Scheme Emetteur Récepteur à 27 MHz en modulation d'amplitude

I) Présentation :
Le problème de la transmission d’un signal audiofréquence par onde électromagnétique a
conduit ces dernières années à des montages pratiques présentant un certain nombre
d’inconvénients.

Premièrement on travaille souvent à une fréquence très basse ( de l’ordre de la centaine de
kilohertz) dans une bande ( Petites Ondes ou Grandes Ondes ) où les émissions ne sont pas
autorisées.

D’autre part à ces fréquences basses les antennes, pour être efficaces, sont nécessairement
très longues puisque les dimensions de l’antenne doivent correspondre au quart ou à la demilongueur
d’onde. On arrive alors à des situations où la portée du système est à peine plus
importante que somme des longueurs des antennes d’émission et de réception. Ceci est
plutôt gênant quand on a devant soi un étudiant radioamateur qui a discuté la nuit précédente
avec un ami néo-zélandais...
On peut aussi supprimer les antennes et produire et capter l’onde électromagnétique par un
bobinage accordé sur la fréquence de travail. C’est d’ailleurs la solution adoptée dans nos
récepteurs PO et GO. Dans ce cas il faut à l’émission un courant important dans la bobine
d’émission sinon la portée reste assez faible.
La solution à ce problème est simple : il suffit de monter en fréquence. Suffisamment pour
pouvoir utiliser des antennes peu encombrantes , mais pas trop pour rester compatible avec
l’équipement habituel de nos laboratoires de physique.
C’est pour cette raison que nous avons développé cette petite maquette constituée par un
émetteur et un récepteur qui a les caractéristiques suivantes :
· fréquence de travail dans la bande CB autour de 27 MHz où l’émission de faible puissance
est libre
· antenne d’émission et de réception facilement disponible et de longueur raisonnable - le
brin quart-d’onde mesure 2,5m mais on trouve des antennes accordées spirales de 25 cm
· émission en modulation d’amplitude classique, le signal modulant provenant soit d’un
générateur basse-fréquence, soit d’une source quelconque (baladeur, etc...)
· portée en espace libre supérieure à 100m, ce qui est largement suffisant pour être reçu au
fond de la salle de TP si l’émetteur se trouve sur le bureau du professeur
· possibilité de faire travailler plusieurs maquettes sur la même fréquence. Dans ce cas un
seul émetteur fonctionne et les élèves étudient le récepteur
· on peut aussi travailler avec plusieurs ensembles émission-réception en affectant à chacun
une fréquence d’émission différente

II) Structure de l’émetteur :
Il est construit autour d’un multiplieur analogique AD835 qui peut fonctionner jusqu’à 250
MHz et est donc parfait pour notre application. Il possède deux entrées X et Y ainsi qu’une
entrée de sommation Z et réalise la fonction :
e(t) = X.Y + Z
Si on applique le signal modulant s(t) en X et la porteuse eo(t) = Ecos(wet) à la fois sur Y et Z,
on aura en sortie :
e(t) = s(t). Ecos(wet) + Ecos(wet) = E(1 + s(t))cos(wet)
Dans le cas où le signal basse-fréquence est sinusoïdal : s(t) = acos( Wt) , on obtient :
e(t) = E(1 + acos(Wt))cos(wet)
qui est bien un signal modulé en amplitude , un taux de modulation de m = 1 étant obtenu
pour un signal basse-fréquence d’amplitude a = 1V.


Figure 1 : structure de l’émetteur

En plus du multiplieur, la maquette comporte un oscillateur à deux transistors qui fournit la
porteuse à la fréquence fe du quartz. Cet oscillateur ne nécessite aucun réglage et fonctionne
dès la mise sous tension.
Pour rendre cet émetteur opérationnel, il suffit donc de le munir d’une antenne ( tige
métallique de 10 à 30cm de long au moins ou mieux antenne souple pour CB accordée sur 27
MHz ) et de lui appliquer à l’entrée un signal modulant d’amplitude inférieure à 1V si on veut
éviter la surmodulation.

Le schéma complet de l’émetteur est le suivant :


Figure 2 : schéma de l’émetteur

Résistances :
R1 = 68 kW R2 = 100 kW R3 = 10 kW R4 = 1 kW R5 = 470 W
R6 = 330 W R7 = 100 W R8 = 4,7 kW R9 = 330 W R10 = 330 W
Condensateurs :
C1 = C8 = C10 = 22 mF C2 = C7 = C9 = 100 nF
C3 = C5 = C6 = 3,3 nF C4 = 220 pF
Autres composants :
L1 = 470 nH
D1 = 1N4148 D2 = D3 = diode Zener 5,1V
T1 = T2 = 2N 4401 CI : multiplieur AD 835 de chez Analog Devices
Q = quartz d’émission de fréquence fe correspondant à un des 40 canaux de la bande CB

III) Structure du récepteur :
Il s’agit évidemment d’un récepteur à changement de fréquence. Le signal capté par l’antenne
est multiplié ( circuit NE602 ) par un signal sinusoïdal dont la fréquence fo est décalée par
rapport à la fréquence d’émission de fi=455kHz :
fo = fe - 455kHz
On obtient en sortie un signal à la fréquence somme fe+fo, non exploité dans la maquette, et à
la fréquence différence fe-fo = fi .
Ce signal à la fréquence fi est sélectionné à l’aide d’un filtre sélectif céramique centré sur la
valeur de fréquence intermédiaire standard 455 kHz.
L’émission à la fréquence fe qui nous intéresse a donc été transposée à 455 kHz et traversera
le filtre de fréquence intermédiaire avec une atténuation minime.
Les émissions à des fréquences voisines ( Cibistes, autres maquettes etc ...) seront
transposées au-dessus ou en-dessous de 455 kHz et donc fortement atténuées.
En sortie du filtre fi, le niveau de porteuse est très variable suivant le type d’antenne utilisée
et la distance entre l’émetteur et le récepteur. Il faut donc amplifier le signal qui sort du filtre
sans l’écrêter , ce qui serait dramatique pour notre modulation.
Pour pouvoir attaquer le détecteur crête avec un niveau sensiblement constant, nous utilisons
un amplificateur à contrôle automatique de gain ( circuit TCA 440 ) .
Le démodulateur est un simple détecteur crête , montage bien connu.


Figure 3: structure du récepteur

Il est clair qu’actuellement un seul circuit intégré permet de réaliser un récepteur complet.
Mais notre souci a été de bien séparer les différentes fonctions qu’on rencontre dans un
récepteur, et de placer des points de mesures à des endroits qui ne sont pas toujours
accessibles dans les récepteurs à un seul circuit.
C’est également pour des raisons didactiques que nous avons tenu à avoir un détecteur crête
distinct de l’amplificateur de fréquence intermédiaire.

Le schéma du récepteur est le suivant :

Figure 4 : schéma complet du récepteur

Résistances :
R1 = 10 kW R2 = 47 kW R3 = 22 kW
Condensateurs :
C1 = C3 = C6 = 3,3 nF C2 = 68 pF C5 = 100 pF
C4 = C8 = C9 = C10 = C11 = C12 = 100 nF C7 = 47 pF C13 = 1 mF
C14 = 1,2 nF C15 = 1 nF
Autres composants :
D1 = D2 = diode à pointe au germanium OA 95 ou équivalent
L1 = L2 = 470 nH L3 = 100mH
CI1 = NE 602 ou NE612 CI2 = TCA 440
F = filtre céramique 455 kHz
Q= quartz de réception de fréquence fo = fe - 455 kHz
ou fo = fe + 455 kHz

IV) Quelques conseils pratiques :
Si vous travaillez à faible distance ( moins de 3m) ne mettez pas l’antenne sur l’émetteur
pour éviter la saturation de l’étage d’entrée du récepteur : le signal démodulé sera meilleur.
Pour une distance de quelques mètres, une antenne constituée d’un conducteur ( cuivre,
laiton, corde à piano ...) d’une dizaine de cm montée sur une fiche banane convient bien.
Les deux antennes souples fournies avec les maquettes ne sont nécessaires que pour des
distances émetteur-récepteur supérieures à 10 m.
Toujours alimenter les deux maquettes par deux alimentations différentes, sinon la HF passe
d’une maquette à l’autre par les fils d’alimentation et pas par les antennes, ce qui n’est pas
vraiment le but recherché
Pour tracer la courbe de réponse en fréquence du filtre céramique sélectif à 455 kHz, il
faut enlever le cavalier bleu, attaquer le filtre par un GBF et relever le signal en sortie du filtre
au voltmètre ou au oscilloscope muni de cordons ordinaires (pas de cordon BNC dont la
capacité parasite modifie l’allure de la courbe de gain)
Pour tracer la courbe vs = f(ve) de l’amplificateur fi à CAG, attaquer le filtre par un GBF et
relever le signal en sortie de l’amplificateur, avant le détecteur crête

Remarques importantes :
Pour l’émetteur, si l’oscillateur 27 MHz ne démarre pas, rajouter un condensateur de 47 pF en
parallèle avec L1 et D1
Au niveau du récepteur, pour améliorer le fonctionnement du NE602, rajouter une résistance
de 2,2 kW entre la patte 5 de ce circuit et le +5V de l’alimentation ( cette résistance n’était pas
prévue sur le typon initial).