Récepteur numérique sur la fréquence intermédiaire

Grâce à la puissance du traitement numérique du signal il est possible aujourd'hui d'obtenir de nouvelles fonctionnalités alliées à des performances exceptionnelles. La radio logicielle ou Software Defined Radio (SDR) est apparue il y a maintenant une vingtaine d'années et l'offre est très importante, des systèmes les plus simples comme le softrock aux transceivers entièrement numériques. J'avais depuis longtemps envie de tester un tel système, sans toutefois y investir une forte somme et en gardant l'esprit home made. C'est par hasard que j'ai découvert les travaux de YU1LM (voir son site) et notamment son récepteur DR1A d'une simplicité extrême et ne faisant appel qu'à des composants courants.

Le principe est très simple, il consiste à translater la partie du spectre à recevoir vers une bande suffisamment basse pour être numérisée par la carte son d'un PC qui effectuera le traitement numérique du signal. Pour ce faire, on utilise un mélangeur à commutation réalisé à l'aide de commutateurs analogiques 74HC4066, suivi d'un filtre actif passe bas. L'oscillateur local doit être réglé à deux fois la fréquence à recevoir afin de permettre la génération de deux signaux en opposition de phase et de rapport cyclique égal à 50%, ce qui s'effectue à l'aide d'une simple bascule D (voir schéma et description dans l'article de YU1LM).

La réalisation ne pose aucune difficulté. J'ai redessiné le circuit imprimé sous ARES selon le dessin original afin de l'adapter à ma disponibilité de composants.

Pour les premiers essais, j'ai utilisé mon générateur HF comme oscillateur local (niveau 0 dBm).

Le logiciel utilisé est WinRad plus, téléchargeable gratuitement.

Les résultats sont étonnants, surtout sur les bandes basses et notamment sur 40m. La sensibilité y est largement suffisante et l'efficacité du filtrage numérique est vraiment époustouflante. Seul problème, l'absence de réjection de la fréquence image. De ce fait on reçoit environ 20 kHz de part et d'autre de la fréquence centrale, les fréquences situées au dessous ayant leur bande latérale inversée, comme le montre le croquis ci dessous.

Pour éviter ce phénomène, il faut un mélangeur à réjection de la fréquence image sortant deux signaux I et Q, ce qui nécessite une carte son stéréo en entrée, hélas ce n'est pas le standard.

Une autre façon est d'utiliser le circuit sur la fréquence intermédiaire d'un récepteur conventionnel, après le filtre qui se chargera d'éliminer la fréquence image. J'ai mis cette méthode en application sur un récepteur LOWE HF225 qui possède une FI à 455kHz.

Il faut tout d'abord faire une prise dans le circuit du récepteur, sans pour autant perturber son fonctionnement, c'est à dire en ramenant une impédance la plus grande possible. J'ai utilisé le circuit suivant qui présente une très grande impédance d'entrée et une faible impédance de sortie.

Ce circuit fonctionne jusqu'à plus de 10MHz. La valeur de C1 sera adaptée à la fréquence d'entrée, utiliser la plus faible valeur possible. La résistance R7 permet de stabiliser l'impédance de sortie autour de 50 ohms (la diminuer pour les fréquences élevées).

Le petit circuit imprimé est implanté dans le récepteur HF225 à la place de l'option démodulateur FM

Les résultats étant tout à fait satisfaisants, j'ai entrepris la construction d'un oscillateur local indépendant de manière à constituer un ensemble autonome. Ma première idée était de faire un oscillateur à quartz autour de 910 kHz. Un rapide calcul montre qu'on peut y arriver avec des quartz standard:

1,843 MHz divisé par 2 donne 921,5 kHz

8,192 MHz divisé par 9 donne 910,2 kHz

J'ai donc réalisé un oscillateur à quartz avec des portes 74LS04 suivi d'un diviseur programmable équipé d'un 74LS191.

Ce système fonctionne parfaitement mais s'avère mal commode à l'usage. Il est en effet plus agréable de pouvoir écouter simultanément la sortie analogique du récepteur et la sortie traitée par le PC via la carte son.
Ceci nécessite un léger décalage de l'horloge qui peut varier d'un récepteur à l'autre. Dans mon cas, j'ai observé que les meilleurs résultats étaient obtenus avec un OL à 915 kHz. Il me fallait donc faire un oscillateur ajustable.

J'avais sous la main une vieille platine PLL équipée d'un MC145151 programmée par dipswitches. Je l'ai modifiée pour générer du 9,15 MHz synthétisé au pas de 10kHz, et je l'ai fait suivre d'un diviseur par 10. J'ai obtenu immédiatement les mêmes résultats qu'avec mon générateur HF faisant office d'oscillateur local.

Après avoir optimisé le fonctionnement, j'ai réalisé une nouvelle platine dont le schéma est le suivant:

Le VCO est constitué d'un oscillateur Colpitts à JFET suivi d'un étage séparateur et d'un amplificateur permettant d'atteindre un niveau suffisant pour attaquer le diviseur 74LS190 (ou 74HC190). Avec les diodes varicap utilisées, la variation de fréquence du VCO est d'environ 150kHz/V.

La fréquence est asservie à un oscillateur à quartz de 10,24 MHz, qui divisé par 1024 donne une référence à 10 kHz. Dans un but de simplicité, j'ai utilisé un filtre de boucle passif de type avance de phase, ce qui donne au final un schéma très simple.

Photo de la nouvelle platine OL 

Le système présenté est bien entendu applicable à d'autres valeurs de la fréquence intermédiaire, notamment 10,7 ou 21,4 MHz.

Téléchargements:

Typon du circuit SDR au format ARES 7.0

Typon de la platine OL au format ARES 7.0

73 de Joël F6CSX 

dernière mise à jour le 6 juin 2011