Un hétérodyne (oscillateur de référence) dans un récepteur (émetteurDans la plupart des cas, le générateur de signaux qui détermine la fréquence de la réception est appelé hétérodyne. Bien que son rôle soit qualifié d'auxiliaire, il a un impact très important sur la qualité de l'unité de réception ou d'émission.
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Désignation de l'hétérodyne et principe de la réception hétérodyne
Au début de la réception radio, un hétérodyne était indispensable pour construire un circuit de réception. Le signal capté par le circuit d'entrée oscillant était amplifié, puis détecté et envoyé dans un amplificateur basse fréquence. Avec le développement des circuits, le problème de la construction d'un amplificateur radio à haut gain s'est posé.
Pour couvrir une large gamme, il a été conçu avec une large bande passante, ce qui le rendait sujet à l'auto-excitation. Les amplificateurs commutables se sont avérés trop compliqués et encombrants.
Tout a changé avec l'invention de la réception hétérodyne. Le signal d'un oscillateur accordable (ou fixe) est envoyé à un mélangeur. L'autre entrée du mélangeur est le signal reçu et la sortie est un grand nombre de fréquences Raman, qui sont les sommes et les différences des fréquences du signal hétérodyne et du signal reçu dans diverses combinaisons. Dans la pratique, il y a généralement deux fréquences :
- f hétérodyne-f-signal ;
- f-signal - f-hétérodyne.
Ces fréquences sont appelées fréquences miroir l'une par rapport à l'autre. La réception se fait sur un canal, l'autre est filtré par les circuits d'entrée du récepteur. Cette différence est appelée fréquence intermédiaire (FI), et sa valeur est choisie lors de la conception du récepteur ou de l'émetteur. Les autres fréquences combinatoires sont filtrées par le filtre de fréquence intermédiaire.
Pour les équipements industriels, il existe des normes pour le choix de la fréquence FI. Dans les équipements amateurs, cette fréquence est choisie en fonction de diverses conditions, notamment la disponibilité des composants pour construire un filtre à bande étroite.
La fréquence intermédiaire filtrée est amplifiée dans l'amplificateur FI. Comme cette fréquence est fixe et que la largeur de bande est faible (2,5...3 kHz est suffisant pour les informations vocales), l'amplificateur correspondant peut facilement être à bande étroite avec un gain élevé.
Il existe des circuits qui utilisent la fréquence combinée - f-signal + f-hétérodyne. Ces circuits sont appelés circuits de "conversion ascendante". Cela simplifie le circuit d'entrée du récepteur.
Il existe également une technique de conversion directe (à ne pas confondre avec l'amplification directe !) dans laquelle la réception se fait presque à la fréquence hétérodyne. Ce circuit est simple à construire et à régler, mais les techniques de conversion directe présentent des inconvénients inhérents qui peuvent nuire aux performances.
Les hétérodynes sont également utilisés dans l'émetteur. Ils ont la fonction inverse de transporter un signal modulé en basse fréquence à la fréquence de transmission. Il peut y avoir plus d'un hétérodyne dans un équipement de communication. Ainsi, si un circuit comportant deux ou plusieurs conversions de fréquence est utilisé, deux ou plusieurs hétérodynes sont utilisés respectivement. Il peut également y avoir des hétérodynes dans le circuit qui remplissent des fonctions supplémentaires - restauration d'une porteuse supprimée pendant la transmission, formation de paquets télégraphiques, etc.
La puissance de l'hétérodyne dans le récepteur est faible. Dans la plupart des cas, quelques milliwatts suffisent pour toute application. Mais le signal hétérodyne, si le circuit du récepteur le permet, peut fuir dans l'antenne et être reçu à une distance de plusieurs mètres.
Une histoire populaire parmi les amateurs de radio raconte que lorsque les stations de radio occidentales étaient interdites, les représentants des services de sécurité se promenaient à l'entrée des maisons avec des récepteurs réglés sur les fréquences des "voix ennemies" (corrigées pour la fréquence intermédiaire). Il était prétendument possible de déterminer qui écoutait les transmissions interdites par la présence de signaux.
Exigences relatives aux paramètres hétérodynes
La principale exigence pour un signal hétérodyne est la pureté spectrale. Si l'hétérodyne génère une tension autre que sinusoïdale, des fréquences Raman supplémentaires sont générées dans le mélangeur. Si celles-ci se situent dans la bande passante des filtres d'entrée, il en résulte des canaux de réception supplémentaires ainsi que des "points d'impact" - un sifflement se produit à certaines fréquences de réception, interférant avec la réception d'un signal utile.
Une autre exigence est la stabilité du niveau et de la fréquence du signal de sortie. La seconde est particulièrement importante lors du traitement de signaux avec une porteuse supprimée (SSB, DSB, etc.) La stabilité du niveau de sortie est facilement obtenue en appliquant des régulateurs de tension pour alimenter les oscillateurs maîtres et en sélectionnant correctement le mode de l'élément actif (transistor).
La constance de la fréquence dépend de la stabilité des éléments de référence de la fréquence (capacité et inductance du circuit oscillant) et également de la constance de la capacité de l'installation. L'instabilité des éléments LC est principalement déterminée par les variations de température pendant le fonctionnement de l'hétérodyne. Afin de stabiliser les composants du circuit, les composants sont placés dans des thermostats ou des mesures spéciales sont prises pour compenser la dérive en température de la capacité et de l'inductance. Les bobines d'inductance sont généralement essayées pour être entièrement thermostables.
À cette fin, des constructions spéciales sont utilisées - les bobines sont enroulées avec une forte tension de fil, les spires sont remplies d'un composé pour exclure le déplacement des spires, le fil est brûlé dans un cadre en céramique, etc.
Pour réduire l'influence de la température sur la capacité du condensateur de référence, celui-ci est composé de deux ou plusieurs éléments, en les sélectionnant avec des valeurs et des signes différents du coefficient de température de la capacité, de sorte qu'ils se compensent mutuellement par le chauffage ou le refroidissement.
Les hétérodynes contrôlés électroniquement, qui utilisent des varicaps comme capacité, ne sont pas largement utilisés en raison de problèmes de stabilité thermique. La dépendance à la température est non linéaire et difficile à compenser. Les varicaps ne sont donc utilisés que comme éléments de désaccord.
La capacité de l'ensemble s'ajoute à celle du condensateur de référence, et son instabilité entraîne également une dérive de fréquence. Pour éviter l'instabilité de l'installation, tous les éléments hétérodynes doivent être montés de manière très rigide afin d'éviter les moindres déplacements les uns par rapport aux autres.
Une véritable percée dans la construction des oscillateurs a été le développement, dans les années 1930, de la technologie de la coulée de poudre en Allemagne. Cela a permis de fabriquer des formes tridimensionnelles complexes pour les composants radio, permettant d'obtenir une rigidité de montage sans précédent à l'époque. La fiabilité des systèmes radio de la Wehrmacht a ainsi atteint un nouveau niveau.
Si l'hétérodyne n'est pas accordable, l'élément de captage de fréquence est généralement un oscillateur à cristal. Il en résulte une oscillation extrêmement stable.
Ces dernières années, la tendance est à l'utilisation de synthétiseurs de fréquence numériques au lieu d'oscillateurs LC comme hétérodynes. Il est facile d'obtenir une tension et une fréquence de sortie stables, mais la pureté spectrale laisse beaucoup à désirer, surtout si le signal est généré à l'aide de micropuces bon marché.
Aujourd'hui, les anciennes technologies de réception radio sont remplacées par de nouvelles, comme la DDC - numérisation directe. Le moment n'est pas loin où les hétérodynes dans les équipements de réception disparaîtront en tant que classe. Ce temps n'arrivera pas assez tôt, aussi la connaissance des fréquences hétérodynes et des principes de réception hétérodyne sera-t-elle demandée pendant longtemps encore.
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