Démystifions la FM Le sujet est résolu

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Re: Démystifions la FM

Message par balvenie » 27 déc. 2017, 17:18

Il faut lire et relire Mick :-aust :-gratte et cesser de boire :-mdr :-part
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Re: Démystifions la FM

Message par balvenie » 28 déc. 2017, 17:49

Avant d'arriver au tuner, jetons un œil sur l'élément sans lequel le tuner serait inutilisable, l'antenne.
Un adage radio amateur dit: "tant vaut l'antenne, tant vaut la station" ce qui signifie que l'élément primordiale en matière de réception (et d'émission) est et restera l'antenne.
C'est elle qui va capter le champ rayonné par l'émetteur et il est aisé de comprendre que plus elle sera performante et bien installée meilleure sera la réception.

Les performances d'une antenne sont essentiellement son gain et sa directivité.
Le gain s'exprime en dB, il est nul pour une antenne omnidirectionnelle (pour les scienteux il est de 1.6dB par rapport à l'antenne isotropique)
L'impédance est une caractéristique moins essentielle tant qu'elle est adaptée à l'impédance d'entrée du récepteur, encore que le fait de brancher une 50 ohms sur une entrée 300 ohms ne soit pas vraiment catastrophique.
Il existe essentiellement deux impédances caractéristiques pour les antennes FM 50 ou 75 ohms et 300 ohms suivant la conception de l'antenne.
Il existe des dispositifs permettant la transformation de l'impédance de 75 vers 300 et vice versa. Cela s’appelle un balun (prononcer baloun)
Il faut bien entendu que l'antenne soit reliée au tuner par un câble adapté, coaxial en 75 ohms et plat bifilaire ne 300 ohms.
Le choix de l'impédance de l'antenne se fera en fonction de l'entrée sur le tuner, que l'antenne soit en 75 ou 300 ohms, n'a pas d'influence sur les performances.

Dans la pratique on choisira une antenne omnidirectionnelle qui reçoit de façon identique à 360° ou une antenne directionnelle qui aura plus de gain qu'une omni dans une direction privilégiée, si l'on est loin de son émetteur favori. Dans ce cas elle pourra être installée sur un rotor permettant de l'orienter vers l'émetteur choisi.

Voici sur le même diagramme une antenne omni (isotrope) et directive (yagi)
yagid.jpg
yagid.jpg (55.61 Kio) Vu 6089 fois
On voit nettement l'intérêt de l'antnne yagi en matière de gain .

Voici quelques antennes
dipole horizontal.jpg
dipole horizontal.jpg (4.96 Kio) Vu 6089 fois
Dipôle classique très bien décrit par D Petoin ici en polarisation horizontale Pas de gain peut être installée en vertical suivant la polarisation recherchée
antenne chaise).jpg
antenne chaise).jpg (1.9 Kio) Vu 6089 fois
Antenne "chaise" ou S
Par sa forme elle est un compromis entre les deux polarisations.
Elle sera légèrement moins bonne qu'un dipôle véritablement vertical ou horizontal.
trombonne.jpg
trombonne.jpg (3.49 Kio) Vu 6089 fois
Antenne trombone équivalente au dipôle, mais sans adaptateur l'impédance est 300 ohms
trombone circulaire.jpg
trombone circulaire.jpg (4.96 Kio) Vu 6089 fois
Antenne trombone circulaire, peu être montée en vertical, légèrement moins performante qu'un dipôle ou un trombone
groundplane.jpg
groundplane.jpg (4.2 Kio) Vu 6089 fois
Antenne ground plane equivalente au dipôle, avantage: se monte en tête de mât. C'est en fait un quart d'onde monté sur un plan de sol constitué par les éléments inclinés qui créent un miroir du 1/4 d'onde vetical, reconstituant ainsi un dipôle demi onde
Il existe dans ce style d'antenne des antenne colinéaires qui apportent un gain supplémentaire.
ruban.jpg
ruban.jpg (2.32 Kio) Vu 6089 fois
Antenne ruban.
Destinée à l'intérieur. Elle est constitué de câble 300 ohms et se connecte donc à une entrée 300ohms avec sa prise spécifique.
Le câble 300 ohms à tendance à prendre l'humidité, on evitera de l'installer à l'extérieur, sauf à la mettre par exemple dans un tube pvc.
electronique.jpg
electronique.jpg (5.42 Kio) Vu 6089 fois
Antenne électronique d'intérieur, avec ampli intégré. Difficile à mettre ne vertical mais il existe des modèles en vertical.
yagy.jpg
yagy.jpg (4.12 Kio) Vu 6089 fois
Antenne Yagi ici en horizontal mais se monte également en vertical.
Plus l'antenne est longue, plus le gain est important (et l'encombrement) ainsi que la selectivité directionnelle, voir le diagramme ci dessus.

Une installation performante se fera avec une antenne extérieure le plus haut possible, loin des masses métalliques en particulier du mat, avec les connexions bien protégées de l'humidité, une descente de câble avec l'impédance correspondante à celle de l'antenne (50 ou 75 ohms c'est du kif :-cris)

Le bout de fil qui pendouille derrière le tuner, c'est un peu comme si vous vous éclairez avec une bougie de gâteau d'anniversaire, mais votre tuner ne sera pas à la fête.
En plus ce bout de fil sera perturbé par le passage des personnes ou animaux dans la pièce.
Il se peut que cela marche, mais mal :-aust
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Re: Démystifions la FM

Message par balvenie » 29 déc. 2017, 18:07

Nous voici maintenant, sachant (ou presque :-B ) comment nos ondes FM sont générées et comment elles arrivent à notre tuner via notre antenne soigneusement installée.

Branchons notre tuner et voyons en première approche ce qui se passe dans la jolie boîte avec un schéma synoptique simple.
Synoptique 2.JPG
Synoptique 2.JPG (38.19 Kio) Vu 6072 fois
Pratiquement tous les récepteurs sont construits sur ce schéma synoptique avec plus ou moins d'additions. C'est le principe du récepteur super hétérodyne dont le cœur est le mélangeur.
L'antenne capte les signaux disponibles, très faibles, et ils sont amplifiés par les circuits RF (HF) Les signaux reçus de l'ordre de quelques microvolts sont amplifiés vers les millivolts.
Ces signaux amplifiés arrivent au mélangeur qui reçoit également le signal de l'oscillateur local, OL,qui produit local signal de fréquence variable fixée par le réglage d'accord du tuner.

Le principe du mélangeur est de produire le battement de deux fréquences F1 et F2 pour obtenir à la fois la somme et la différence des deux fréquences soit
F+= F1+F2 et F-= F1-F2
mix.jpg
mix.jpg (18.14 Kio) Vu 6072 fois
Par exemple nous voulons écouter la fréquence 88.7 Mhz, l'oscillateur local va produire un signal à 78 Mhz et le résultat du mélange donnera deux fréquences soit
88.7-78= 10.7 Mhz
et 88.7+78=166.7Mhz.

Nous choisirons d'utiliser le signal 10.7 Mhz pour la suite du récepteur et cette fréquence standardisée par les constructeurs est appelée FI (fréquence intermédiaire) ou IF dans la langue d'outre Manche.
Les étages suivant le mélangeur seront donc accordés sur la fréquence FI 10.7Mhz

Pour balayer la bande FM 88/108, il faudra donc que l'oscillateur local couvre de 77.3 a 97.3Mhz

Comment s'est fixé le choix sur 10.7Mhz ?
Imaginons que l'on ait opté pour 5Mhz. Un OL sur 95, se mélangerait avec le 90 pour donner 5 Mhz en FI , mais aussi avec 100Mhz pour donner aussi un signal FI à 5Mhz. Donc pour un calage de l'OL on recevrait deux stations ce qui n'est pas le but recherche.
Les deux fréquences susceptibles d'être entendues sont dites, fréquences image.
Avec la FI à 10.7 Mhz pour avoir le 87.5 Il faut que l'OL soit sur 87.5+10.7=98.2 Cet Ol à 98.2 serait capable de se mélanger aussi avec 98.2+10.7= 108.9 ce qui est hors bande , en fait en bande aéronautique, et dans certains cas si l'on est très très proche d'un aérodrome cela peut se produire, mais nous verrons plus loin que les circuits d'entrée de l'étage HF jouent un rôle déterminant.

Ici nous avons utilisé un oscillateur dont la fréquence est inférieure au signal à recevoir, notre récepteur est dit infradyne.
Mais il aurait aussi bien pu fonctionner avec un OL supérieur à la fréquence à écouter, il serait alors dit supradyne.

Sur les tuners à "cage" c’est-à-dire à condensateur variable, une des cages destinées à la FM (avec le moins de lames) peut être différente des autres, soit avec moins de lame on est supradyne ou plus de lames on est infradyne ce qui le cas le plus fréquent.
Si les cages sont identiques, la différence se fait au niveau de la self associée ou par ajout d'un petit condensateur supplémentaire
L'image ci-dessous volée à Venance (qu'il m'absolve :-par) montre un CV 3 cages celle de gauche étant celle de l'OL
SONY ST-2950F.JPG
SONY ST-2950F.JPG (90.65 Kio) Vu 6072 fois
Modifié en dernier par GwiR le 27 mai 2018, 22:40, modifié 2 fois.
Raison : typos
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Re: Démystifions la FM

Message par downtown » 29 déc. 2017, 19:11

Toujours lecteur, :-Mer Jean-Pierre

va:-)
JiM :-vu

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Re: Démystifions la FM

Message par William » 29 déc. 2017, 19:21

downtown a écrit : 29 déc. 2017, 19:11 Toujours lecteur, :-Mer Jean-Pierre

va:-)
+1 moi aussi
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Re: Démystifions la FM

Message par balvenie » 29 déc. 2017, 19:33

Merci à vous.
La suite ................à suivre :-lol2
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Re: Démystifions la FM

Message par pvphil » 29 déc. 2017, 20:49

ça se lit tout seul, merci JP. :-B

va:-)
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Re: Démystifions la FM

Message par Venance » 30 déc. 2017, 00:11

On reste pendu à ta plume d'écriture...... quel beau roman, quelle belle histoire, merci Man :-Oe
♫♫♫♫ "Music was my first love and it would be my last..." ♫♫♫♫

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Re: Démystifions la FM

Message par richard » 30 déc. 2017, 11:35

Merci Jean-Pierre. :-B J'ai déjà compris beaucoup de choses, même s'il faudra que je revienne sur la fin de la partie émetteur. :oops:

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Re: Démystifions la FM

Message par balvenie » 30 déc. 2017, 11:39

Bon nous savons maintenant comment est fait notre tuner, entrons un peu dans les détails nécessaires à comprendre comment il fonctionne et en déduire les qualités des tuners.

Notre antenne est maintenant connectée à l'entrée du tuner et elle envoie tous les signaux de la bande FM, et pas uniquement celui que l'on souhaite écouter, il va falloir faire le tri :-aust
Nous appellerons toutes les émission de la bande FM, le spectre.
Voici deux spectres relevés chez moi sur un mon récepteur de mesures. Je suis environ à 15km de Nimes sur un petit plateau surplombant la ville de Nimes dont voici le profil de terrain , chaque pic correspond à un émetteur, la hauteur des pics représente la force du signal (qui fait dévier l'aiguille du tuner) exprimée en dBµv l'échelle étant à gauche du graphique
2017-12-30_102636.jpg
spectre3.jpg

Réception sur antenne intérieure genre bout de fil

spectre2.jpg
spectre1.jpg
Deux spectres relevés au même endroit à un jour d'intervalle sur une antenne extérieure verticale mais non prévue pour la FM

D'où l'intérêt évident d'un antenne extérieure.

On voit que le signal de certains émetteurs est différent d'un jour sur l'autre en fonction de la propagation, c'est à dire la conductivité de l'atmosphère pour les ondes radio.


Donc il ne faut pas s’inquiéter si l'aiguille du tuner varie d'un jour sur l'autre, ne pas chercher à réaligner le tuner c'est tout à fait naturel.

Voici du lourd, la tête HF du tuner
hf mix2.jpg
On distingue 3 transistors :
TR1 ampli HF ici un Fet double porte
TR2 le mélangeur
TR3 oscillateur local

et surtout des circuits accordés :
Le premier en rouge à gauche reçoit les signaux de l'antenne dans la bande 88/108, et les amplifie pour les envoyer sur le deuxième en rouge.
Celui en bas à droite en violet est l'oscillateur local qui envoie son signal par l'encadré bleu sur la base du mélangeur qui reçoit aussi le signal amplifie de TR1
et enfin celui en sortie de TR2 qui récolte le résultat du mélange c'est à dire la FI à 10.7Mhz.

Les trois circuits accordés ampli et OL sont réglés par le CV VA1 à VA4, les fameuses cages ici 4.

Le rôle des circuits accordés en rouge est primordial.
On a vu plus haut la courbe de réponse d'un circuit accordé, une courbe en cloche qui va nous servir de filtre passe bande
Cette courbe ba nous permettre de ne sélectionner dans le spectre, que la fréquence que nous souhaitons recevoir en atténuant (rejetant) ce qui est de chaque côté, évitant bien des problèmes lors du mélange et de l'amplification FI

Voici la courbe de réponse d'un circuit accordé
T_reson3.jpg
T_reson3.jpg (12.33 Kio) Vu 6141 fois
Et son effet sur la partie du spectre qui nous intéresse
filtre entrée..jpg
Grace à ce filtre, tous les signaux en dehors de la courbe rouge vont quasiment disparaître, et ne va subsister que ce qui est dans la cloche.
En l’occurrence le 99 que nous voulons recevoir sera fortement débarrassé des fréquences adjacentes.

Cela s'appelle la sélectivité et c'est une des caractéristiques essentielles d'un tuner.

On peut l'améliorer en multipliant les circuits accordés, donc les cages, mais à chaque filtre on perd du signal donc on agira plutôt après l'étage d'entrée ici TR1.

Sur le schéma, apparemment il n'y a pas de liaison entre les circuits accordés par VA2 et VA3.
En fait les selfs de ces circuits sont bobinées sur le même support et la liaison se fait par couplage magnétique entre les bobines et les espacant plus ou moins.
Ceci permet de resserer la courbe en cloche donc d'améliorer la sélectivité, comme le montre le digramme suivant.
couplage.jpg
couplage.jpg (21.3 Kio) Vu 6141 fois
La forme de la cloche c'est à dire le rapport de sa hauteur sur sa largeur définit le coefficient de surtension Q qui influe directement sur la sélectivité.
Pour une fréquence donnée, le choix de la valeur de la self et du condensateur variable permet de jouer sur le coefficient de surtension, et un simple graphique en démontre l'intérêt
téléchargement (6).png
téléchargement (6).png (2.07 Kio) Vu 6141 fois
A+
Modifié en dernier par GwiR le 30 déc. 2017, 16:34, modifié 2 fois.
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