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Il Système récepteur de bandes.de fré'1uences. Il -- - ..- J...et - .!.J.." ¯"t- -' -.L ...:J' - -.. .:1 - - ¯1 - - - - - -- -- -
L'invention est relative à un système de réception de cou- rants alternatifs comprenant une série ou "bande" de fréquences, en particulier une bande de fréquences telles que celles com- prises dans une onde modulée de signalisation.
Le but général de l'invention est de recevoir les fréquen- ces composant semblable bande avec une uniformité telle que l'on évite une distorsion appréciable de l'onde modulée et que l'on élimine les fréquences non comprises dans la bande que le sys- tème est propre à recevoir.
Un autrebut de l'invention est de prévoir des moyens pour déplacer à volonté la position de la bande dans l'échelle des fréquences, grâce à un réglage simple, de façon à pouvoir aisé- ment rendre le système propre à recevoir des ondes modulées de toute fréquence principale voulue, y compris les bandes latéra- les de semblables ondes modulées.
Un objet particulier de l'in- vention est de comprendre la caractéristique de la bande dans un élément unique d'un système récepteur ou amplificateur, sem- blable élément procurant une réception pratiquement uniforme
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pour toutes les fréquences comprises dans la bande pour laquelle il a été établi, avec élir:ination ou sélection nette des fré- quences en dehors de la bande choisie, en obtenant de ce fait dons un seul élément du système un haut degré de sélectivité sans distorsion de l'onde de signalisation modulée.
Dans une réalisation de l'invention, l'élément sélecteur de bande est combiné avec une antenne ou tout autre collecteur, et l'on prévoit une réactance de compensation, pour compenser la, réactance indéterminée introduite par le collecteur et pré- server la. symétrie nécessaire du système. D'autres caractéris- tiques de l'invention concernent la combinaison d'un certain nombre de pareils éléments, dont chacun possède une caractéris- tique de bande, dans un système récepteur et amplificateur, en procurant une amplification de degré élevé pour une bande de fréquences, avec une sélectivité élevée ou un pouvoir marqué d'élimination des fréquences en dehors de la bande choisie.
D'autres particularités de l'invention seront définies dans le cours de la description.
Lorsque la. sélectivité, ou la faculté d'isoler une onde de signalisation d'une fréquence principale donnée, d'ondes non désirables de fréquences différentes, s'obtient pa.r la, méthode courante utilisant un ou des circuits résonnants, la caracté- ristique de fréquence du récepteur est essentiellement de forme pointue, pour la raison qu'il n'existe qu'une seule fréquence pour laquelle les réacta.nces de capacité et d'inducta.nce des circuits sont équilibrées. pour toute autrefréquence, le système comporte une réactance non équilibrée qui détruit la résonnance pour cette fréquence.
Dans la réception d'une onde modulée comprenant une bande de fréquences, semblable système peut efficacement recevoir une fréquence de la bande et "reçoit" les autres fréquences de la bande d'une manière moins efficace, ou ne les "reçoit" pas du tout, avec, comme résultat une dis- tors/ion du signal.
Lorsqu'un cortain nombre de circuits syntonisés au syn-
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ohronisme sont utilisés en cascade, la sélectivité s'accroit du fait de l'accroissement dans une proportion géométrique de l'amplification à la fréquence de pointe, et de l'amplification dans un rapport bien moindre, de toute autre fréquence, mais cette sélectivité est nécessairement obtenue au dépend de la qualité de son, du fait que les bandes latérales sont relative- ment réduites suivant la, même loi.
On a proposé de perfectionner la réception des bandes la- térales par l'introduction d'un amortissement dans les circuits syntonisés au synchronisme, mais ceci n'adoucit que partielle- ment la distorsion, et cet adoucissement n'est obtenu qu'aux dépends de la sélectivité.
L'un des noyons de tourner cette difficulté et d'assurer une réception pratiquement uniforme pour toutes les fréquences comprises dans la bande d'une onde modulée, consiste à faire @ . emploi d'étages successifs d'amplification possédant des carac- téristiques de fréquence différentes, et donnant en combinai- son une caractéristique de bande.
Un moyen permettant d'atteindre ce résultat est réalisé dans l'amplificateur ci-après décrit, dans lequel les disposi- tifs de liaison'des différents étages sont établis avec des caractéristiques de fréquence qui sont séparées entreelles dans l'échelle des fréquences et superposées, de sorte que la caractéristique d'ensemble du système est une bande d'ampli- fication pratiquement uniforme avec une coupure nette aux extrémités de la bande.
Grâce à la présente invention il est possible d'obtenir une caractéristique uniforme de bande analogue dans un seul élément sélecteur comprenant un système de réactances qui sont entre-elles en relation mutuelle telle, qu'elles s'équilibrent mutuellement, non pas spécialement à une fréquence unique comme dans le cas du circuit ordinaire syntonisé, mais à un certain nombre de fréquences comprises dans une bande .limitée. pour toute fréquence enddhors de cette bande les réactances ne sont pas équilibrées.
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Comme conséquence de cette propriété, Isolément sélecteur est résonnant avec une sensible égalité pour toutes les fréquen- ces de sa bande caractéristique, et n'est pas résonnant pour les fréquences en dehors de la bande. Lorsque le système est conve- nablement construit, ainsi qu'il sera ci-après décrit, la cou- pure aux limites de la bande est extrêmement nette. En employant pareil élément sélecteur, il est possible d'obtenir une récep- tion sans distorsion de toute la bande des fréquences comprises dans une onde modulée, et d'éliminer effectivement les fréquences d'ondes interférentes.
En raison de la coupure-nette, cette réception uniforme de bande s'obtient sans aucune perte de sélectivité. En com- parant la caractéristique de fréquence de l'élément sélecteur avec celle d'une paire de circuits sélectifs syntonisés par résonnance, on constate que l'élargissement de la bande sur l'échelle utile des fréquences s'obtient sans aucun accroisse- ment de largeur de la base de la, courbe, qui détermine la sélec- tivité du système.
Un nombre quelconque d'éléments sélecteurs de bande peuvent être utilisés en cascade. Suivant une disposition particuliè rement efficace, peuvent, pa,r exemple, être employés comme éléments de liaison dans un amplificateur à. plusieurs étages, en assurant ainsi une puissance de signalisation plus importante et une plus grande sélectivité, sans altérer l'uniformité de la réception de la, bande et par là, sans la, distorsion plus impore tante par arrangement des bandes latérales, qui se produit iné- vitablement lorsqu'on a recours à lasyntonisation géométrique.
L'établissement du sélecteur de bande est de simplicité telle, et les moyens destinés à compenser des réactances indéter- minées.sont d'une efficacité telle, qu'il est aisément possible d'obtenir une similitude ou symétrie complète dans les divers éléments des circuits composants, de sorte que des moyens de contrôle communs peuvent efficacement être employés pour le réglage de la fréquence.
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Ces particularités ont été représentées, et l'appareilla- ge est complètement expliqué dans les dessins annexés et dans la description qui va suivre. Dans les dessins: Fig.l représente schématiquement l'un des éléments du sé- lecteur de bande, sous une forme généralisée;
Fig.2 est un diagramme vectoriel montrant la relation entre courants dans les différentes parties du système de la figure 1;
Fig.3 est une courbe type représentant la caractéristique de fréquence.de l'un des éléments sélecteur de bande.
Elle in- dique également, aux fins de comparaison, la caractéristique de fréquence d'un circuit syntonisé ordinaire;
Fig. 4 représente un système radio-récepteur comprenant un des éléments sélecteurs de bande en association avec une antenne ou un circuit collecteur, ou cadre, d'une part, et d'autre part un système apériodique amplificateur et détecteur.
Fig. 4a est une vue de détail d'un moyen permettant de réa- liser le réglage d'une liaison réglable qui sera décrite par après ;
Fig. 5 montre un élément sélecteur de bande employé à titre de sélecteur préliminaire avec un amplificateur de bande.
Fig. 6 montre un système radio réoppteur comprenant un : certain nombre d'éléments sélecteurs de bande, l'un d'eux étant associé à un collecteur tel que celui de la figure 4, et les autres étant employés comme éléments de liaison dans un radio- amplificateur de fréquence à plusieurs étages.
La figure 1 montre un des éléments sélecteur de bande sous une forme généralisée. Il comporte deux couples actifs, X1,X2 dont chacun comprend des réactances de capacité et d'inductance C1,L1 et C2,L2' qui sont de préférence équilibrées à la même principale fréquence/et partiellement équilibrées pour toutes les fréquences comprises dans la bande, combinées avec une troisième réactance X3 qui se partage entre les deux couples actifs et complète l'équilibrage des réactances. La troisième réactance est faible comparativement aux réactances des deux couples actifs. Elle
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sert à équilibrer les parties non équilibrées des deux éléments actifs et à déterminer l'étendue de la bande des fréquences que l'élément sélecteur de bande est destiné ^. faire passer.
Pour des fréquences en dehors de cette bande, soit plus élevées ou moins élevées que les fréquences comprises dans la bande, les parties non équilibrées des réactances des deux couples actifs deviennent plus importantes ou moindres que la réactance offi- cace de X, qui devient ainsi. incapable de les équilibrer, de sorte que l'ensemble du système comporte une réactance d'en¯ semble qui empêche sa transmission de courants des fréquences en dehors de la bande. La réactance x3 peut être poit une in- ductance, soit une capacitance, ou bien une inductance mutuelle, la figure 1 montrant la réactance sous une forme symbolique généra.lisée.
En faisant usgge de l'élément sélecteur de ba.nde comme sélecteur de fréquence, la force électro-motrice appliquée peut l'être d'une manière quelconque appropriée, indiquée schémati- quement par l'élément électro-moteur E, dans le diagramme, et le débit de l'élément peut être absorbé de toute manière vou- lue, comme, par exemple, à l'aide de la bobine d'absorption S associée à l'inductance L2 comme il est représenté. D'autres moyens d'application et d'absorption de l'énergie du signal sont représentés aux figures 4,5 et6.
Le fonctionnement de l'élément sélecteur de bande et les relations des courants dans les trois branchée du système peuvent plus aisément se comprendre on se référant au diagramme vectoriel de la figure 2, dans lequel les courants établis par la force électro motrice appliquée E dans les trois branches
X1', X2 et X3 sont respectivement représentés par les vecteurs i1.I2 et 13.
Ces trois courants sont considérés comme positifs lorsque l'écoulement se fait en direction du point commun a vers le point commun b. Le courant total entrant ou sortant aux points a et b devant être nul, le courant I3 dans la réactance commune
X3 doit être égal et opposé à. la somme des vecteurs des courants
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Il et I2 dans les deux autres branches. La figure 2 montre cette relation, l'angle fêtant l'angle de phase entre les courants
Il et I2.
Cet angle de phase varie de zéro à 180 à la manière ex- la pliquée ci-après,suivant la fréquence de/force électro-motrice appliquée E. pour tout sélecteur de bande donné, existe une fréquence critique FI pour laquelle les réactances inductives et de capa- cité L1'C1 et Lo, C2 des branches X1 et X2 sont par elles¯mêmes équilibrées. La réactance d'ensemble ou résultante du circuit C1' L1' L2 et C2 est alors égale à zéro. le courant est en phase avec la force electro motrice, et sa valeur dépendra de la résistance efficace du système. Les courants Il et I2 seront alors pratiquement opposés en phase, considérés des points de jonction¯¯et . L'angle sers approximativement de 1800 et le courant $3 sera sensiblement égal à zéro, la résistance du système étant considérée comme faible.
Il existe une autre fréquence critique F2 pour laquelle la réactance non équilibrée des branches X1, X2 en parallèle est égale et opposée à la réactance de la branche X3. Les réac¯ tances du système, considéré dans son ensemble, sont par suite équilibrées si les courants Il et I2 sont en phase, l'angle de . phase fêtant égal à zéro, auquel cas le courant I3 sera appro.. ximativement égal à la somme arithmétique de Il et de 12, l'ao- tion de la résistance étant considérée comme faible. pour toute fréquence comprise entre ces limites F1 et F2, la réactance non équilibrée des branches X1 et X2 est comprise entre zéro et la réactance X3; l'angle de phase est compris entre les limites de 180 et zéro, et le courant13 se règle de lui¯même entre les limites zéro et 2 Il.
Si la résistance du système est faible et que la valeur de X est suffisamment ré¯ duite par rapport aux autres réactances, le courant 12 sera pratiquement constant pour toutes les fréquences comprises entre ces limites.
A des fréquences supérieures ou inférieures à ces limites,
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la réactance combinée des branches X1 et X2 sera plus grande que X3 ou de signe contraire X3 suivant les cas, de sorte que X3 ne peut équilibrer les réactances non équilibrées de X1 et X2;la réactance résultante de l'ensemble du système est importante, et cette réactance non équilibrée ramène le courant i2à une valeur réduite. Le sélecteur de bande trans- met ainsi d'une façon sensiblement égale toutes les fréquences comprises dans la bande entre les fréquences limites F1 et Fg, et élimine effectivement toutes les fréquences en dehors de la bande.
Si la résistance et les nttres pertes du système sont faibles,ainsi qu'elles le sont. de préférence, la scission ou coupure aux fréquences limites est très nette et la carac¯ téristique de fréquence de l'élément sélecteur de bande pré- sente la forme réprésentée . la figure 3.
La largeur de la bande dépend de la relation de la réac- tance X3 par rapport aux autres réactances du système. par suite, si X3 est une inductance, comme il est indiqué aux figures 4,5 et 6, la largeur de bande dépend de la relation de cette inductance et des inductances L1 et L2 Si la réac¯ tance X est une capa.ci tance, la. largeur de bande est détrmi- née par la relation de la. réactance de capacité de X3 1;. la réactance de capacité de 01 ou 02. Lorsque la réactance commune est une inductance mutuelle, la, relation est analogue à celle existant dans le-cas d'une simple inductance.
En général la largeur de la bande, expriméeen fraction de la fréquence principale, est égale très approximativement au rapport de la réactance X3 aux réactances équilibrées des branches Xl et X2. Ainsi, lorsque X3 est une inductance possé¯ dant la valeur L3' la largeur de bande est égale à L3.
L1 Lorsque X3 est une capacité dont la valeur est C3, la largeur de bande est C3. pour citer un exemple, dans le cas de la
C1 radio-réception, à une fréquence de principale de 1000 kilocycles avec une largeur de bande de 20 kilocycles les fréquences limites sont de 1010 et 990 kilocycles et le rapport de L3 à LI (ou de
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c3 à C1 suivant les cas) devient 2 à 100, c' est à, dire que L3 est égal aux 2% de L1 Il doit être entendu que cet exemple est plus spécialement donné en manière d'illustration, et que les chiffres indiqués peuvent être modifiés dans de larges limites pour satisfaire aux conditions particulières du cas envisagé.
La largeur de bande peut être déterminée dans des limites raisonnables, par le choix de la relation de la réactance com- mune X3 aux autres réactances. Si x3 est choisie trop grande, la bande perd un partie de son uniformité, et présente une dépression vers le milieu. En pratique toutefois, la bande est pratiquement uniforme lorsqu'elle est établie pour l'échelle de fréquencesreprésentée par une onde de radio-signalisation modulée, par exemple si le système est établi pour transmettre une bande de 20 kilocycles de largeur, qui comprend pratique- ment toutes les fréquences de bandes latérales d'une onde modulée. En faisant X3 variable, la largeur de bande peut , dans des limites données, être réglée à volonté.
Il est intéressant de noter la relation de la caractéris- tique de l'élément sélecteur de bande, par rapport la carac- téristique d'un circuit sélectif syntonisé. Ainsi, si la réac¯ tance commune X3 est omise, les deux branches X1 et X2 consi.. dérées dans leur ensemble constituent un circuit résonnant syntonisé pour une certaine fréquence FI, cette fréquence étant une des fréquences limites de la bande de l'élément sélecteur.
La courbe de la caractéristique de résonnance de sembla- ble circuit syntonisé est représentée en traits pointillés à la figure avec sa forme pointue caractéristique.
Lorsque la réactance commune X3 est ajoutée au système, la courbe prend la forme en bande représentée en trait plein, la fréquence limite Flccorrespondant à la fréquence naturelle
F2 du circuit syntonisé, et la fréquence limite/étant située en dessous ou au dessus de cette fréquence, suivant que la,réac.: tance X3 est inductive ou de capacité.
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Lorsque la réactance X3 possède une valeur faible appro¯ , priée relativement aux autres réactances, les largeurs des deux courbes, à leurs bases, sont pratiquement les mêmes, ce qui indique la formation d'une bande de réception uniforme sans perte de sélectivité, mais plutôt avec un sensible gain.
Il est à noter que la rampe de l'extrémité ou coupure dans 'la caractéristique de bande est plus raide que la pente de la courbe de résonnance, du fait que,pour toute fréquence en dehors de la bande, X3 devient une dérivation ou by-pass de faible réactance sur la réactance non équilibrée, alors impor- tante , de X1 et X2, et de la sorte empêche effectivement un transfert d'énergie de l'une à l'autre. Cette coupure nette constitue une caractéristique marquée de la sélectivité du sélecteur de bande.
Les courbes représentées ¯ la figure 3 ont été reproduites des diagrammes obtenus à l'aide d'un oscillographe sur un ap-a,- reil en fonctionnement à une fréquence de 600 kilocycles.
La. bande de réception peut être aisément réglée dans l'échelle des fréquences en faisant varier les capacités C1,C2. ou bien les inductances L1.L2 ou les deux. Ordinairement, X3 peut rester constant. par exemple, les capacités Ci, C2 peuvent consister en des condensateurs variables du type usuel, de préférence égaux et réglés par un contrôle commun. La bande de fréquences du système peut ainsi être réglée en un endroit quelconque de l'échelle des fréquences dans les limites déter- minées par le reapport des capacités maximum et minimum des con- densateurs. En ce cas, si la réactance x3 est une inductance de valeur constante, la largeur de bande, considérée comme une fraction de la fréquence principale, est constante, étant dé- terminée par le rapport des inductances constantes.
De façon analogue, si la fréquence est réglée en faisant varier 'les inductances, comme elle peut l'être aisément, par exemple, en introduisant des anneaux ou tubes de court circuit semblables dans les enroulements ou bobines d'inductance, la fréquence de la bande peut être réglée en un point quelconque
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dans les limites déterminées par la plus grande et la plus faible valeurs de ces indurctances. En pareil cas, si la ré- actance x3 est une capacité, la largeur de bande, exprimée en fraction, sera constante, quelque soit la position de la bande dans l'échelle des fréquences.
Dans la figure 4 on a représenté un des éléments sélec- teursde bande employés dans un sélecteur de fréquence d'un système radio-récepteur. Les couples actifs X1 et Xp ot la réactance commune X3 sont représentés par les mêmes symboles que dans le diagramme schématique généralisé de la figure 1.
L'élément sélecteur de bande est associé à une antenne ou col- recteur.! par une bobine primaire P accouplée à l'inductance Li du couple actif Xi. L'élément sélecteur de bande peut être associé de toute manière appropriée avec un système apériodi- que amplificateur et détecteur, tel que le détecteur D et'un amplificateur de fréquence audion Ai.
De préférence, cette association est réalisée par liaison réglable qui permettra le contrôle de la puissance des impul- sions de signalisation appliquées au système. Dans ce but, un arrangement convenable est constitué par une bobine d'absorp tion apériodique S en relation inductive variable avec l'induc- tance L2 du sélecteur de bande. Le but de cette bobine étant de dériver d.u courant dans Lp une force électro motrice qui est appliquée au système amplificateur et détecteur, la syntonisa¯ tion ou le réglage de la fréquence sont inutiles. Il est suffis sant que les circuits magnétiques des deux bobines soient mutuel. lement reliés. En modifiant la valeur ou le dégré de la liaison, on peut modifier la force electro¯motrioe aplliquée au détecteur depuis zéro jusqu'à, un maximum.
Le maximum se produit lorsque les bobines sont intimement reliées, et le minimum s'obtient lorsque leurs champs ne sont aucunement reliés. Un moyen appropri pour réaliser ce réglage a été représenté à la figure 4a des dessins, et comprend un système de bielles actionné par une poignée tournante H, dont la rotation écarte tout d'abord la bobine d'absorption S de la bobine L2 et, lorsqu'elle est com-
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plètement séparée, la fait tourner dans une position perpen- diculaire à celle de .la bobine L2 Le fonctionnement .de ce système de bielles se comprend aisément à l'inspection du dessin.
L'enroulement ou bobine de l'antenne .P. est de préférence intimement relié à l'inductance L1; D'ordinaire, il est préfé rable d'employer un rapport do tours de degré plus élevé, c'est dire que le nombre de spires de la bobine d'antenne P ont moindre que le nombre de spires de l'inductance LI. Dans le cas d'un semblable rapport, la capacité efficace introduite dans l'élément actif X1 par l'antenne est moindre que la capacité de l'antenne, en proportion du rapport du nombre de spires. pour cette raison, et pour certaines autres raisons qui se conçoivent aisément, cette liaison inductive est généralement préférable pour relier directement l'antenne et la terre transversalement à la capacité c1.
La capacitance efficace introduite par l'antenne, ou en général la réactance efficace introduite par le collecteur, dans l'élément actif X1,est un facteur indéterminé qui, s'il n'est compensé, déséquilibre la symétrie du système, et, s'il est suffisamment important, provoque la distorsion de la carac- téristique de bande. Une caractéristique ;le l'invention qui permet d'éviter semblable déséquilibre et semblable distorsion, consiste dans l'introduction,d'une réactance de compensation dans l'un des couples actifs, correspondantla réactance in- déterminée introduite dans l'autre couple actif.
Par exemple, lorsque l'élément qui introduit la réactance indéterminée est constitué par un collecteur, et que la réactance introduite par le collecteur est une réactance de capacité, comme il est indiqué dans la figure 4, on peut rétablir la symétrie en introduisant une capacité de compensation Cc, qui est représen- tée montée en parallèle avec la capacité c2. Cette capacité peut être réglable pour compenser une valeur quelconque de la capacité du collecteur, mais il est préférable de la constituer sous la forme d'une capacité fixe, plus importante que la plus
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grande valeur de' la capacité efficace qui sera introduite dans l'élément Xi par le collecteur.
Une capacité réglable Ox est alors employée avec la capacité C1' afin de compenser la dif,,, férence entre la capacité de compensation Oc et la capacité efficace introduite dans le système par le collecteur.
. Dans la disposition représentée à, la figure 4, la position de la bande de réception, dans l'échelle des fréquences, est déterminée en réglant simultanément les capacités ou conden¯ sateurs C1' C2, par un mouvement de réglage commun, ce qui permet de modifier à volonté la fréquence de la bande de récep¯ tion sans altérer sa nature de bande uniforme.
Lorsque l'on a prévu le glissement ou déplacement de la bande de réception dans l'échelle des fréquences, il est impor- tant que l'amplificateur associé au sélecteur de bande soit susceptible d'amplifier avec suffisamment d'uniformité toutes les fréquences comprises dans la bande du sélecteur, quelque puisse être la position de cette bande dans l'échelle des fré- quences. L'un des moyens permettant d'y arriver consiste à em- ployer un système amplificateur et détecteur qui .est apériodi-' que, tel que celui montré à la figure 4, et dont l'échelle d'am- plification utile et uniforme comprend toutes les fréquences pour lesquelles le sélecteur de bande peut être réglé.
Un autre moyen de parvenir au résultat consiste à faire usage.d'un amplificateur dont l'amplification est pratiquement constante pour une bande limitée de fréquences, et de réaliser cette bande d'amplification constante telle qu'elle comprenne la bande de fréquences que fait passer le sélecteur de bande.
Semblable arrangement est représenté à la figure 5. Le type spécial d'amplificateur de bande qui y a été représenté est un amplificateur comprenant un certain nombre d'étages dont les caractéristiques de fréquence, sont différentes et distantes dans l'échelles des fréquences, avec une superposition telle par rapport à la forme des caractéristiques individuelles, que la caractéristique d'ensemble de 1 'amplificateur est une bande d'amplification pratiquement uniforme.
La bande d'amplification
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effective de l'amplificateur est formée telle qu'elle compren- ne la bande de fréquences passant au sélecteur de bande, et, .de préférence, les bandes de l'amplificateur et du sélecteur sont formées de même étendue et'coïncidentes. En ce cas, la sélectivité due au sélecteur de bande n'accroît dE) la séles- tivité de l'amplificateur.
En choisissant convenablement les constantes électriques de l'amplificateur par rapport aux constantes électriques du sélecteur, comme, par exemple, en rendant égales les capacités variables de tous les éléments, et en vendant égales les indiiloianoes efficaces correspondan- tes de tous les élénents, le sélecteur de bande et l'ampli- ficateur peuvent être réglés simultanément par un contrôle commun des capacités variables, et les bandes du sélecteur et de l'amplificateur seront déplacées en coincidence.
En pareil cas, il est désirable d'assurer l'écart voulu des étages successifs de l'amplificateur par emploi de réactances d'espacement distinctes ajoutées aux réactances égales ou similaires dans les étages d'amplification, comme notamment les petites capacités fixes représentées en parallèle avec les capacités variables de deux des éléments de liaison de l'amplificateur.
La figure 6 montre une variante comprenant un certain nombre d'éléments sélecteurs de bande, l'un d'aux étant employé pour accoupler le collecteur, représenté sous la forme d'un cadre, avec l'amplificateur, les autres étant employés comme éléments de liaison des étages d'un ampli- ficateur de radio-fréquence:
Les deux éléments sélecteurs de bande sont de préférence établis semblables pour la facilité de la construction méca- nique. L'inductance L du cadre est rendue égale à celle de l'inducteur L2, et l'on ajoute un petit inducteur de compensa- tion Le de façon à rendre tous les éléments symétriques et à pouvoir les régler tous par un seul organe de contrôle.
Il est à remarquer que la symétrie complète n'est pas essentielle, dès lors qu'il existe une similitude telle que
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les divers éléments sélecteurs de bande possèdent des carac- béristiques de fréquence similaires.
Il est bien entendu que d'autres modifications et d'autres applications du système peuvent être envisagées sans se départir des principes de l'invention.
REVENDICATIONS.
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1. Un système récepteur pour ondes modulées comportant un sélecteur de bande, et dans lequél le sélecteur comprend deux couples, de réactance (Xl, X2) dont chacun possède des réactances qui sont partiellement équilibrées de par elles-mêmes aux fréquen'- ces comprises dans l'onde rodulée, et une réactance additionnelle
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(X3), commune aux deux couples, et dont la relation est telle vis à vis des réactances partiellement équilibrées que les réactances du système, considdré dans son ensemble, sont équi- librées à un certain nombre de fréquences et que le système est résonnant ou sensible d'une façon pratiquement égale pour toutes les fréquences comprises dans une bande déterminée.
2. Un système récepteur tel qu'il est décrit dans la reven- dication 1, caractérisé par le fait que les deux couples actifs (x1' sont tous deux syntonisés de par eux-mêmes à une fré- quence donnée et, combinés à la réactance commune, deviennent résonnants ou sensibles d'une façon pratiquement égale à toutes les fréquences comprises dans une bande déterminée.
3. Un système récepteur tel qu'il est décrit à la reven- dication 1, caractérisé par le fait que la réactance commune (X3 ) est montée en dérivation sur les.bornes communes des deux couples actifs.
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II Frequency band receiver system. He - - ..- J ... and -.!. J .. "¯" t- - '-.L ...: J' - - ...: 1 - - ¯1 - - - - - - - -
The invention relates to a system for receiving alternating currents comprising a series or "band" of frequencies, in particular a band of frequencies such as those included in a modulated signaling wave.
The general object of the invention is to receive the frequencies component of the similar band with such uniformity as to avoid appreciable distortion of the modulated wave and to eliminate frequencies not included in the band which the sys - teme is suitable for receiving.
Another aim of the invention is to provide means for moving the position of the band in the frequency scale at will, by means of a simple adjustment, so as to be able to easily make the system suitable for receiving waves modulated at. any main frequency desired, including sidebands of similar modulated waves.
It is a particular object of the invention to understand the characteristic of the band in a single element of a receiver or amplifier system, such element providing substantially uniform reception.
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for all the frequencies included in the band for which it has been established, with elect: ination or net selection of frequencies outside the chosen band, thereby obtaining in a single element of the system a high degree of selectivity without modulated signaling wave distortion.
In one embodiment of the invention, the band selector element is combined with an antenna or any other collector, and a compensating reactance is provided to compensate for the indeterminate reactance introduced by the collector and to preserve it. necessary symmetry of the system. Further features of the invention relate to combining a number of such elements, each of which has a band characteristic, in a receiver and amplifier system, providing high degree amplification for a band of. frequencies, with a high selectivity or a marked capacity to eliminate frequencies outside the chosen band.
Other features of the invention will be defined in the course of the description.
When the. selectivity, or the ability to isolate a signal wave of a given main frequency from unwanted waves of different frequencies, is achieved by the, current method using resonant circuit (s), the characteristic of Receiver frequency is essentially pointed in shape, for the reason that there is only one frequency at which the capacitance and inductance reactions of the circuits are balanced. for any other frequency, the system has an unbalanced reactance which destroys the resonance for that frequency.
In receiving a modulated wave comprising a band of frequencies, such a system can efficiently receive one frequency from the band and "receive" the other frequencies in the band less efficiently, or not "receive" them at all. , with, as a result, a distortion of the signal.
When a cortain number of channels tuned to
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ohronism are used in cascade, the selectivity increases due to the increase in a geometric proportion of the amplification at the peak frequency, and the amplification in a much less ratio, of any other frequency, but this selectivity is necessarily obtained at the expense of the sound quality, because the side bands are relatively reduced according to the same law.
It has been proposed to improve the reception of the side bands by the introduction of a damping in the circuits tuned to synchronism, but this only partially softens the distortion, and this softening is only obtained at the expense. selectivity.
One of the ways of getting around this difficulty and ensuring almost uniform reception for all frequencies in the band of a modulated wave is to do @. use of successive amplification stages having different frequency characteristics, and in combination giving a band characteristic.
A means for achieving this result is realized in the amplifier described below, in which the connecting devices of the different stages are established with frequency characteristics which are separated from each other in the frequency scale and superimposed. , so that the overall feature of the system is a substantially uniform amplifier strip with a clean cut at the ends of the strip.
By means of the present invention it is possible to obtain a uniform characteristic of like band in a single selector element comprising a system of reactances which are mutually related to each other such that they balance each other out, not especially at one. single frequency as in the case of the tuned ordinary circuit, but at a certain number of frequencies included in a limited band. for any frequency outside this band, the reactances are not balanced.
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As a consequence of this property, the selector unit is resonant with substantial equality for all frequencies in its characteristic band, and is not resonant for frequencies outside the band. When the system is properly constructed, as will be hereinafter described, the cut at the band boundaries is extremely sharp. By employing such a selector element, it is possible to obtain a distortion-free reception of the entire frequency band included in a modulated wave, and to effectively eliminate the frequencies of interfering waves.
Due to the sharp cut, this uniform tape reception is achieved without any loss of selectivity. By comparing the frequency characteristic of the selector element with that of a pair of selective circuits tuned by resonance, it can be seen that the widening of the band on the useful scale of the frequencies is obtained without any increase. width of the base of the curve, which determines the selectivity of the system.
Any number of band selector elements can be used in cascade. According to a particularly effective arrangement, can, for example, be used as connecting elements in an amplifier. several stages, thus ensuring greater signaling power and greater selectivity, without altering the uniformity of reception of the band and thereby, without the greater distortion by arrangement of the side bands, which occurs inevitably when using geometric tuning.
The establishment of the band selector is so simple, and the means for compensating for indefinite reactances are so effective that it is easily possible to obtain complete similarity or symmetry in the various elements of the bands. component circuits, so that common control means can effectively be employed for frequency adjustment.
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These features have been shown, and the apparatus is fully explained in the accompanying drawings and in the description which follows. In the drawings: Fig. 1 schematically shows one of the elements of the tape picker, in generalized form;
Fig.2 is a vector diagram showing the relationship between currents in the different parts of the system of Fig.1;
Fig. 3 is a typical curve showing the frequency characteristic of one of the band selector elements.
It also indicates, for comparison purposes, the frequency characteristic of an ordinary tuned circuit;
Fig. 4 shows a radio-receiver system comprising one of the band selector elements in association with an antenna or a collector circuit, or frame, on the one hand, and on the other hand an aperiodic amplifier and detector system.
Fig. 4a is a detail view of a means making it possible to carry out the adjustment of an adjustable link which will be described later;
Fig. 5 shows a band selector element employed as a preliminary selector with a band amplifier.
Fig. 6 shows a radio receiver system comprising a number of band selector elements, one of them being associated with a collector such as that of FIG. 4, and the others being used as link elements in a radio- multistage frequency amplifier.
Figure 1 shows one of the band selector elements in generalized form. It has two active couples, X1, X2 each of which comprises capacitance and inductance reactances C1, L1 and C2, L2 'which are preferably balanced at the same main frequency / and partially balanced for all the frequencies included in the band , combined with a third reactance X3 which is shared between the two active couples and completes the balancing of the reactances. The third reactance is low compared to the reactances of the two active couples. She
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serves to balance the unbalanced portions of the two active elements and to determine the extent of the frequency band that the band selector element is intended for. pass on.
For frequencies outside this band, either higher or lower than the frequencies included in the band, the unbalanced portions of the reactances of the two active couples become larger or smaller than the offi- cial reactance of X, which thus becomes . unable to balance them, so that the whole system has an overall reactance which prevents its transmission of currents of frequencies outside the band. The reactance x3 can be an inductance, either a capacitance, or else a mutual inductance, FIG. 1 showing the reactance in a generalized symbolic form.
By using the ba.nde selector element as a frequency selector, the applied electro-motive force can be applied in any suitable manner, indicated schematically by electro-motor element E, in the diagram. , and the flow rate of the element can be absorbed in any desired manner, such as, for example, using the absorption coil S associated with the inductance L2 as shown. Other means of applying and absorbing the energy of the signal are shown in Figures 4, 5 and 6.
The operation of the band selector element and the relationships of the currents in the three branches of the system can more easily be understood by referring to the vector diagram of figure 2, in which the currents established by the applied electro-motive force E in the three branches
X1 ', X2 and X3 are respectively represented by the vectors i1.I2 and 13.
These three currents are considered positive when the flow is in the direction of the common point a towards the common point b. The total current entering or leaving at points a and b must be zero, the current I3 in the common reactance
X3 must be equal and opposite to. the sum of the vectors of the currents
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He and I2 in the other two branches. Figure 2 shows this relationship, the angle celebrating the phase angle between the currents
He and I2.
This phase angle varies from zero to 180 in the manner explained below, depending on the frequency of the applied electro-motive force E. For any given band selector, there is a critical frequency IF for which the inductive reactances and of capacity L1'C1 and Lo, C2 of branches X1 and X2 are by themselves balanced. The overall or resulting reactance of the circuit C1 ′ L1 ′ L2 and C2 is then equal to zero. the current is in phase with the electro motive force, and its value will depend on the effective resistance of the system. The currents II and I2 will then be practically opposite in phase, considered as junction points ¯¯et. The angle is approximately 1800 and the current $ 3 will be substantially zero, the resistance of the system being considered low.
There is another critical frequency F2 for which the unbalanced reactance of branches X1, X2 in parallel is equal and opposite to the reactance of branch X3. The reactances of the system, considered as a whole, are consequently balanced if the currents II and I2 are in phase, the angle of. phase being equal to zero, in which case the current I3 will be approximately equal to the arithmetic sum of II and 12, the aotion of resistance being considered small. for any frequency between these limits F1 and F2, the unbalanced reactance of the branches X1 and X2 is between zero and the reactance X3; the phase angle is between the limits of 180 and zero, and the current13 adjusts itself between the limits zero and 2 II.
If the resistance of the system is low and the value of X is sufficiently reduced compared to the other reactances, the current 12 will be practically constant for all the frequencies included between these limits.
At frequencies above or below these limits,
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the combined reactance of branches X1 and X2 will be greater than X3 or of opposite sign X3 depending on the case, so that X3 cannot balance the unbalanced reactances of X1 and X2; the resulting reactance of the whole system is important, and this unbalanced reactance reduces the current i2 to a reduced value. The band selector thus transmits in a substantially equal manner all the frequencies included in the band between the limit frequencies F1 and Fg, and effectively eliminates all the frequencies outside the band.
If the resistance and our losses in the system are low, then they are. preferably, the split or cut at the limit frequencies is very clear and the frequency characteristic of the band selector element has the form shown. figure 3.
The bandwidth depends on the relation of the reactance X3 to other reactances in the system. therefore, if X3 is an inductor, as shown in figures 4,5 and 6, the bandwidth depends on the relation of this inductance and the inductors L1 and L2 If the reactance X is a capacitance , the. bandwidth is determined by the relation of the. capacitance reactance of X3 1 ;. the capacitance reactance of 01 or 02. When the common reactance is a mutual inductance, the relation is analogous to that existing in the case of a simple inductance.
In general, the width of the band, expressed as a fraction of the main frequency, is very approximately equal to the ratio of the reactance X3 to the balanced reactances of the branches X1 and X2. Thus, when X3 is an inductor having the value L3 'the bandwidth is equal to L3.
L1 When X3 is a capacitor whose value is C3, the bandwidth is C3. to cite an example, in the case of
C1 radio reception, at a main frequency of 1000 kilocycles with a bandwidth of 20 kilocycles the limit frequencies are 1010 and 990 kilocycles and the ratio of L3 to LI (or
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c3 to C1 depending on the case) becomes 2 to 100, that is to say that L3 is equal to 2% of L1 It must be understood that this example is more especially given by way of illustration, and that the figures indicated may be modified within wide limits to meet the particular conditions of the case considered.
The bandwidth can be determined within reasonable limits, by the choice of the relation of the common reactance X3 to the other reactances. If x3 is chosen too large, the band loses some of its uniformity, and shows a depression towards the middle. In practice, however, the band is substantially uniform when set for the scale of frequencies represented by a modulated radio signaling wave, for example if the system is set up to transmit a band 20 kilocycles wide, which conveniently comprises- ment all the sideband frequencies of a modulated wave. By making X3 variable, the bandwidth can, within given limits, be adjusted as desired.
It is interesting to note the relation of the characteristic of the band selector element, to the characteristic of a tuned selective circuit. Thus, if the common reactance X3 is omitted, the two branches X1 and X2 considered as a whole constitute a resonant circuit tuned for a certain frequency IF, this frequency being one of the limit frequencies of the band of the element selector.
The curve of the resonance characteristic of a similar tuned circuit is shown in dotted lines in the figure with its characteristic pointed shape.
When the common reactance X3 is added to the system, the curve takes the form of a band shown in solid lines, the cutoff frequency Flcc corresponding to the natural frequency
F2 of the tuned circuit, and the limit frequency / being situated below or above this frequency, depending on whether the, reactance X3 is inductive or capacitance.
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When the reactance X3 has a low value apprō, required relative to other reactances, the widths of the two curves, at their bases, are almost the same, indicating the formation of a uniform receiving band without loss of selectivity, but rather with a significant gain.
Note that the end ramp or cutoff in the band characteristic is steeper than the slope of the resonance curve, because for any frequency outside the band, X3 becomes a tap or by -pass low reactance over the then large unbalanced reactance of X1 and X2, and thus effectively prevents energy transfer from one to the other. This sharp cut is a marked feature of the selectivity of the band selector.
The curves represented in FIG. 3 have been reproduced from the diagrams obtained using an oscillograph on an apparatus operating at a frequency of 600 kilocycles.
The reception band can be easily adjusted in the frequency scale by varying the capacitors C1, C2. or the inductors L1.L2 or both. Ordinarily, X3 can be kept constant. for example, the capacitors Ci, C2 can consist of variable capacitors of the usual type, preferably equal and regulated by a common control. The frequency band of the system can thus be adjusted anywhere on the frequency scale within the limits determined by the ratio of the maximum and minimum capacitances of the capacitors. In this case, if the reactance x3 is an inductance of constant value, the bandwidth, considered as a fraction of the main frequency, is constant, being determined by the ratio of the constant inductances.
Similarly, if the frequency is adjusted by varying the inductors, as it can easily be done, for example, by inserting similar short circuit rings or tubes in the windings or inductance coils, the frequency of the band can be adjusted at any point
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within the limits determined by the highest and lowest values of these indurctances. In such a case, if the reactance x3 is a capacitance, the bandwidth, expressed as a fraction, will be constant, whatever the position of the band in the frequency scale.
Figure 4 shows one of the band selector elements employed in a frequency selector of a radio receiver system. The active couples X1 and Xp ot the common reactance X3 are represented by the same symbols as in the generalized schematic diagram of FIG. 1.
The band selector element is associated with an antenna or manifold.! by a primary coil P coupled to the inductance Li of the active torque Xi. The band selector element may be associated in any suitable manner with an aperiodic amplifier and detector system, such as detector D and an audio frequency amplifier Ai.
Preferably, this association is achieved by an adjustable link which will allow control of the power of the signaling pulses applied to the system. For this purpose, a suitable arrangement is constituted by an aperiodic absorption coil S in variable inductive relation with the inductance L2 of the band selector. Since the purpose of this coil is to derive from the current in Lp an electro-motive force which is applied to the amplifier and detector system, tuning or adjusting the frequency is unnecessary. It is sufficient that the magnetic circuits of the two coils are mutual. lly connected. By modifying the value or the degree of the connection, it is possible to modify the electromotrioe force applied to the detector from zero to a maximum.
The maximum occurs when the coils are intimately connected, and the minimum is obtained when their fields are not at all connected. A suitable means for carrying out this adjustment has been shown in FIG. 4a of the drawings, and comprises a system of connecting rods actuated by a rotating handle H, the rotation of which first separates the absorption coil S from the coil L2 and, when it is
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completely separated, it rotates in a position perpendicular to that of the coil L2. The operation of this connecting rod system is easily understood on inspection of the drawing.
The winding or coil of the antenna .P. is preferably intimately connected to inductance L1; Usually, it is preferable to employ a higher degree turn ratio, that is, the number of turns of the antenna coil P is less than the number of turns of the inductor LI. In the case of a similar ratio, the effective capacity introduced into the active element X1 by the antenna is less than the capacity of the antenna, in proportion to the ratio of the number of turns. for this reason, and for certain other reasons which are easily conceivable, this inductive connection is generally preferable for directly connecting the antenna and the earth transversely to the capacitor c1.
The effective capacitance introduced by the antenna, or in general the effective reactance introduced by the collector, into the active element X1, is an undetermined factor which, if it is not compensated, unbalances the symmetry of the system, and, s 'it is large enough, causes distortion of the tape characteristic. A characteristic; the invention which makes it possible to avoid similar imbalance and similar distortion, consists in the introduction of a compensating reactance in one of the active couples, corresponding to the undetermined reactance introduced in the other active couple .
For example, when the element which introduces the indeterminate reactance is constituted by a collector, and the reactance introduced by the collector is a capacitance reactance, as it is indicated in figure 4, we can restore the symmetry by introducing a capacitor compensation Cc, which is shown connected in parallel with the capacitor c2. This capacitance can be adjustable to compensate for any value of the capacitance of the collector, but it is preferable to constitute it in the form of a fixed capacitance, greater than the most
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high value of the effective capacity which will be introduced into the element Xi by the collector.
An adjustable capacitor Ox is then used with the capacitor C1 'in order to compensate for the difference between the compensation capacitor Oc and the effective capacitance introduced into the system by the collector.
. In the arrangement shown in, figure 4, the position of the reception band, in the frequency scale, is determined by simultaneously adjusting the capacitors or capacitors C1 'C2, by a common adjustment movement, which allows to modify at will the frequency of the reception band without altering its nature of uniform band.
When the slippage or displacement of the reception band in the frequency scale has been foreseen, it is important that the amplifier associated with the band selector be capable of amplifying with sufficient uniformity all the frequencies included. in the selector band, whatever the position of this band in the frequency scale may be. One of the means to achieve this is to employ an amplifier and detector system which is aperiodic, such as that shown in FIG. 4, and whose useful and uniform amplification scale. includes all frequencies for which the band selector can be set.
Another way to achieve the result is to make use of an amplifier whose amplification is practically constant for a limited frequency band, and to make this amplification band constant such that it comprises the frequency band which is made switch the band selector.
A similar arrangement is shown in figure 5. The special type of band amplifier which has been shown there is an amplifier comprising a number of stages whose frequency characteristics are different and distant in the frequency scales, with such superposition with respect to the shape of the individual characteristics that the overall characteristic of the amplifier is a substantially uniform amplification band.
The amplification band
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effective frequency of the amplifier is formed such as to include the frequency band passing to the band selector, and preferably the amplifier and selector bands are equally extended and coincident. In this case, the selectivity due to the band selector does not increase the selectivity of the amplifier.
By appropriately choosing the electrical constants of the amplifier with respect to the electrical constants of the selector, such as, for example, by making equal the variable capacities of all the elements, and by selling equal the corresponding effective indicators of all the elements, the Band selector and amplifier can be set simultaneously by common control of the variable capacitors, and the selector and amplifier bands will be moved coincidentally.
In such a case, it is desirable to ensure the desired separation of successive amplifier stages by employing separate spacing reactors added to equal or similar reactors in the amplification stages, such as especially the small fixed capacitors shown in parallel with the varying capacities of two of the amplifier's connecting elements.
Figure 6 shows a variant comprising a number of band selector elements, one of which is employed to couple the collector, shown as a frame, with the amplifier, the others being employed as elements for connecting the stages of a radio-frequency amplifier:
The two band selector elements are preferably made similar for ease of mechanical construction. The inductance L of the frame is made equal to that of the inductor L2, and a small compensating inductor Le is added so as to make all the elements symmetrical and to be able to adjust them all by a single control member. .
Note that complete symmetry is not essential, since there is a similarity such that
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the various band selector elements have similar frequency characteristics.
It is understood that other modifications and other applications of the system can be envisaged without departing from the principles of the invention.
CLAIMS.
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1. A receiver system for modulated waves comprising a band selector, and in which the selector comprises two pairs of reactance (Xl, X2) each of which has reactances which are partially balanced by themselves at the frequencies included in the rodulated wave, and an additional reactance
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(X3), common to both couples, and whose relation is such with respect to the partially balanced reactances that the reactances of the system, considered as a whole, are balanced at a certain number of frequencies and that the system is resonant or sensitive in a practically equal way for all the frequencies included in a determined band.
2. A receiver system as described in claim 1, characterized in that the two active pairs (x1 'are both tuned by themselves to a given frequency and, combined with the common reactance, become resonant or sensitive in a manner practically equal to all the frequencies included in a determined band.
3. A receiving system as described in claim 1, characterized in that the common reactance (X3) is mounted in shunt on les.bornes common of the two active couples.