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NOTRE TPE

- Problématique
- Répartition du travail

PRESENTATION DU SUJET

- Les différents moyens d'émettre de l'information
- Pourquoi étudier les ondes radio ?
- Quelques généralités sur les ondes
- Historique

TRANSMISSION DE L'INFORMATION

- Transmission de l'information
- Etude d'un émetteur
- Influence du milieu de propagation

MODULATION ET DEMODULATION D'AMPLITUDE

- Préambule
- La modulation d'amplitude
- La modulation de fréquence

LES ANTENNES

- Bref historique des antennes
- Les différents types d'antennes
- Le fonctionnement d'une antenne
- Les limites d'utilisation

HAUT-PARLEUR ET MICROPHONE

- Microphone
- Haut-parleur

Attention : En raison d'applets java la page peut être plus ou moins longue à charger...



Avant de commencer à vous donner des explications sur la modulation, il est essentiel de rappeler la différence entre électronique et électricité.
L'électricité traite de puissance et l'électronique d'information. Cette transmission d'information va se faire par le biais de la modulation, c'est la modulation qui est l'information

1) Préambule

a) Comment transporter l'information ?

Nous avons de l'information à transmettre, avant toute chose, il convient de trouver le transporteur. Dans notre cas, nous utiliserons les ondes hertziennes. Il est important de noter qu'on peut transporter de l'information sur des fils (le téléphone), dans de la fibre optique (toujours le téléphone ou la TV) sur du câble coaxial (les télévisions sont relayée aux antennes par ce câble); il existe une multitude de supports. Pour plus d'informations à ce sujet, veuillez consulter la partie "Transmission de l'information".

b) Quel "véhicule" allons nous utiliser pour transporter l'information ?

Nous connaissons notre support d'information (les ondes électromagnétiques) et maintenant nous devons créer un véhicule qui va circuler sur ce support. Ce véhicule, que l'on va appeler "porteuse" est une oscillation entretenue de fréquence f, d'amplitude A et de phase P.

Cette oscillation créée à partir d'un oscillateur comme nous l'avons étudiée représente cette allure sur un oscilloscope. Si pour établir un cycle complet, tel que représenté en rouge ici, il faut 1 µs, nous en déduirons que la fréquence est de 1 MHz. ( f=1/t)




c) Et comment coller l'information ?

Nous avons le véhicule, il ne reste plus qu'à y mettre des passagers.
Dans notre cas, pour qu'apparaisse l'information, nous allons devoir moduler notre porteuse. Moduler signifie que nous allons agir sur la ou les caractéristiques fondamentales de notre porteuse (fréquence, amplitude, phase) de manière à ce que ces variations soient le reflet exact de ce que nous voulons transmettre.
En conclusion, la modulation peut agir sur : - Sur la fréquence f
- Sur l'amplitude A
- Sur la phase P

d) Un exemple simple :

Prenons le plus simple des exemples qui puisse exister.Il importe de préciser qu'il ne s'agit pas véritablement de modulation.
Nous avons généré une onde de fréquence f. Supposons que dans l'alimentation de l'oscillateur on place un interrupteur

On pourrait ainsi couper à notre guise cette onde entretenue, nous pourrions ainsi la laisser en émission 3 secondes, la couper 1 seconde etc.
Il suffit maintenant de connaitre le code morse pour comprendre le message. Bref, nous avons réussi à faire circuler de l'information.


e) Faire circuler de la voix humaine.

Dans l'exemple précédent, nous fonctionnions en "tout ou rien" c'est à dire que la porteuse était présente ou absente. Il est bien évident que ce procédé ne permet pas la transmission de la voix humaine, pour preuve, nous avons dû utiliser un codage particulier, le code Morse pour envoyer un message cohérent et intelligible. Ceci nous amène tout naturellement à repenser le problème. L'idéal serait qu'une des caractéristiques de la porteuse soit modifiée au rythme de la voix, c'est à dire que cette caractéristique puisse évoluer en tenant compte et de la fréquence de la voix humaine (son spectre) et de son amplitude (sa dynamique). Ceci se réalise par différents procédés qui vont donner des types de modulation également différents.

2) La modulation d'amplitude ou AM (amplitude modulation)

Vous retrouvez ce type de modulation en écoutant les grandes ondes ou le son de votre télévision (en SECAM, le PAL est en FM). Le principe est simple. Nous allons faire varier l'enveloppe de la porteuse au rythme de la modulation. Ceci sera réalisé par un montage fort simple que nous allons voir ci-dessous Afin de bien mesurer ce qui se passe, nous vous proposons de voir sur une applet JAVA ce que cela donne du point de vue temporel et fréquentiel (oscillo et analyseur de spectre). Nous en tirerons les conclusions un peu plus bas.

a) Le montage :



Voici l'étage final d'un émetteur AM. Un transistor est attaqué par deux signaux différents, d'une part par la HF (haute fréquence) issue de l'oscillateur et d'autre part par les signaux BF (basse fréquence) issus de l'amplificateur de microphone. Vous remarquerez que les couplages sont réalisés par des transformateurs et que la BF est couplée au circuit collecteur en série avec l'alimentation continue Vcc. Quand vous ne parlez pas devant le microphone, le transistor amplifie normalement la HF, il n'y a qu'un seul signal présent, en revanche des que vous vous mettez à susurrer devant le microphone, votre voix est transformée en signal électrique, ce signal est amplifié et envoyé sur le collecteur du transistor. Ce signal est un signal alternatif qui va donc se soustraire ou s'ajouter à la tension de collecteur forçant ainsi la HF à varier au rythme de la modulation.

Et vous obtenez ce que vous voyez ci-dessous. Quelques explications complémentaires :


Wc est la fréquence de la porteuse (domaine haute fréquence)
Wm représente la fréquence modulante (domaine basse fréquence)
m représente le taux de modulation.

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Si vous ne voyez pas l'écran d'oscilloscope, le Java a certainement été désactivé sur votre ordinateur...

Les différents curseurs permettent d'observer les évolutions fréquentielles et spectrales.
mettez le curseur m à o, vous obtenez votre porteuse pure, sans modulation. Ceci se caractérise par une seule raie spectrale.
mettez m à fond (0,99) vous êtes à 99% de taux de modulation et faites varier la fréquence modulante en agissant sur Wm. Observez ce que cela donne sur l'enveloppe et sur l'analyseur de spectre.
Vous constatez l'apparition de 2 raies spectrales supplémentaires. Ceci est extrêmement important. Prenons un exemple : la fréquence HF est de 14,100 MHz soit 14100 kHz. Vous injectez à l'entrée micro une note à 1000 Hz soit 1 KHz. Ceci va faire apparaître en plus de votre porteuse, deux bandes latérales aux fréquences de 14099 kHz et 14101 kHz.

En conclusion : La modulation d'amplitude consiste à faire varier l'amplitude de la porteuse HF au rythme de la modulation BF. Ceci se traduit par deux bandes latérales, l'inférieure (BLI) et la supérieure (BLS) (par rapport à la porteuse). Ceci est dû au phénomène d'addition-soustraction des deux fréquences HF et BF L'énergie se répartit également entre la BLS et la BLI. L'information contenue est présente symétriquement dans la BLI et BLS (ce qui est un gâchis d'énergie et de spectre).

b) Comment démoduler l'AM ?
C'est certainement le type de modulation le plus facile à démoduler car comme nous avons une enveloppe variable, il suffira de se débarrasser du contenu de l'enveloppe (la HF) et de récupérer justement cette enveloppe, c'est à dire les variations BF.



Nous envoyons à travers ce dispositif très simple le signal composé de la HF + la BF. La diode va être conductrice pour les alternances positives et charger le condensateur. Quand la tension va diminuer, le condensateur va se décharger dans la résistance. Nous obtiendrons en sortie la courbe indiquée en rouge, c'est à dire l'image de l'enveloppe c'est à dire l'image la fréquence modulante BF.
Ce type de détecteur à diode se retrouve quasi universellement malgré ses défauts car si en lieu et place de sinusoïdes, vous avez des signaux carrés, vous aurez d'extrêmes difficultés à fixer les valeurs de R et C car soit la constante de temps sera trop grande soit elle sera trop courte pour la fréquence des signaux à détecter et l'enveloppe sera mal restituée. Mais nous n'entrerons pas plus dans les détails, car cela sort du cadre de notre étude.





Nous avons décidés, dans le cadre de la modulation-démodulation d’amplitude, de réaliser un montage permettant d’observer les ondes radios. Pour ceci nous avons utilisé :
- 2 Générateurs basse fréquence (pour simuler l’amplitude de l’onde)
-un oscilloscope (pour observer le résultat de la simulation)
-une carte électronique réalisant la modulation à l’aide de l’AD633,
et une alimentation de 12 V pour alimenter la carte en électricité, puis nous avons effectué le montage suivant le schéma de câblage de l’AD633. Nous avons finalement obtenu une courbe qui simule la modulation d’amplitude des ondes radio, où l’on retrouve l’onde porteuse (fournie par un des Générateurs basses fréquence) et le signal modulant (fourni par l’autre générateur basses fréquences).








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