Récepteur radio

Le terme « radio » provient de la simplification de l'expression « récepteur d’émissions diffusées par ondes radiophoniques ». Il a été adopté progressivement avec le développement de l'usage de la radio, pour désigner toute la technique des ondes radio[1] et dans le langage courant, une « radio » désigne aussi bien un récepteur qu'une chaîne de programmes.

« Tuner » vient de l'anglais « to tune » qui veut dire « accorder ». Le mot « tuner » peut désigner un appareil indépendant dans un ensemble « hifi », comportant un récepteur complet à l'exception des parties « audio ». Il désigne aussi un sous-ensemble d'une radio ou d'une télévision, comportant les circuits haute fréquence. Le terme français correct est syntoniseur[2].

• 
  Récepteur radio Światowid de 1964.
• 
  Récepteur radio portable de 1972.
• 
  Récepteur radio de 2000.

Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leur fréquence ou leur longueur d'onde. On a défini un certain nombre de bandes de fréquences (voir ci-dessous, spectre des ondes électromagnétiques). Les autorités compétentes définissent les applications autorisées dans les différentes bandes de fréquence. Par exemple :

• bandes pour radiodiffusion, en modulation d'amplitude (AM) ou en modulation de fréquence (FM) ou en systèmes numériques ;
• bandes pour la télévision ;
• bandes radioamateur ;
• bandes pour transmission radio professionnelle (civile et militaire) ;
• bandes pour la téléphonie mobile ;
• bandes pour les radars et systèmes de détection ;
• etc.

Les signaux formés par les ondes électromagnétiques sont captés par une antenne. Celle-ci, quelle qu'elle soit, reçoit de nombreux signaux qu'il faut différencier. Un récepteur doit donc être capable de :

• sélectionner, parmi les nombreux signaux, le signal désiré ;
• amplifier ce signal afin de permettre son traitement ultérieur ;
• démoduler le signal, qui est modulé en amplitude, en fréquence, en phase ou de type numérique, afin de récupérer une copie fidèle du signal original, appelé signal modulant.

FM : Fréquence Modulée

AM : Amplitude Modulation

• LW (GO) : Long Wave (Grandes Ondes)
• MW (OM) : Medium Wave (Ondes Moyennes)
• SW (OC) : Short Wave (Ondes Courtes)

DAB+ : Digital Audio Broadcasting (anciennement appelé RNT en France : Radio Numérique Terrestre)

La modulation à bande latérale unique

Récepteur pour radioécouteur.

La bande latérale unique (BLU ou SSB en anglais) est une variante de l'AM permettant d'émettre et de recevoir plus efficacement en radiotéléphonie professionnelle ou radioamateur.

Le principal intérêt de ce type de modulation est sa bande réduite, environ le tiers de celle d'une radio AM, permettant d'augmenter le nombre de canaux dans une bande limitée et de réduire le bruit, et son efficacité due à l'élimination de la porteuse à l'émission.

Ces deux facteurs combinés permettent à puissance égale d'atteindre des distances supérieures.

Un récepteur radio est constitué de plusieurs blocs ayant chacun une fonction bien précise.

Il existe divers schémas de réception, comme l'amplification directe, ou la super-réaction, mais le récepteur superhétérodyne est la structure de récepteur la plus utilisée, tant en radio qu'en télévision ou en hyperfréquences (radar, GSM, GPS...). Elle est caractérisée par l'utilisation d'un étage changeur de fréquence, ce qui permet une amplification plus aisée du signal[4].

Le schéma ci-dessous montre la structure du récepteur superhétérodyne.

Structure d'un récepteur superhétérodyne.

• Un filtre d'antenne élimine les signaux indésirables ; il est souvent placé avant l'ampli RF, de façon à éviter que des signaux indésirables éventuels, de forte amplitude, ne saturent l'ampli RF.
• L'amplificateur RF assure une première amplification ; il est conçu de façon à obtenir le meilleur rapport signal/bruit possible ; ceci est particulièrement important pour les récepteurs destinés à la réception de signaux à des fréquences élevées (supérieures à 30 MHz) ; en effet, à ces fréquences, le bruit extérieur au récepteur est faible, il est donc important que le bruit interne soit le plus faible possible.
• Le mélangeur est la pièce maîtresse du récepteur superhétérodyne ; lorsqu'on applique à ses entrées des signaux de fréquences Fo (oscillateur local) et Fp (signal à recevoir, modulé en amplitude ou fréquence), on retrouve en sortie des signaux non seulement à Fo et Fp mais aussi à Fo + Fp et |Fo - Fp|. Le filtre FI va supprimer les composantes Fo, Fp et Fo + Fp, ne laissant que la composante |Fo - Fp|. On a donc réalisé un changement de fréquence, c'est-à-dire une modification de la fréquence centrale du signal modulé, sans changer l'allure du spectre. La nouvelle fréquence centrale |Fo - Fp| s'appelle fréquence intermédiaire, FI.
• L'oscillateur local pilote la seconde entrée du mélangeur ; on règle sa fréquence Fo de façon que la fréquence intermédiaire soit fixe, indépendante de la fréquence du signal d'entrée ; deux fréquences sont possibles : Fo = Fp + FI ou Fp - FI.
• Grâce au changement de fréquence, l'on peut utiliser un filtre de fréquence centrale fixe ; on choisira en général un filtre céramique, qui permet d'obtenir une bonne réponse en fréquence (flancs raides) et donc une bonne sélectivité ; le filtre FI supprime les signaux indésirables à des fréquences proches de Fp, ainsi que les composantes indésirables générées par le mélangeur.
• L'amplificateur à fréquence intermédiaire est responsable de l'essentiel du gain du récepteur ; il est souvent constitué de plusieurs étages avec un contrôle automatique du gain (CAG); il amène le signal au niveau nécessaire pour la démodulation.
• Le démodulateur récupère l'information transportée par le signal modulé. Pour les signaux MA (modulés en amplitude), on emploie un détecteur à diodes ; pour les signaux MF (modulés en fréquence), le démodulateur sera un discriminateur, un détecteur de rapport ou un discriminateur à coïncidence (aussi appelé détecteur à quadrature ou détecteur synchrone).
• L'amplificateur audio amplifie le signal démodulé et pilote le haut-parleur.

Dans un récepteur superhétérodyne, les différentes fonctions, amplification, filtrage, démodulation, sont confiés à des étages distincts :

• la sensibilité est déterminée par les différents amplificateurs ;
• la sélectivité est déterminée par le filtre FI ;
• la réjection de la fréquence image est assurée par le filtre RF.

Un montage hétérodyne désigne un mélangeur où le battement entre les deux signaux d'entrée produit un signal à fréquence audible. Le terme « superhétérodyne » a été choisi pour signifier qu'ici, le signal du mélangeur est à une fréquence (la FI) très supérieure aux fréquences audibles.

Différents récepteurs radio anciens.

À l'aube de l'électronique, les fonctions citées étaient réalisées à l'aide de tubes à vide. Puis vint l'ère des transistors. Actuellement, et depuis une ou deux décennies, l'essentiel des composants électroniques du récepteur se retrouve au sein d'un même circuit intégré. Ne peuvent être intégrés : l'antenne, le haut-parleur, le potentiomètre de réglage de volume, le condensateur de réglage de la fréquence (présent dans certains récepteurs), les composants d'alimentation.

Il faut distinguer et ne pas confondre les technologies de construction des appareils, qui évoluent selon l'état de la technique et les contraintes économiques du moment, avec les principes de fonctionnement de ceux-ci : une radio RDS à affichage aux cristaux liquides dotée de la fonction de recherche automatique des stations fonctionne toujours selon le même principe qu'un poste à lampes, ce qu'ils ont de différent ce sont les technologies et le traitement des signaux utiles.

Pour les filtres, on peut utiliser :

• des circuits LC ; ces filtres peuvent être réalisés pour pratiquement n'importe quelle fréquence, la fréquence centrale peut être modifiée en utilisant un condensateur variable ; mais les flancs du filtre ne sont pas raides, ils laissent donc passer, en les atténuant, des composantes en dehors de la « fenêtre » ;
• des filtres céramiques ou des filtres piézo-électriques  ; ces filtres sont plus chers, donnent une meilleure réponse en fréquence (flancs plus raides) mais ni la fréquence centrale ni la largeur de bande ne peuvent être modifiées.

• Paul, Berché, Pratique et Théorie de la TSF, Publications et éditions françaises de TSF et Radiovision, Paris 1934.
• Jean-François, Remonté, Les Années Radio, L'Arpenteur, Paris 1989.
• Camel Belhacène, Bernard Baris, Les débuts du Superhétérodyn, in TSF Panorama n^o 1, 1989.
• Bernard Baris, Un récepteur haut de gamme, l'Oradyne 1038, in TSF Panorama n^o 11/12, 1990.
• (en) Robert Hawes, Radio Art, s.n., 1992.
• Joseph, Carr, Réception des hautes fréquences, 2 volumes, Éditions Publitronic Elektor, Paris 1997.
• Eugène, Aisberg, La Radio ? mais c'est très simple, ETSF, Paris 1998.
• Burkhard, Kainka, Construire des récepteurs de radio numérique sur ondes courtes, ETSF, Paris 2007.