Radiotechnique Modulation de fréquence Chapitre 3. Modulateur. Le paramètre de la porteuse qui varie est la fréquence (f), dans l équation

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1 1. Introduction. Schéma bloc d un modulateur. Signal modulant Porteuse Modulateur Signal modulé La porteuse est de forme sinusoïdale. Le signal modulant peut être analogique de forme quelconque ou numérique. Le paramètre de la porteuse qui varie est la fréquence (f), dans l équation u = U ˆ sin (ω t+ϕ)= U ˆ sin (2 π f t + ϕ) 2. Représentation temporelle. f max = f HF + f f min = f HF - f f HF f HF f HF f HF Remarque : - On appelle excursion de fréquence (f) la variation de fréquence entre la fréquence maximale instantanée de la porteuse et la fréquence de la porteuse au repos (+f = f max - f HF ) ou entre la fréquence de la porteuse au repos et la fréquence minimale instantanée de celle-ci ( f = f HF -f min ). - +=f étant égal à -f, on note l excursion de fréquence ±=f. Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - 1 -

2 Définition : On appelle excursion de fréquence f, la variation instantanée de la fréquence de la porteuse par rapport à la fréquence de celle-ci non modulée. Cette variation est symétrique par rapport à la fréquence de la porteuse non modulée et se note ± f. L excursion de fréquence dépend de l amplitude du signal modulant. f max = f HF + f f min = f HF + f f HF f HF f HF f HF f max = f HF - f f min = f HF - f HF BF La fréquence du signal modulant détermine le nombre d excursions de fréquences par secondes. HF BF Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - 2 -

3 4. Indice de modulation. Définition : On appelle indice de modulation (n) le rapport entre l excursion de fréquence (f) et la fréquence du signal modulant (f BF ). n = ±f f BF Dans certaines littérature, l indice de modulation est noté à l aide de la lettre m, à ne pas confondre avec le taux de modulation de la modulation d amplitude.. Spectre de fréquence. ) fbf fbf BLI BLS fhf - f fhf fhf + -f +f z) Remarques : - Le calcul du spectre d une forme d onde modulée en fréquence est complexe. Le dessin cidessus à été dessiné de manière arbitraire. - La raie spectrale à f HF n a pas forcément la plus grande amplitude; dans certains cas, elle peut même disparaître. - Les diverses raies spectrales sont distantes de f BF l une de l autre. - L indice de modulation définit le nombre de raies spectrales comprises entre ±f et la fréquence de la porteuse. - Pour que la qualité de la transmission soit bonne, il est nécessaire de laisser passer au moins encore deux raies spectrales après ±f (règle de Carson). Ce qui permet de définir la bande passante minimale normalisée occupée par le signal modulé soit : B n = 2 (±f + 2 f BF ) Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - 3 -

4 6. Influence de la tension et de la fréquence du signal modulant. U HF = 2 V f HF = 2 khz U BF = V f BF = 2 khz 1 U( - -1 Porteuse U HF = 2 V f HF = 2 khz U BF = 1 V f BF = 2 khz 1 U( - -1 U HF = 2 V f HF = 2 khz U BF = 2 V f BF = 2 khz 1 U( - -1 Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - 4 -

5 U HF = 2 V f HF = 2 khz U BF = V f BF = 1 khz 1 U( - -1 Porteuse U HF = 2 V f HF = 2 khz U BF = 1 V f BF = 1 khz f (Hz) U HF = 2 V f HF = 2 khz U BF = 2 V f BF = 1 khz f (Hz) Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - -

6 7. Préaccentuation et désaccentuation. Le spectre des signaux non sinusoïdaux est composé d une fréquence de base, nommée fondamentale et de multiples entiers de cette fréquence nommés harmoniques. L amplitude des harmoniques peut être quelconque, mais en général, plus le rang en est élevé, plus l amplitude diminue; il s ensuit que le rapport signal/souffle est médiocre pour ces harmoniques, ce qui entraîne une dégradation du signal transmis. Pour palier à ce problème, une préaccentuation (suramplification des fréquences élevées du signal) s opère sur le signal modulant, avant de moduler la porteuse, puis l opération inverse se fera dans le récepteur, après démodulation du signal. Ces préaccentuations ont pour nom µs, 7 µs, J 17, Penda, etc. Il est à noter que les systèmes Dolby B et C sont une préaccentuation des signaux avant enregistrement sur une bande magnétique. Avant modulation. Signal modulant. Le signal modulant est composé d un fondamental (F), qui représente la fréquence du signal modulant et d harmoniques (H n ) qui sont des multiples entiers de la fréquence du fondamental. De manière générale on peut dire que plus le rang de l harmonique est élevé, plus son amplitude par rapport au fondamental diminue. F H3 H H7 H9 N(d Préaccentuation. Le signal modulant est amplifié par un amplificateur dont la fonction de transfert (gain en fonction de la fréquence) est telle que les fréquences basses du signal ne sont pas amplifiées telles quelles, alors que les fréquences élevées sont sur amplifiées. Signal modulant préaccentué. Ce qui se traduit sur la composition du spectre du signal par une augmentation de l amplitude des composantes de fréquence élevées. Cette amplification est visualisée par le trait fin. F H3 H H7 H9 Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - 6 -

7 Transmission. Bruit de transmission (souffle). Lors de la transmission, un souffle hertzien va s ajouter au signal modulant. Le souffle hertzien est un bruit blanc, c est à dire que pour une plage de fréquence donnée il est composé d une infinité de composantes spectrales, d amplitudes égales et sans liens harmoniques entre elles. Signal résultant. F H3 H H7 H9 Il en résulte le signal ci-contre. Il est à noter que les composantes spectrales dont l amplitude est inférieure au niveau du souffle, si elles n étaient pas préaccentuées (traits gras), seraient perdues après démodulation (effet de masquage). Il en résulterait une perte de qualité. Après démodulation. Signal démodulé. C est le même que ci-dessus. F H3 H H7 H9 N(d Désaccentuation. Le signal démodulé est amplifié par un amplificateur dont la fonction de transfert (gain en fonction de la fréquence) est telle que les fréquences élevées du signal sont atténuées par rapport aux fréquences basses de celui-ci. Signal résultant. Après désaccentuation, toutes les composantes de fréquences élevées, y compris le souffle, sont atténuées. Il en résulte un rapport signal souffle acceptable pour l ensemble du spectre, et disparition de l effet de masquage. F H3 H H7 H9 Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - 7 -

8 8. Modulation de fréquence par un signal modulant numérique. Le niveau bas correspond à f min alors que le niveau haut correspond à f max. Signal modulant Signal modulé Représentation spectrale. -f f signal +f fporte t(s - La fréquence du signal modulant représente le débit binaire, en bits/s. Plus le débit est important, plus l encombrement hertzien est important. - L amplitude du signal binaire détermine l excursion de fréquence. Pour réduire l excursion de fréquence, et par conséquent l encombrement hertzien il est impératif de réduire l amplitude du signal modulant, ce qui entraîne une diminution du rapport signal/souffle, donc un risque important de perte d informations. Radiotechnique HF / Chap. 3 / Editions Léone / 2 page - 8 -