepteur régénératif consiste à faire plus avec moins. Vous en voyez encore certains dans des applications simples comme les télécommandes RF. L'idée découle du fonctionnement d'un oscillateur. D'une manière simple, un oscillateur est un amplificateur avec suffisamment de rétroaction positive pour que tout petit signal à la bonne fréquence s'amplifie, puis, grâce à la rétroaction, continue de sortir encore et encore. Si tout était parfait, alors, un oscillateur aurait un gain infini à une fréquence donnée.
Bien sûr, les choses ne sont pas parfaites, mais elles sont assez proches. Vous devez configurer le réseau de rétroaction juste pour obtenir la fréquence souhaitée. De plus, les choses dans la nature ont tendance à être linéaires, donc ce n'est pas comme si l'amplificateur n'avait pas de gain à la fréquence donnée et avait soudainement un gain infini. Le gain augmente jusqu'à ce qu'il réponde aux critères de Barkhausen et atteigne une oscillation stable.
En fait, parfois, nous voulons construire un amplificateur et constater qu'il oscille pour une raison quelconque. C'est peut-être ce qui a amené Edwin Armstrong à penser au récepteur régénératif. Dans ce document, un amplificateur est poussé presque jusqu'au point d'oscillation à la fréquence d'intérêt. Cela peut entraîner un gain énorme pour un seul tube ou transistor. Cela était particulièrement important lors de l'utilisation d'appareils actifs de faible qualité. Par exemple, un tube capable d'un gain de 10 sans régénération peut amplifier entre 5 000 et 10 000 fois lorsqu'il se trouve juste au bord de l'oscillation.
C’est une grande amélioration et cela signifiait qu’un appareil très simple pouvait capter des signaux radio très éloignés. Il existe de nombreuses façons d'organiser des commentaires positifs. Cependant, la manière la plus courante (comme dans le schéma ci-joint) était d'avoir une bobine de détection appelée un tickler autour de la bobine du circuit réglé primaire. Si cette bobine était déphasée, vous obtiendriez des commentaires négatifs, donc le conseil commun sur ce type de radio était que si cela ne fonctionnait pas après sa construction, essayez d'inverser les fils du tickler.
Le super-régénératif était une autre conception d'Armstrong. Il s'agit essentiellement du même circuit, mais après une certaine fréquence supérieure à la bande passante d'intérêt, la conception arrête l'action d'oscillation lui permettant de se reconstruire. Armstrong a appelé cette extinction. Cela pourrait améliorer les gains dans le voisinage d'un million de fois. La démonstration originale d'Armstrong du concept a montré un récepteur à trois tubes qui était aussi sensible qu'une conception conventionnelle à neuf tubes.
Il y a cependant des inconvénients à ces deux conceptions. Vous devez généralement ajuster la régénération et le circuit peut facilement entrer en oscillation, produisant un grincement. Il émet également un signal en arrière de l'antenne, c'est donc une sorte d'émetteur. C'est mauvais pour les interférences ou – pour les applications militaires – où vous ne souhaitez pas être trouvé. Si vous voulez construire le vôtre, nous avons eu quelques conseils pour vous dans le passé, y compris certains sur une planche à pain. Si vous préférez, vous pouvez simplement simuler celui que (Qrp Gaijin) démontre dans la vidéo ci-dessous.
Superhétérodyne
Armstrong était également à l'origine de l'architecture la plus réussie de toutes, la superhétérodyne. Si vous avez une radio non définie par logiciel, elle utilise probablement cette technique. L'idée est simple et concerne la sélectivité. Considérez la radio TRF. Vous pouvez obtenir de meilleures performances en plaçant plus d'étapes devant le détecteur. Mais chaque étape doit couvrir toute la portée de la radio et nécessite un réglage lorsque vous changez de fréquence.
L’idée d’Armstrong était de limiter cela. Vous pouvez avoir ou non un filtre relativement large devant un mélangeur qui ajoute (et soustrait) deux signaux RF. Ensuite, un oscillateur local fournit un autre signal au mélangeur. Supposons que vous souhaitiez recevoir un signal à 1 MHz et que vous définissiez l'oscillateur local sur 9 MHz. Vous obtiendrez un signal à 10 MHz (et 8 MHz). Vous pouvez désormais filtrer ce signal de 10 Mhz et l'amplifier à l'aide de filtres et d'amplificateurs que vous n'avez pas à régler (au moins, pas plus d'une fois). Cela rend leur conception simple et est également moins compliquée pour l'opérateur.
Maintenant, si vous souhaitez recevoir un signal à 1,1 MHz, vous changez l'oscillateur local à 8,9 MHz. Vous obtenez toujours un signal de 10 MHz. S'il y a une station à 1,2 MHz, vous obtiendrez également un signal à 10,1 MHz, mais comme vous avez les filtres et les amplificateurs à 10 MHz, vous pouvez vous en débarrasser facilement. Ce 10 MHz, dans cet exemple, est la fréquence intermédiaire ou IF.
C'est un excellent moyen de construire une radio. Vous pouvez empiler sur le gain et la sélectivité en ajoutant plus d'étapes IF. Le seul véritable inconvénient, comme je l'ai mentionné dans le dernier article, c'est la possibilité d'images. Comme le mélangeur ajoute et soustrait, vous pouvez entendre une station à la mauvaise fréquence. Considérez notre signal de 1 MHz avec une fréquence d'oscillateur local de 9 MHz. Un signal de 19 MHz à l'antenne apparaîtra également à la sortie de 10 MHz du mélangeur depuis 19-9 = 10, tout comme 1 + 9 = 10.
Il y a plusieurs façons de surmonter cela. Tout d'abord, vous pouvez filtrer avant le mélangeur. C’est pourquoi de nombreuses radios ont un commutateur de bande – eh bien, c’est au moins une des raisons. Vous sélectionnez un filtre qui supprime grossièrement les interférences des images. Les récepteurs de haute qualité utiliseront une double conversion où un mélangeur produit un signal IF qui est ensuite mélangé à nouveau pour en former un second. Certains utiliseront même plus de conversions pour optimiser le filtrage.
Il y a plusieurs façons dont cela peut vous aider. Les fréquences d'image sont toujours à deux fois la fréquence de l'oscillateur local. Pour revenir à l'exemple du signal 1 MHz, l'image est à 2 × 9 + 1 = 19 MHz. Ainsi, plus le FI est élevé, plus il est facile de filtrer les images. À titre d'exemple stupide, considérez si le récepteur 1 MHz utilise un FI de 61 MHz. Maintenant, l'oscillateur local fonctionnera à 60 MHz et la fréquence d'image sera à 121 MHz. Il est trivial de filtrer 1 MHz à partir de 121 MHz.
Le problème est que l'utilisation d'un FI plus élevé rend plus difficile le rejet de stations adjacentes en fréquence. Dans notre exemple extrême, les filtres pour sélectionner entre 61 MHz et 61.02 MHz vont être plus complexes et coûteux que ceux qui sélectionnent entre 10 MHz et 10.02 MHz. Certes, il existe des filtres à ondes acoustiques de surface et d'autres appareils qui peuvent faire le travail, mais généralement les meilleures performances pour un coût donné vont aux filtres et aux amplificateurs à basse fréquence.
Si vous voulez un bon aperçu du superhétérodyne qui n'est pas trop technique, regardez la vidéo ci-dessous.
Conversion directe
Le récepteur à conversion directe (DC) a vu une résurgence de son utilisation, car de nombreuses radios définies par logiciel l'utilisent comme frontal avant de numériser le signal. Vous pouvez considérer un récepteur CC comme superhétérodyne où l'oscillateur local ne produit pas de FI, mais est plutôt réglé sur la fréquence que vous souhaitez recevoir. Cela signifie que la sortie est le signal radio détecté.
En utilisant notre exemple de 1 MHz, pour le régler, vous réglez l'oscillateur local sur 1 MHz. La sortie est ce que vous traitez normalement avec un amplificateur audio (dans le cas de la radio AM). La conception présente plusieurs problèmes pratiques. Si l'oscillateur local n'est pas verrouillé sur la station d'émission, la sortie sera incorrecte. Avec le SDR, ce n'est pas un problème car le logiciel SDR peut suivre les changements, mais si vous n'avez pas d'ordinateur qui gère les choses, il nécessite beaucoup de composants pour rester sur la fréquence (essentiellement, une boucle à verrouillage de phase).
D'un autre côté, les images sont toutes à basses fréquences et facilement rejetées. De nombreux récepteurs radioamateurs simples utilisent cette technique car vous n'avez pas besoin de beaucoup d'amplificateurs et de filtres spécifiques à la fréquence qui nécessitent un réglage.
Commencer à recevoir
Si vous voulez commencer à concevoir des récepteurs, le mieux est d'en construire et de voir comment ils fonctionnent. Il est difficile de battre la simplicité et les performances d'un récepteur régénératif. Bien sûr, un ensemble de cristaux est plus facile, mais il ne reprendra pas comme une régénération. L'utilisation du mélangeur NE602 ou NE612 est un moyen pratique de créer un récepteur à conversion directe avec seulement un peu plus de travail. Vous pouvez utiliser ce même mélangeur dans une conception superhet, mais c'est certainement plus de travail.
Même si vous utilisez SDR, vous avez généralement besoin d'une sorte de frontal. Il y a quelques autres designs exotiques dont nous n'avons pas parlé. Si vous souhaitez en savoir plus sur Hartley, Barber Weaver et d'autres sujets intéressants, une présentation Texas A&M sur le sujet vous renseignera.
Bien sûr, la meilleure façon d'apprendre est d'aller construire quelque chose! Les idées de design ne manquent pas pour chaque type de radio dont nous avons parlé. Une fois que vous aurez commencé à peaufiner du matériel réel, vous découvrirez rapidement ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas.
Remerciements: La plupart des jolies images de schémas fonctionnels et de schémas ont été adaptées de sources du domaine public sur Wikipédia, en particulier de (Chetvorno). Quelle grande ressource.
