10-3 MELANGEUR DE RECEPTION A

CONDUCTANCE NON LINEAIRE

Objectif : Transporter l'information transportée par un signal de haute fréquence vers un signal de plus basse fréquence.

Figure 103-1 Principe du mélangeur de réception

Réalisation :

Figure 103-2 Réalisation d'un mélangeur de réception

On utilise une conductance non linéaire qui assure le mélange des différents signaux. L'élément non linéaire peut être polarisé par une tension continue V_0. Des filtres passe bande assurent la séparation des différents signaux.

Problème :

Déterminer la valeur de l'impédance de charge Z_m, de la tension de polarisation V₀ et la puissance de l'oscillateur local pour que le rapport entre la puissance de sortie P_m et la puissance d'entrée P_s soit maximum.

Nous noterons Pmn la puissance dans l'élément non linéaire corresponsdant à la fréquence :

Hypothèses :

On s'intéressera au mélangeur de réception bande latérale supérieure qui est le seul intéressant ( les résultats sont similaires pour le BLI)

donc :

(103-1)

La conductance non linéaire est caractérisée par la loi

Les puissances mises en jeu dans un mélangeur de réception sont de quelques mW pour l'oscillateur local, contre des picowatt ou des femtowatt pour le signal haute fréquence et le signal de moyenne fréquence.

Compte tenu de la présence des filtres, la tension aux bornes de l'élément non linéaire s'écrit :

avec :

on peut donc écrire :

avec :

(103-2)

Traitement :

Le courant total dans la conductance peut s'écrire :

soit :

Le premier terme corresponde aux puissance absorbées :

Le second terme non linéaire va permettre de calculer les puissances

et (103-3)

On souhaite pour obtenir un fonctionnement en mélangeur de réception que :

(103-4)

c'est à dire que de la puissance haute fréquence soit absorbée tandis que de la puissance moyenne fréquence soit émise.

Calcul des puissances mises en jeu dans le méléngeur :

Le terme non linéaire s"écrit :

(103-5)

On choist le signal d'oscillateur local comme référence de phase.

(103-6)

La conductance non linéaire ne dépendant que la fréquence de l'oscillateur local peit être décomposée en série de Fourier;

En reportant dans l'expression du courant, il vient :

(103-7)

En décomposant cette expression et en tenant compte des relations de fréquences (103-1), on obtient :

(103-8)

(103-9)

A partir des expression (103-6) et (103-8) et (103-9) on peut calculer les puissances mises en jeu et les admittances correspondantes:

ce qui donne :

(103-10)

(103-11)

Pour étudier ces expressions posons :

(103-12) le coefficient de non linéarité

(103-13)

et (103-14)

Les relations (103-10) et (103-11) deviennent :

(103-15)

(103-16)

Les conditions de puissances (103-4) conduisent à :

(103-17)

Le maximum de puissance émise à la fréquence de sortie fm est :

(103-18)

obtenue pour

(103-19)

Dans ces conditions optimales la puissance du signal HF est :

(103-20)

et les admittances correspondantes sont :

(103-21)

Le rendement de conversion devient :

(103-22)

Analyse des résultats :

Le fonctionnement optimum est obtenu lorsque l'impédance de charge est réelle :

(103-23)

La relation (103-19) montre que le mélangeur conserve l'information de phase.

Fonctionnement optimum :

L'expression (103-22) montre que le rendement est maximum lorsque :

(103-24)

soit :

(103-25)

ce qui correspond à une impédance de charge à la moyenne fréquence de :

(103-26)

Figure 103-3 Evolution du rendement optimum d'un mélangeur de réception en fonction du coefficient de non linéarité de la conductance utilisée.

Remarque : On voit que pour obtenir un bon rendement, il faut un élément non linéaire qui possède un fort coefficient de non linéarité.