Le RECEPTEUR FM

Tout ce qui a été dit sur le récepteur AM ( 10 ) reste vrai ... jusqu'à la détection. On va donc trouver dans ce récepteur FM un changeur de fréquence avec son oscillateur local et une chaîne
d'amplification de la fréquence intermédiaire ( FI )
Par contre, on s'en doute, l'extraction du signal modulant incrusté dans la porteuse est tout à fait différente et nettement plus complexe que la simple diode de la détection AM.

Pourtant, on pourrait imaginer un démodulateur FM très simple, par "flanc de courbe" Voir Fig. 1.
Le signal FM est appliqué à un circuit résonnant accordé de telle manière que la fréquence centrale du signal incident se trouve juste à mi-courbe
de l'un des flancs de la courbe de résonance. Dans ces conditions, si la fréquence du signal augmente, le niveau HF de sortie augmente aussi et
inversement. Il suffit alors d'unesimple diode, comme en AM, pour extraire le signal modulant BF. . Voir Fig. 2

 

            Le récepteur à SUPERREACTION  qui a eu son heure de gloire
            aux prémices de la RC peut ainsi correctement recevoir les émissions
            de la bande FM de radiodiffusion.




Mais ce procédé simpliste n'est pas très fidèle et son réglage est assez acrobatique. Remarquons tout de même, qu'en changeant de flanc de courbe, on inverse le sens du signal de sortie.
Si cela n'a aucune importance s'il s'agit de sons, par contre en émission RC de type PPM, cela présenterait un intérêt certain.
Cependant, inutile d'aller plus loin dans ce sens, car la méthode envisagée, si elle est tolérable en FM à bande large (celle de la radio), est tout à fait inapplicable en NBFM que nous pratiquons en RC.
Dans ce cas il faut faire appel à une autre technique : celle du démodulateur FM à QUADRATURE ( ou à coïncidence ).Nous allons en exposer brièvement le principe . Voir Fig. 3.


Le signal FI, V1 à 455 kHz, modulé en fréquence est amené à l'écrétage par un ampli saturé ( voir plus loin ) puis appliqué sur la base d'un
transistor T1 qu'il fait conduire sur les alternances positives ( c'est un NPN ). Il est par ailleurs appliqué sur un autre transistor T2 monté en série
avec T1. La base de T2 est chargée par un circuit résonnant 455 kHz excité par Ce. Dans ces conditions, si la fréquence FI est bien calée sur
455 kHz, le signal de base V2 est déphasé de 90° ( en quadrature ) par rapport au signal d'entrée V1. Les transistors T1 et T2 conduisent lorsque
leurs bases sont positives. Le point S est alors à la masse et la tension en S nulle. Hors conduction, S est à V+ par la résistance R30.
Il s'ensuit en S un créneau rectangulaire que nous montre la Fig. 4a.
Le rapport cyclique est de 1/1 et la tension moyenne égale à la
demi-tension de crête.



     Lorsque la fréquence de V1 dévie, le déphasage de V2 varie également et provoque des variations de
     la coïncidence des conductions de T1 et de T2. C'est ce que nous montrent les Fig. 4b quand la
     fréquence diminue et 4c quand elle augmente.

     La modulation FM entraîne donc une variation du rapport cyclique du créneau S.
     La tension moyenne Vm du point S est ainsi liée aux variations du signal modulant initial. Il suffit d'extraire cette tension moyenne pour restituer la modulation.
     Un simple filtre passe-bas RC suffit pour éliminer complètement le 455 kHz au point BF.

     Pour obtenir une amplitude BF suffisante, de quelques centaines de millivolts, il faut que la déviation de fréquence soit de l'ordre du 1/100 de la fréquence
     moyenne.
    Ainsi, avec nos 455 kHz, le "swing" doit être d'environ 4 kHz. Notons que la FI étant obtenue par différence, ce swing est celui qui existe précisément dans
     la porteuse quelle que soit la bande. Avec 4 kHz nous sommes bien en NBFM !

    Dans ces conditions, pas de "HiFi" pour laquelle le swing doit atteindre 75 kHz soit une fréquence FI d'au moins  100 x 75 = 7500 kHz.
    La valeur commerciale retenue est de 10700 kHz, celle de toutes les radios  FM   incluses dans nos chaînes de salon.


Nous avons vu que le démodulateur à quadrature requiert un signal FI carré d'amplitude constante. Notre récepteur devra assurer cette fonction. Pour cela l'amplificateur FI est à très grand gain
et il suffit d'un signal d'entrée très faible, de l'ordre de quelques microvolts pour l'amener à la saturation.
Pour des raisons évidentes de stabilité, cet amplificateur ne comporte pas de circuits résonnants. Il est constitué d'une cascade de transistors en série.
Pratiquement tous les récepteurs FM, qu'ils soient "radio" ou RC utilisent des circuits intégrés spécialisés, contenant cet amplificateur et les transistors du démodulateur.

Le SO41 est un des ancêtres de ces circuits. Introduit par SIEMENS vers 1970, il permit très vite la réalisation de récepteurs RC performants. Tous les petits "nouveaux" lui ressemblent : MC3357,
MC3361, MC3362 ... de MOTOROLA, NE604, NE605 de PHILIPS ...

La Fig. 5 montre la structure du SO41. L'entrée FI est en 14. La cascade des transistors doubles
1 à 6 constituent l'ampli à grand gain. La FI écrêtée est disponible entre 6 et 10 et appliquée aux transistors 9
On la transmet par condensateurs aux bases 7 et 9 des transistors 7 et 8. Le circuit résonnant 455 kHz est
aussi à brancher entre 7 et 9. Finalement la sortie démodulée est obtenue en 8.
On remarquera la symétrie complète retenue pour réaliser le SO41.
En général, les circuits plus récents ont un démodulateur asymétrique analogue à celui de la Fig. 3.

Les avantages de la FM.

- A l'émission.
           - La modulation FM est particulièrement facile à mettre en oeuvre.
             Une simple varicap et le tour est joué.
           - Le spectre de l'émission HF est beaucoup plus "propre" que celui de la modulation AM
             de type RC   ( en tout ou rien )
- A la réception.
             Les avantages viennent des principes énoncés ci-dessus et tout particulièrement du régime de
             saturation imposé dans la chaîne FI.

  1En AM, le niveau BF détecté est lié à l'amplitude de la porteuse : Plus celle-ci est puissante et plus de BF on obtient. Hélas, si la porteuse s'estompe, la BF aussi.
Cette relation étroite entre niveau HF et niveau BF impose une Commande Automatique de Gain ( CAG ) efficace. Il n'empêche que si le récepteur reçoit un signal très puissant, il "sature",
la BF est "écrasée" et va jusqu'à disparaître. Nos anciens récepteurs RC/AM souffraient de ce défaut particulièrement gênant car il provoquait des anomalies de fonctionnement au moment du
départ du modèle, quand émetteur et récepteur étaient très proches.

     En FM, plus c'est saturé et mieux ça marche ! ( du moins en premier examen ! ) Les récepteurs FM simples ( Le RX8 par exemple ) n'ont donc aucun système de CAG et ne souffrent jamais
de blocages par trop émission trop puissante.
Par ailleurs, lorsque la porteuse est affaiblie par la distance, le signal BF lié au swing et non pas à l'amplitude, garde son niveau. Il est cependant de plus en plus dégradé par le bruit de fond du récepteur
( les servos se mettent à "grogner" ! )
A la limite, il reste ... le bruit ! Toutefois, le fait de conserver jusqu'à la fin une amplitude BF constante facilite beaucoup le travail du décodeur qui exploite ce signal.

2. Les parasites sont des émissions HF dues à des étincelles ou à des courants de rupture. Ils correspondent essentiellement à des modulations AM et s'ils se mélangent à nos émissions s'y retouvent
en variations instantanées de l'amplitude de la porteuse. Evidemment un récepteur AM est par nature, tout particulièrement exposé à ces perturbations qu'il est impossible de supprimer, sauf à la source.
( antiparasitage ! )
La FM n'est pas sensible à l'amplitude de la porteuse, l'ampli saturé se chargeant de gommer toutes les variations éventuelles. La FM est donc naturellement immunisée contre les parasites AM.
Et de fait, nos récepteurs RC/FM se comportent beaucoup mieux que leurs ancêtres. Sans la FM, le vol électrique serait sans doute bien plus difficile !!

En conclusion, avec la FM
- Pas de problème de saturation du Rx à faible distance.
- Amplitude BF restituée indépendante de la distance.
- Relative insensibilité aux parasites ..

Il est alors facile de comprendre pourquoi tous nos ensembles RC ( PPM ou PCM ! ) utilisent la FM.