La fonction du récepteur radio est de recevoir le signal et d'effectuer la démodulation pour récupérer le signal du message d'origine. L'émetteur radio envoie le signal au stade initial. L'antenne présente du côté de l'émetteur rayonne le signal, qui est capté par l'autre antenne présente du côté de l'émetteur. récepteur de radio .
Nous avons déjà évoqué le processus de transmission à l'aide d'un émetteur radio. Le processus de modulation est le principe principal des émetteurs radio, où le signal est transmis via le canal de communication jusqu'au récepteur. Le principe principal du récepteur est la démodulation. Discutons du processus de réception et de récupération du signal dans le récepteur radio.
Démodulation AM
Le processus de démodulation de l'AM est similaire à celui de la FM (Frequency Modulation) et d'autres types de modulation. La seule différence réside dans le changement du bloc de démodulation du récepteur. Le processus de démodulation du récepteur radio implique le traitement du signal reçu pour récupérer le signal en bande de base, également appelé signal de message.
Nous supposons que le signal a subi une forte atténuation lors de sa transmission via le canal de communication. L’amplification du signal reçu est donc nécessaire pour améliorer l’atténuation.
Le schéma fonctionnel du récepteur radio est présenté ci-dessous :
La porteuse du signal reçu est connue sous le nom de RF (Radio Fréquence) porteuse avec la fréquence de fonctionnement de Fr . La fonction de l'amplificateur RF est d'amplifier le signal reçu pour supprimer toute atténuation du signal, qui est présent comme bloc de début du récepteur radio. Après amplification, il transmet le signal au mixer . Le signal porteur RF est multiplié par une forme d'onde sinusoïdale fournie par le oscillateur local fonctionnant à la fréquence de Fo. Il aide à convertir la fréquence porteuse en fréquence de bande de base. Le processus de démodulation est exactement le contraire du processus de modulation. En modulation, la fréquence porteuse est convertie en fréquence porteuse, tandis qu'en démodulation, la fréquence porteuse est reconvertie en fréquence bande de base.
Le processus de mélange de deux signaux est connu sous le nom de hétérodynie . Si la fréquence de l'oscillateur sélectionnée est supérieure à la fréquence RF, le processus de mélange est également appelé Superhétéroyne .
La multiplication du signal porteur par la forme d'onde sinusoïdale produit deux fréquences de sortie, qui constituent la somme et la différence des deux fréquences de ces signaux. La fréquence somme est Fo + Fr et la fréquence différence est Fo - Fr.
Le mélangeur contient implicitement le filtre qui rejette la somme des fréquences et transmet les fréquences différences (Fo - Fr) au SI (Fréquence intermédiaire) transporteur . Une porteuse RF est remplacée par la porteuse IF pour produire la plage de fréquences intermédiaire en sortie. La sortie de la porteuse IF est appliquée au Amplificateur FI . La sortie est ensuite transmise au démodulateur et enfin au filtre de bande de base , qui récupère le signal en bande de base. Ainsi, la fonction principale du récepteur était d’effectuer la conversion de la fréquence porteuse en fréquence de bande de base. Si le signal est suffisamment fort pour la démodulation, les filtres et les amplificateurs peuvent être évités. Dans de tels cas, le signal d'entrée porteur est directement appliqué au mélangeur.
Dans le cas de la méthode de démodulation synchrone, nous devons utiliser une source porteuse asynchrone.
Les amplificateurs RF peuvent posséder plusieurs étages d'amplification en fonction des besoins et de la force du signal.
Le principal avantage du principe Superhétérodyne est l’adaptation du récepteur à différents signaux. Ici, nous n’avons pas besoin d’un étage d’amplification séparé ni d’un réglage séparé. Cela rend le processus de transmission plus difficile. Grâce au principe Superhétérodyne, il suffit de changer la fréquence de l'oscillateur local pour passer d'une fréquence RF à une autre.
AGC (contrôle automatique du gain)
Le gain de tension au niveau du récepteur dans plusieurs étages d'amplification est très élevé. Ceci est nécessaire lorsque l’entrée est de très basse fréquence et que la sortie requise est de haute fréquence. Le gain élevé convertit les signaux basse fréquence en haute fréquence. Cela aide à la transmission de signaux très faibles. Mais si le signal d’entrée est de haute fréquence, le gain élevé au niveau du récepteur ne constituerait pas un avantage et pourrait provoquer une distorsion. AGC ajuste automatiquement le gain en détectant la force du signal. Sinon, un ajustement constant du système est nécessaire pour une transmission efficace, ce qui devient difficile.
Fonctions d'un récepteur radio
Les fonctions d'un récepteur radio sont les suivantes :
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Amplification
L'amplification est la première partie essentielle de la réception au niveau du récepteur radio. Le signal radio entrant est généralement atténué. L'amplificateur aide à éliminer l'atténuation du signal. L'autre fonction des amplificateurs est d'augmenter l'amplitude des signaux radio d'entrée. Il utilise l'énergie des piles ou des fiches pour augmenter l'amplitude. Aujourd'hui, la plupart des appareils utilisent le transistor à des fins d'amplification.
Les amplificateurs sont utilisés à la fois à l’émission et à la réception. Dans un premier temps, il est utilisé pour rendre le signal apte à la modulation. À la réception, il est utilisé pour rendre le signal exempt de bruit afin de l'envoyer au récepteur (par exemple, un haut-parleur).
Démodulation
Le signal passe par de nombreux étages de modulateurs, de mélangeurs et d’amplificateurs. Au niveau du récepteur, le signal est démodulé pour séparer le signal d'origine du signal porteur modulé. Cela se fait à l'aide d'un démodulateur. Chaque type de récepteur nécessite un processus de démodulation différent. Par exemple,
DSBSC (Double Sideband Suppress Carrier) nécessite une méthode de détection cohérente pour la démodulation
SSBC (Single Sideband with Carrier) nécessite une méthode de détection d'enveloppe pour la démodulation
Le récepteur Fm utilise le démodulateur de type FM
Filtrage passe-bande
Divers émetteurs transmettent les ondes radio à différentes fréquences pour éviter toute interférence entre les signaux. Chaque émetteur possède un récepteur respectif qui sélectionne son signal en fonction de la fréquence. Les filtres passe-bande sont utilisés pour filtrer le signal radio souhaité pour l'émetteur respectif. Il filtre le signal souhaité et bloque les autres signaux présents à d'autres fréquences. Il aide à détecter le signal souhaité et à mettre à la terre tous les autres signaux radio à des fréquences de résonance. Il peut également contenir des circuits accordés entre l'antenne et le sol.
Types de récepteur radio
Les récepteurs radio sont classés comme suit :
- Récepteur superhétéroyne
- Récepteur régénératif
- Récepteur super régénérateur
- Récepteur à conversion directe
- Récepteur radiofréquence accordé
Récepteur superhétéroyne
Le récepteur évoqué ci-dessus est un récepteur superhétéroyne. Il utilise le mélange de fréquences pour convertir les fréquences en fréquence intermédiaire (IF). Il a été inventé par un inventeur et ingénieur électricien américain nommé Edwin Armstrong . Mais, en raison du premier brevet, le mérite de l'invention a été attribué au fabricant de radio français nommé Lucien Lavy . La plupart des récepteurs utilisés dans le processus de transmission de données sont des récepteurs superhétéroynes. Certains récepteurs sont également basés sur l'échantillonnage direct.
Au début de l'ère des récepteurs radio, TRF (Tuned Radio Frequency) étaient couramment utilisés en raison de leur faible coût et de leur facilité d’utilisation. Ces récepteurs étaient moins populaires en raison du coût élevé et de la main-d'œuvre qualifiée requise pour leur fonctionnement. Après les années 1920, des récepteurs superhétérodynes ont été créés sur la base de la fréquence FI, également connue sous le nom de Transformateurs SI . Mais il a été remplacé par les récepteurs radio à tube à vide inventés dans les années 1930.
Récepteur régénératif
Les récepteurs régénératifs sont généralement utilisés pour augmenter le gain des amplificateurs. Il a été inventé et breveté en 1914 par Edwin Armstrong . Les récepteurs ont été utilisés entre 1915 et la Seconde Guerre mondiale en raison de leur meilleure sensibilité et sélectivité. Le principe de ces récepteurs est la rétroaction positive qui fonctionne comme un processus de régénération. La sortie est à nouveau appliquée à l'entrée pour augmenter son amplification. Dans les années 1930, ces récepteurs ont été remplacés par les récepteurs TRF et Superhétérodyne en raison de leur inconvénient en matière d'interférences radiologiques. Mais les récepteurs régénératifs sont largement utilisés dans les amplificateurs et les oscillateurs.
Récepteur super régénérateur
Il s'agit d'un récepteur régénératif doté d'un grand type de régénération pour obtenir une amplification élevée. Edwin Armstrong l'a également inventé en 1922. Il est utilisé dans divers appareils, tels que les talkies-walkies et les réseaux sans fil. Il fonctionne bien pour l'AM (modulation d'amplitude) et la FM à large bande (modulation de fréquence), tandis que les récepteurs régénératifs fonctionnent bien pour la FM à bande étroite. Les récepteurs super régénératifs ne peuvent pas détecter correctement les signaux SSB 9 à bande latérale unique) car ils oscillent toujours automatiquement. Il peut recevoir les signaux les plus forts, car il fonctionne mieux pour les bandes de fréquences exemptes de toute interférence.
Récepteur à conversion directe
La fonction du DCR (Direct Conversion Receiver) est similaire à celle du récepteur superhétéroyne, à l'exception de la conversion de fréquence en IF (fréquence intermédiaire). DCR démodule le signal radio entrant en utilisant la détection synchrone pilotée par l'oscillateur local. La fréquence est étroitement équivalente à la fréquence porteuse. Cela n'implique pas la complexité de deux conversions de fréquence comme le récepteur superhétéroyne. Il utilise un seul convertisseur de fréquence. Si un détecteur synchrone suivant l'étage IF est utilisé dans le récepteur superhétéroyne, la sortie démodulée serait la même que celle du récepteur à conversion directe.
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Récepteur radiofréquence accordé
Le TRF (Tuned Radio Frequency) utilise un ou plusieurs amplificateurs de radiofréquence (RF) pour extraire un signal audio d'un signal radio entrant. Le concept d'utilisation de plusieurs amplificateurs RF était d'amplifier le signal entrant à chaque étage successif, ce qui contribue à éliminer les interférences. Le fonctionnement des premiers récepteurs inventés était complexe en raison du réglage séparé de la fréquence sur la fréquence de la station. Mais les modèles ultérieurs fonctionnaient à l’aide d’un seul bouton pour contrôler la fréquence. Le TRF a été remplacé par les récepteurs superhétérodynes inventés par Edwin Armstrong dans les années 1930.
Histoire
En 1887, un physicien allemand nommé Henri Hertz a identifié les premières ondes radio grâce à une série de ses expériences basées sur la théorie électromagnétique (EM). L'invention était basée sur différents types d'antennes, notamment des antennes dipolaires excitées par étincelle. Mais ils ne pouvaient détecter la transmission que jusqu’à 100 pieds de l’émetteur. Il a également découvert un émetteur de gaz d'étincelle la même année.
- Ces émetteurs étaient populaires entre 1887 et 1917. Mais les informations transmises par ces émetteurs à étincelles étaient bruyantes et ne convenaient pas à la transmission audio.
- Ainsi, les premiers récepteurs radio inventés ne pouvaient détecter que les ondes radio et le dispositif de réception était appelé détecteur. Il n’y avait pas d’amplificateurs à cette époque pour amplifier le signal.
- En 1895, G Marconi développé le premier système de communication radio.
- En 1897, Marconi et d'autres chercheurs ont accepté l'utilisation de circuits réglés dans la transmission des ondes radio. Il se comporte également comme un filtre passe-bande en laissant passer la plage de fréquences souhaitée et en rejetant l'autre lorsqu'il est connecté entre l'antenne et un détecteur.
- Vers 1900, les radios ont commencé à être utilisées commercialement dans le monde entier.
- Les détecteurs cohérents ont été utilisés pour la transmission radio. Il a été utilisé dans les premiers récepteurs radio pendant 10 ans.
- En 1907, les détecteurs cohérents furent remplacés par détecteurs de cristaux .
- Jusqu'en 1920, divers détecteurs furent découverts, tels que des détecteurs électrolytiques et des détecteurs magnétiques.
- En 1920, l'invention de détecteur à tube à vide remplacé tous les autres détecteurs découverts avant les années 1920. À cette époque, le détecteur a été renommé en démodulateur .
- Le démodulateur était un appareil capable d'extraire les signaux audio du signal radio.
- En 1924, l'invention du haut-parleur à noyau dynamique a amélioré la réponse en fréquence audio du système par rapport aux haut-parleurs inventés précédemment.
- Après cela, différents types de récepteurs radio ont été inventés.
- En 1947, l’ère des transistors est arrivée et a trouvé diverses applications dans la transmission radio.
- Après les années 1970, la technologie numérique a créé une autre révolution et a traduit l’intégralité des circuits du récepteur dans la puce.