un émetteur ou, à plus forte raison, dans un système de mesures, la propreté du signal que fournit un oscillateur est devenue un critère prioritaire.
F c = 6 . 7 M H z 1 0 K H z I D i v i s i o n
Schéma 2.
Bruit de phase
M E G A H E R T Z m a g a z i n e 1 6 7 - F é v . 1 9 S 7
T E C H N I Q U E
Schéma 3.
Effets du bruit de phase
négligés. Ces signaux sont diffici lement éliminés par filtrage. Le schéma 3 montre la différence, du point de vue spectral, entre plusieurs types d'oscillateurs.
L'oscillateur à quartz produit le signal le plus propre et le plus fin.
L'oscillateur LC produit aussi un signal propre, mais un peu plus large, ceci à cause du coefficient
de surtension moins élevé d'un
circuit LC par rapport à un quartz de bonne qualité I). Les syn thétiseurs PLL présentent un élargissement du pied du signal, à
S c h é m a 4 .
Bruit de phase [dBc/Hz]
de deux syntdiétiseurs.
cause de la présence de bruit.
Plus ce bruit monte haut autour
du signal principal et plus il s'étale de chaque côté, moins le synthéti seur est propre.
Le schéma 2 permet de voir plus précisément l'allure d'un tel signal. On remarquera que les 30 kHz situés de chaque côté de la porteuse sont les plus concer
nés. Le schéma 4 montre le
résultat de deux synthétiseurs dif férents, l'un (B) est propre, et correspond aux critères de qua lité actuels, l'autre (A] présente beaucoup plus de bruit et des parasites indésirables, même à moins de 1000 Hz de la por
t e u s e .
Les synthétiseurs de fréquence sont maintenant omniprésents dans la plupart des équipements.
Ils ont contribué à résoudre les
problèmes de stabilité, de largeur
de bande et... d'économie en éli
Synthétiseur PLL à simple boucle.
cation, etc.] et l'intervention manuelle lors du montage. Mais ils ont été, pendant trop long temps, fort mal réalisés du point de vue du bruit parasite.
Il faut noter que du bruit de fond peut aussi être créé par un oscil lateur libre mal étudié, qu'il utilise un quartz ou un circuit LC [réalisé
avec une bobine et un condensa
teur]. Mais ce bruit parasite reste bien inférieur à celui généré par un synthétiseur à asservisse ment de phase.
La notion de bruit de phase a été évoquée précédemment dans la 3ème partie de cette série d'ar ticles [MHZ IM° 162 de sep tembre 1996] et dans la Sème p a r t i e [ M H Z 1 6 4 d e novembre 1996], où il apparais sait que certaines mesures de dynamiques [blocage et intermo dulation) ne pouvaient être effec
tuées correctement à cause d'un
masquage des signaux par le bruit interne du récepteur. Ses
effets néfastes sont de réduire la
possibilité, pour un récepteur, de séparer des signaux très proches, même en utilisant d'ex cellents filtres, et pour un émet teur de transmettre un signal propre, et avec un spectre en fré quence le moins étalé possible.
Pour chaque changement de fré quence effectué dans un mélan geur le bruit attaché à l'oscillateur local s'ajoute au signal transposé, ceci étant applicable aux récep
teurs comme aux émetteurs. Un
signal émis avec une forte puis sance et du bruit latéral pourra perturber la réception de signaux faibles à quelques dizaines de kilo-hertz de sa fréquence, par des stations de réception situées à
d e s d i s t a n c e s d e
quence donné avec la porteuse principale et par rapport au
niveau de cette dernière. Par
exemple, le bruit de phase d'un oscillateur peut être donné
comme étant de -90 dB, dans
une largeur de bande de 1 kHz,
avec un écart de 10 kHz de la porteuse. Une des manières de s t a n d a r d i s e r l e s m e s u r e s
consiste à ajuster la mesure pour une bande passante théorique de
1 Hz, en effectuant une correc
tion de-10 log [BP].
Le bruit de phase est généré dans les oscillateurs du synthéti seur et principalement dans le VCO, oscillateur contrôlé par une tension, qui est l'étage principal d'un synthétiseur à asservisse ment de phase [PLL].
Le schéma 5 représente le fonc tionnement simplifié d'un tel syn thétiseur. Le signal produit par le VCO, après avoir été divisé par un nombre entier, est comparé à un signal de référence stable, pro duit par un oscillateur à quartz.
Ceci est effectué à l'aide d'un
comparateur de phase qui fournit un signal, fonction de l'écart trouvé, et à partir duquel une ten
sion continue de contrôle est
obtenue après filtrage. Cette ten sion, réinjectée dans le VCO, va tendre à ajuster automatique
ment la sortie du détecteur de
phase à zéro. Le filtrage effectué sur la tension de contrôle par le
fi l t r e d e b o u c l e c o n d i t i o n n e l e
niveau de production de bandes
latérales indésirables. En effet, une faible oscillation de cette ten s i o n e n t r a î n e u n e m o d u l a t i o n e n
fréquence du signal produit par le VCO. Mais ce filtrage conditionne
aussi la nature du fonctionnement M E G A H E R T Z m a g a z i n e 1 B 7 ■ F é v . T S 0 7
T E C H N I Q U E
Mesure du bruit latéral d'un oscillateur (DJSLR).
de la synchronisation, en particu lier du point de vue de sa rapidité d'action. Un juste équilibre doit
être trouvé entre ces deux carac
téristiques antagonistes.
Les premiers synthétiseurs utili sant ce principe ont été présen
tés comme des solutions miracu
leuses. En effet, les récepteurs et
l e s é m e t t e u r s é t a i e n t e n f i n
stables et offraient en prime un affichage digital de la fréquence
de travail et éventuellement des
mémoires, par utilisation des
qualité quelconque. Or le niveau de bruit d'un synthétiseur dépend d'une part du filtrage de la boucle de contrôle mais d'autre part de la qualité du VCO. en particulier
de la réalisation de son circuit oscillant et de son circuit de sor
tie. Le premier doit utiliser une bobine et des diodes à capacité variable d'excellente qualité, le
dernier doit isoler le VCO de toute
variation de charge.
De nombreux progrès ont toute
fois été faits dans le domaine des
synthétiseurs. Les récents trans
ceivers destinés aux radioama
teurs pour un usage sur les bandes décamétriques ont profité de ces améliorations, en particu lier grâce au développement de la synthèse digitale directe, qui du point de vue bruit est nettement
meilleure.
Le matériel VHP et UHF n'atteint
actuellement que très rarement les mêmes performances. Il est vrai que l'offre n'existe qu'en fonc
tion des besoins et ces bandes ne
sont nullement surchargées de signaux faibles et puissants à la fois, en particulier en CW ou en SSB. Des performances de haut niveau peuvent toutefois s'avérer
nécessaires en cas d'utilisation lors d'un concours où les condi tions ci-dessus seront alors réali s é e s .
L ' u t i l i s a t i o n d ' u n e x c e l l e n t t r a n s -verter devant un excellent trans
ceiver décamétrique peut consti
La mesure du bruit de phase d'un oscillateur est une opération simple si l'on utilise le banc de mesure adéquat et nul doute que
l e s c o m m e r c i a u x d e H e w l e t t Packard, Tektronix, Rohde &
Schwartz et les autres sauront vous conseiller, si vous consentez à vous séparer de la collection de timbres de votre grand-père.
L'évaluation du bruit de phase avec des moyens simples et éco nomiques reste possible. Diffé rentes possibilités peuvent être envisagées selon qu'il s'agit de la mesure du bruit de phase interne à un récepteur ou qu'il s'agit de l'évaluation de la qualité d'un oscil
l a t e u r.
B ^ n i t de phcLiye
d ' u n
t ^ c e f ^ t e u f ^
L'évaluation du bruit de phase d'un récepteur peut se faire à
l'aide d'un générateur stable et propre. Les montages décrits dans la 6ème partie de cet article paru dans MEGAHERTZ de décembre 1996 peuvent très bien convenir, si l'on se contente d ' u n e m e s u r e s u r u n e s e u l e
bande amateur. Notons que le bruit de phase peut être légère
ment différent selon les bandes
utilisées. Le niveau d'injection sera tel que le signal reçu soit à environ S9 + 4D dB. Le récepteur sera en mode CW et en balayant lentement la fréquence vers la porteuse de l'oscillateur, un accroissement apparent du bruit de fond se produira. L'utilisation du filtre CW le plus sélectif pos sible permettra de s'approcher au plus près de la porteuse du géné rateur. Ce premier essai fait apparaître l'existence d'un éven tuel bruit de phase. Si l'on a pris la précaution d'effectuer une cali bration du S-mètre, à l'aide de l ' o s c i l l a t e u r e t l ' a t t é n u a t e u r
variable, une mesure acceptable pourra être effectuée à des fins de comparaison avec d'autres
m a t é r i e l s . L a l i m i t e d u b r u i t m e s u r a b l e e s t d ' e n v i r o n
-16D dBc/Hz aux conditions que le récepteur soit à la fois sensible et possède une grande dyna mique et que l'oscillateur de test soit luknéme très propre avec un
niveau de bruit au moins inférieur à la valeur ci-dessus. Il existe tou tefois deux limitations à cette
mesure, premièrement la dyna mique de blocage du récepteur peut être insuffisante et la satura tion se produire avant la mesure
effective du bruit, deuxièmement
si la dynamique est excellente, le niveau d'injection du générateur nécessaire peut atteindre des valeurs incompatibles avec la sécurité de l'étage d'entrée du récepteur, ce qui est le cas par
exemple pour le TS-850 et le FT-10GGD [MEGAHERTZ N° 164, novembre 1996, page 62].
B f ^ n i t d e p L x u a e
d ' u n
o ù c i L L a t e u f La mesure du bruit de phase d'un oscillateur (ou d'un émetteur) nécessite l'utilisation d'un récep teur "propre" avec un bruit de phase inférieur à celui du signal mesuré. On peut supposer qu'un
"bon" transceiver récent doit per mettre de vérifier la qualité d'un synthétiseur de qualité courante
comme ceux destinés aux émet
teurs (ou même récepteurs 1]
VHF. Un émetteur peut aussi être
directement testé, en atténuant
son signal de sortie pour le rame ner à un niveau supportable par le récepteur.
On peut raisonnablement suppo ser que le bruit de phase mesuré
sur l'émetteur d'un transceiver
est très proche du bruit de phase de son récepteur car une bonne partie des circuits sont com muns, en particulier l'oscillateur local. Toutefois la multiplication de filtres à quartz dans la partie réception ne peut qu'améliorer la propreté des signaux utilisés et donc le bruit de phase du récep teur, sur les appareils de qualité,
est sans nul doute inférieur au bruit mesuré en émission.
Le laboratoire de l'ARRL mesure
simplement le bruit de phase d'un émetteur à l'aide d'un récepteur à conversion directe présentant de bonnes caractéristiques. Il s'agit d'un mélangeur de qualité dans lequel sont injectés, d'une part le signal à tester, d'autre part un
oscillateur local fournissant un
signal propre (HP 8B4G). La sor tie du mélangeur est filtrée entre 1 kHz et 1 MHz puis examinée à l'aide d'un analyseur de spectre BF.
U l r i c h L . R O H D E , D J 2 L R / KA2WEU effectue une mesure
similaire en complétant le récep
t e u r s o m m a i r e à c o n v e r s i o n
directe afin de supprimer l'utilisa tion d'un analyseur de spectre BF.
Le mélangeur est suivi de deux filtres à quartz très sélectifs et d'étages amplificateurs suivis
d'une détection commandant une
boucle d'AGC, sur laquelle un micro ampèremètre fait office de M E G A H E R T Z m a g a z i n e 1 6 7 • F é v . 1 6 9 7
T E C H N I Q U E
S-mètre (voir schéma N® 6). Le mélangeur est un classique SRA à diodes en anneau, les amplis utilisent des MC 1590, qui néces sitent peu de composants et dont le gain se contrôle facilement par la tension d'AGC, les filtres res tent les parties coûteuses du montage (infime par rapport au prix d'un analyseur de signal...).
DJ2LR utilisait des fitres de chez SHERWOOD centrés sur 5.695
MHz et d'une bande passante de 125 Hz [N.A. Il me semble qu'ils
é ta i e n t d e s ti n é s à l ' e x c e l l e n t
récepteur à tubes R4C de DRAIŒ, pour les graphistes. Une solution de remplacement consis
terait à utiliser des filtres CW des tinés aux transceivers actuels, éventuellement de 250 Hz, dont certains présentent un excellent facteur de forme, le '/G 455 CN1
de KENWOOD, centré sur 455 kHz et large seulement de 480 Hz à -8D dB, en espérant que deux filtres identiques auront exactement la même fréquence centrale).
Dès 1978, DJ2LR indiquait qu'un oscillateur (synthétiseur) destiné à
être utilisé sur un récepteur per
formant, mettant en œuvre des
mélangeurs de haut niveau, ne devait présenter un bruit laté ral au maximum que de -120 dBc/Hz à 10 kHz de la por
teuse. Il aura fallu une bonne
quinzaine d'années pour que cela
soit une réalité sur le matériel destiné aux radioamateurs.
Terminons par quelques valeurs
relevées dans différents bancs
d'essais où chez des amis ayant réalisé tout ou partie de leur
matériel :
F5RCT décrit, dans MEGAHERTZ magazine N® 160 de Juillet 1996, un excellent synthétiseur au pas de 12.5 kHz, destiné à un
transceiver VHP FM, Les caracté
ristiques, en ce qui concerne le bruit latéral, fournies par l'auteur sont de -97 dBc/Hz à 25 kHz de la porteuse, ce qui est suffisant pour l'usage prévu, mais un peu bruyant pour un usage en SSB/CW.
F6EMV, pour son transceiver entièrement "home-made", à cou verture générale et aux perfor
mances élevées, a relevé un bruit latéral de -108 dBc/Hz à 5 kHz, - 1 2 9 d B c / H z à 1 0 k H z e t -140 dBc/Hz à 100 kHz. Ceci dépasse bon nombre de transcei
vers des années 80 de haut de
gamme et la plupart des appa reils d'entrée de gamme récents.
D'autant plus que le même soin à été apporté aux mélangeurs, aux amplis IF et BF, aux filtres, à ...
tout! avec pour conséquence
d'excellents résultats en matière
de dynamique de blocage et d'in
t e r m o d u l a t i o n .
Un banc d'essai du transceiver
KENWOOD TS-850, paru dans Dubus N® 2/1992, par DJ9BV, indique un bruit latéral de
■121 dBc/Hz à 5 kHz de la por teuse, -139 dBc/Hz à 20 kHz et -159 dBc/Hz à 100 kHz, ce qui est qualifié d'excellent par l'auteur car presque identique aux meilleurs synthétiseurs profes
s i o n n e l s d e c h e z H P, l e H P
8642B ayant un bruit latéral de -144 dBc/Hz à 20 kHz de la porteuse, mais son prix corres pondant approximativement à
celui d'environ 20 transceivers TS-850.
C o n c L u £ > i o f \ . Il ne faut pas attribuer au bruit de phase une importante exagérée.
Toutefois, il faut bien remarquer que rien ne sert de soigner les mélangeurs ou les amplis moyennes fréquences d'un récep
teur. ou d'utiliser des filtres à
quartz extraordinaires, si les signaux reçus sont irrémédiable ment dégradés par la présence
d'un bruit interne indésirable.
D'autre part, il n'est pas inutile de rappeler que la puissance appa rente rayonnée a subi, depuis quelques années un accroisse ment notable, le gain des
antennes s'améliorent et l'utilisa
tion d'amplificateurs se dévelop pant, Même si ces derniers sont bien utilisés, donc bien réglés et non satijrés par l'exciteur, ce qui est déjà rare, ils ne sont pas eux-mêmes exempts de produits indé sirables et, de plus, le bruit généré par le transceiver bénéfi cie lui aussi des 10 dB de gain !
A s u i v r e . . .
Francis FERON, F6AWN BP 4. 14150 OUISTREHAM
m i i c c T R o m
20bis, av. des Clairions • 89000 AUXERRE • Tél. 03,86.46,96.59 • Fax 03,86,46.56.58
L E O U I D E D U R A D I O A M A T E U RT o m e s 1 & 2
J J D C O M M U N I C AT I O N
(Jean-Jacques Dauquaire)
Un écouteur au service des écouteurs !