Filtre sélectif (passe bande) Multiplieur analogique. FR Vers démodulation FI1. Oscillateur local

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1 MET_TD1 Présentation : Récepteur d images météorologiques L étude porte sur un récepteur d images météorologiques, réalisé en 2 ème année de BTS Electronique, session MET_TD1/G.COLIN Pour traiter le signal reçu, on abaisse la bande de fréquence reçue à l aide d un multiplieur analogique. Un filtre céramique sélectif permet de garder uniquement le canal désiré. Si la sélectivité n est pas suffisante (c est le cas ici), on a recours à un 2 ème changement de fréquence à l aide d un autre multiplieur analogique. Le synoptique du récepteur est le suivant : Antenne Filtre passe bande Amplificateur faible bruit LNA (Low Noise Amplificateur) Multiplieur analogique Filtre sélectif (passe bande) Multiplieur analogique Filtre sélectif (passe bande) FR Vers démodulation Filtre d'antenne FOL1 FI1 FOL2 FI2 Oscillateur local Oscillateur local Les caractéristiques du récepteur sont les suivantes : Bande de fréquence de réception : 134 MHz à 138 MHz Réception infradyne : FOL1 < FR 1 ère fréquence intermédiaire : FI1 = 10,7 MHz Bande passante du filtre FI1 : BP=±280 khz à -3db (±650 khz à -20dB) 2 ème fréquence intermédiaire FI2 =455kH Bande passante du filtre FI2: BP=±15kHz à -6dB (±30 khz à -50dB) Séparation de 2 canaux adjacents : 100kHz. Le schéma structurel de la partie réception est donné ci-dessous. L antenne ou la parabole est branchée sur J1.

2 1 er Changement de fréquence : En entrée du 1 er multiplieur, on a 1 signal de fréquence FR et un signal de fréquence FOL1. Vr=VR sin(2 π FR t) vol1=v sin(2 π FOL1 t) Comme sin(a) sin(b)=1/2 [cos(a-b)-cos(a+b)], en sortie on retrouve un signal de fréquence (FR-FOL1) et un signal de fréquence (FR+FOL1). Comme on cherche (en général) à baisser la fréquence, le signal utile est le signal à la fréquence FR-FOL1. De façon plus générale : En infra dyne FOL1<FR : en sortie du multiplieur on a un signal de fréquence FR FOL1 En supradyne FOL1>FR : en sortie du multiplieur on a un signal de fréquence FOL1 FR Si l émetteur reçoit plusieurs canaux, l ensemble des canaux sont décalés vers des fréquences basses F1 F2 F3 F4 En entrée du multiplieur Décallage du spectre de FOL1 dans le cas de l'infradyne En sortie du multiplieur L objectif du filtre sélectif à la fréquence FI1 est de ne sélectionner qu un seul canal. Le choix du canal se fait en modifiant la fréquence FOL1 de l oscillateur local. Gabarit du filtre FI1 FI1 Dans le cas du récepteur d images météorologiques, pour recevoir le canal à la fréquence de 134MHz il faut une fréquence de l oscillateur local à la valeur de ,7= 123,3 MHz. En règle générale : En infradyne : FOL1 = FR FI1 En supradyne : FOL1 = FR + FI1 1 Calculer la fréquence FOL1 de l oscillateur local pour recevoir le canal à la fréquence 136 MHz, puis pour le canal à la fréquence de 138MHz. Le filtre sélectif utilisé a la référence SFE10.7MA5 (documentation en annexe). La réponse en fréquence de ce filtre est donnée ci-dessous.

3 Les différents canaux émis par les satellites sont séparés de 100kHz. 2 Pour montrer que le filtre n est pas suffisamment sélectif, déterminer le nombre de canaux reçus simultanément avec une atténuation inférieur à 20dB (20dB correspond à 1/10). 3 A l aide du schéma structurel donné en début de ce document, indiquer le repère de ce filtre sélectif. Une diode varicap est une diode utilisée en inverse qui se comporte comme un condensateur variable, dont la capacité varie en fonction de la tension continue à ses bornes. L oscillateur local est intégré au circuit MC3362. Un circuit LC fixe la fréquence centrale de l oscillateur local. Sur le schéma structurel, 2 composants permettent de régler la fréquence de l oscillateur local. 4 Indiquer les références des 2 composants qui permettent le réglage de la fréquence de l oscillateur local. Fréquence image Le changement de fréquence par multiplication de 2 signaux comporte un inconvénient : la réception d un signal qui se superpose à celui que l on souhaite recevoir. Exemple : Pour recevoir le canal à la fréquence centrale de 136MHz, on règle FOL1 à 125,3MHz (136-10,7) (infradyne) On reçoit également le canal à la fréquence Fim = 125,3MHz 10,7MHz = 114,7MHz (supradyne) La fréquence Fim est appelée la fréquence image. En infradyne : FR Fim = 2 FI1 En supradyne : Fim FR = 2 FI1 (FR fréquence de réception FI1 fréquence intermédiaire) Le choix de la fréquence intermédiaire doit permettre de rejeter les fréquences images en dehors de la bande de réception. 5 Calculer la fréquence image pour la fréquence basse de réception à 134MHz. 6 - Calculer la fréquence image pour la fréquence haute de réception à 138MHz. Le filtre d antenne (constitué d un circuit RLC) a essentiellement 2 rôles : Améliorer le rapport signal sur bruit en ne sélectionnant que la bande de fréquences utiles Eliminer la bande de fréquences images Les composants qui interviennent dans le filtre d antenne sont : C5, L1, CV1, C2, C1, la capacité et la résistance d entrée du circuit MC3362. (C1 en série avec la capacité d entrée peut être négligé). 7 Indiquer sur quel élément agir pour ajuster le filtre d entrée. Préciser la fréquence centrale de réglage la plus judicieuse. 8 A partir de la documentation du MC3362, indiquer la résistance et la capacité d entrée du circuit. Pour un circuit RLC parallèle, la fréquence centrale du filtre passe bande est donnée par l expression LCω 2 =1, avec ω=2 π f. 9 Calculer la valeur de C pour une fréquence centrale de 136MHz et une inductance L=40nH. Pour un circuit RLC parallèle, on appelle : Q le coefficient de qualité du circuit : Q = R / L ω B la bande passante du filtre à -3dB : B = f / Q 10 Calculer Q et B pour R=690Ω, L=40nH et f=136mhz.

4 On réalise, sous Orcad, la simulation du montage ci-dessous (correspondant au filtre d antenne): C2 VDB 1Vac 0Vdc V1 10p 1 L1 40nH C1 24.2p R On obtient le résultat ci-dessous. L échelle des ordonnées est graduée en db MHz 100MHz 110MHz 120MHz 130MHz 140MHz 150MHz 160MHz 170MHz 180MHz VDB(C1:2) Frequency 11 Déterminer graphiquement la fréquence centrale du filtre et la bande passante à -3dB. Pour le canal à la fréquence de 136MHz, la fréquence image (114,6MHz = ,7) subit une atténuation de 15,5 (-3)= 18,5dB par rapport à la fréquence de réception. 12 De la même manière, déterminer l atténuation subit par la fréquence image du canal à 138MHz. NB : On peut en conclure que la fréquence centrale du filtre la plus judicieuse n est peut être pas 136MHz mais 138MHz! 2 ème Changement de fréquence : La sélectivité du premier filtre à la fréquence intermédiaire FI1 n étant pas suffisante pour séparer les différents canaux des émetteurs satellites, on a recours à un deuxième changement de fréquence. Ce deuxième changement de fréquence est également du type infradyne. Le deuxième oscillateur local à une fréquence fixe. La fréquence du 2 ème filtre sélectif est FI2=455kHz. 13 Indiquer le repère du composant (voir schéma structurel) qui réalise le 2 ème filtre sélectif à la fréquence de 455kHz. Un quartz externe au MC3363 fixe la fréquence de l oscillateur local Indiquer le repère de ce quartz qui fixe FOL2. 15 Calculer la fréquence FOL2 de l oscillateur local 2, en faisant intervenir les valeurs de FI1 et FI2.

5 Ce deuxième changement de fréquence pose également le problème de la fréquence image. 16 Montrer que la fréquence image à celle de 10,7MHz est rejetée en dehors de la bande passante du premier filtre sélectif. Le filtre sélectif utilisé a la référence CFWM455B. Ci-dessous la réponse de 3 filtres sélectifs différents, centrés sur la fréquence de 455kHz. 17 Quelle caractéristique différencie ces 3 filtres sélectifs? 18 Indiquer si le filtre utilisé a une sélectivité suffisante pour extraire un canal unique, justifier. La bande de fréquence du récepteur est fixé par la bande passante de ce 2 ème filtre sélectif. Dans le cas du récepteur d images météorologiques, le signal reçu est un signal modulé en fréquence. La déviation de fréquence autour de la porteuse est de Δf=9kHz, et un modulant de fréquence F=2400Hz. La règle de CARSON : La bande de fréquence d un signal modulé en fréquence est B 2 ( Δf + F) = 2 F (1+m) 19 Calculer la bande de réception minimale que doit avoir le récepteur. 20 Vérifier que le choix du filtre CFWM455B est le plus judicieux parmi les 3 filtres. That's all folks!