Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre 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 valeur de crête de la porteuse U ˆ, dans l équation u ˆ U sin (ω t + ϕ). Modulation d amplitude..1 Représentation temporelle. T BF max T HF T HF T BF max Période de la porteuse. Valeur crête à creux de la porteuse; c est la valeur de la porteuse non modulée. Période du signal BF. Valeur crête à creux du signal modulant (l enveloppe du signal modulé correspond à la forme, à l amplitude et à la fréquence du signal modulant). Valeur crête à creux maximale du signal modulé. Valeur crête à creux minimale du signal modulé. Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 1 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre. Taux de modulation. Définition : On appelle taux de modulation le rapport entre la tension du signal modulant ( ) et la tension de la porteuse ( ). Donc : m et exprimé en % : m 1 Remarque : Le résultat est le même avec des valeurs de crête ou crête à creux. En effet : m U BF U HF qui peut être simplifié par il en va de même pour la valeur crête à creux. En partant du dessin ci dessous, on peut dire : m T BF max T HF ce qui permet de dire que : max m + min max max donc le taux de modulation m se calcule par : et - min + min max max max - min - min + min m U BF U HF max max - min + min Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre.3 Spectre de fréquence. Le spectre de fréquence dessiné ci-dessous correspond à une porteuse modulée par un signal modulant de forme sinusoïdale. Le taux de modulation est de 4 %. BLI BLS f BF f BF f HF - f BF f HF f HF + f BF largeur du canal Remarques : - Il n est pas aisé de dessiner les raies spectrales lorsque la forme d onde du signal modulant n est pas sinusoïdale, car il faut décomposer celle-ci à l aide des séries de Fourier afin d en connaître la composition spectrale. - Dans le cas où plusieurs sources non sinusoïdales forment le signal modulant, il ne sera plus possible de dessiner les raies spectrales; on se contentera alors de dessiner le gabarit du canal, soit la zone probable dans laquelle il peut y avoir des raies spectrales. Occupation en fréquence. - L écart entre les raies spectrales est égal à la fréquence du signal modulant, ce qui permet de dire que la largeur de la bande occupée est proportionnelle à la fréquence maximale à transmettre. - L occupation en fréquence est déterminée par des normes; en transmission sur les ondes longues (OL) et ondes moyennes (OM), le canal est fixé à 9 khz, ce qui implique une fréquence maximale transmissible du signal modulant de 4, khz. Afin de diminuer la place occupée par le signal modulé en amplitude, il y a deux possibilités soit : - Réduire la fréquence modulante maximale, ce qui entraîne une diminution de la qualité. - Ne transmettre qu une seule bande latérale, ce qui se fera au détriment de la robustesse de la transmission. Dans ce cas, le rapport signal/bruit sera déterminant sur la qualité de la transmission. Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 3 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre Répartition de l énergie. - La majeure partie de l énergie est comprise dans la porteuse (c est la plus grande amplitude). - L amplitude des raies latérales est proportionnelle à l amplitude du signal modulant. - L énergie du signal modulant se réparti de manière égale dans les deux bandes latérales, ce qui entraîne que l amplitude de chaque bande latérale vaut l amplitude du signal modulant divisé par. Exercice 1. Calculer le rendement d une modulation d amplitude, si m 6 %, 1 V et l impédance de sortie de l émetteur vaut. Calcul de. m m,6 1 6 V Calcul de P HF P HF U HF Z HF 1 W Calcul de P BLI P BLI U BLI Z HF Z HF 6 9,18 W Calcul de P BLS P BLI U BLS Z HF Z HF 6 9,18 W Calcul de P signal Calcul de P mod P signal P BLI + P BLS,18 +,18,36 W P mod P HF + P BLI + P BLS +,18 +,18, 36 W Calcul de η P signal P mod,36,36,1 soit 1, % Ce qui montre que seul 1, % de l énergie transporte l information, le reste étant «l emballage» de celle-ci. Remarque : Deux solutions existent pour augmenter le rendement soit : - Augmenter l amplitude du signal modulant par rapport à la porteuse, ce qui se traduit par de la distorsion, donc une diminution de la qualité du signal. - Supprimer la porteuse, ce qui va diminuer la robustesse de la transmission d une part, et rendre la démodulation du signal moins aisée d autre part. Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 4 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre.4 Trapèze de modulation. Le contrôle de la qualité du signal modulé peut s effectuer de manière visuelle, sur un oscilloscope, au moyen du trapèze de modulation. Pour ce faire, il est impératif de disposer du signal modulé et du signal modulant. Schéma de mesure. Porteuse Y X Signal modulant Modulateur Signal modulé Signal modulant C est une figure de Lissajous; le fait de commander la déviation en X par le signal modulant permet de découper le signal modulé sous forme d un trapèze. max max Exemples de trapèze de modulation. a) m (signal non modulé) b) < m < 1 max max c) m 1 d) m > 1 max max Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre. Taux de modulation supérieur à 1 %. Pour déterminer et max lors du calcul du taux de modulation on flèche ces valeurs en partant de l enveloppe supérieure, pour aller vers l enveloppe inférieure (voir dessin ci-dessous). 1 max - 1-1, V max 3,4 V m max max - min + min 3, 4-1, 3, 4 + 1,, 4,6, 478 soit un taux de modulation de 47,8 % Lorsque le taux de modulation est supérieur à 1 %, l enveloppe supérieure passe en dessous de et l enveloppe inférieure en dessus de ; ce qui a pour conséquence d inverser le sens de la flèche de. 1 max - 1 - - 1, V max 3,4 V m max max - min + min 3, 4 - (- 1,) 3, 4 + (- 1, ) 4, 6,,9 soit un taux de modulation de 9 % Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 6 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre 3. Modulation d amplitude à porteuse supprimée. Il a été démontré ci-dessus, que la majeure partie de l énergie est située dans la porteuse. La porteuse est «l emballage» du signal, le signal modulant (information) étant situé dans les bandes latérales. Lorsqu il y a modulations multiples, soit un signal déjà modulé (sous-porteuse) devient signal modulant d une nouvelle porteuse. Exemples : - L information d identification (stéréo, dual, mono) du son TV en norme B et G est une sous-sous-porteuse à 4 khz modulée en amplitude par du 117, Hz (stéréophonie) qui, additionnée aux informations audio du canal droit (R), module en fréquence une sous-porteuse à,74 MHz qui, additionnée au signal CVBS module elle-même en amplitude une nouvelle porteuse. - La chrominance module en amplitude une sous-porteuse à 4,43 MHz, qui additionnée au signal VBS module en amplitude une nouvelle porteuse. - Etc. Dans certains cas, il n est pas utile de surcharger le signal par l énergie comprise dans les sousporteuses. Dans ces cas, on utilise une modulation d amplitude à porteuse supprimée. 3.1 Représentation temporelle. Accidents de phase Remarques : - Les courbes enveloppes ont été dessinées afin de visualiser la position du signal modulant. - Dans certains cas (changement simultané de la phase de la porteuse et du signal modulant), il se produit un accident de phase dans le signal modulé. Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 7 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre 3. Spectre de fréquence. BLI BLS f BF f BF f HF - f BF f HF f HF + f BF largeur du canal Le fait de supprimer la porteuse rend la démodulation du signal plus compliquée, car il est nécessaire de recréer celle-ci avant de pouvoir démoduler le signal. Plusieurs possibilités existent soit : - Récupérer la partie résiduelle de la porteuse (qui, pour des raisons techniques, n est jamais supprimée à 1 %) et amplifier celle-ci. - Transmettre périodiquement une information représentant la porteuse (burst dans le système PAL) - Transmettre un multiple ou un sous-multiple de la fréquence de la porteuse (19 khz lors de la stéréophonie en FM, pour une sous-porteuse à 38 khz). 4. Modulation à bande latérale unique (BLU). La modulation à bande latérale unique permet de diminuer l encombrement hertzien (largeur de bande nécessaire à la transmission). 4.1 Représentation temporelle du signal. Visuellement, ce signal ressemble à un signal modulé en amplitude, mais avec un taux de modulation moindre. Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 8 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre 4. Spectre de fréquence. BLS f BF f HF f HF + f BF largeur du canal Pour ce type de modulation, il est difficile de conserver la porteuse, ce qui engendre les mêmes difficultés lors de la démodulation qu un signal modulé en amplitude sans porteuse. On utilise souvent un compromis, soit une modulation d amplitude à bande latérale résiduelle. 4.3 Modulation à bande latérale résiduelle. La fréquence maximale du signal modulant pour une image de télévision est de MHz, ce qui implique une largeur de bande d au moins 1 MHz pour sa transmission. La modulation à bande latérale permet de diminuer cet encombrement, tout en conservant la porteuse et une bonne qualité du signal pour les fréquences les plus basses, fréquences pour lesquelles l'œil est le plus sensible. Modulation AM Porteuse Modulation AM à bande latérale unique largeur du canal - Pour les fréquences basses du signal modulant c est une modulation AM classique. - Pour les fréquences élevées du signal modulant, c est une modulation à bande latérale unique. Dans cette portion du spectre, l énergie représentant le signal modulant n est que la moitié de celle comprise dans la portion modulée AM classique. Lors de la démodulation il est nécessaire de tenir compte de cela. Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 9 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre. Comparaisons. 1 V V f HF khz f BF khz m % AM 1 1-1 - AM-BLU 1 1-1 - AM-SC 1 1-1 - 1 V V f HF khz f BF khz m % AM 1 1-1 - AM-BLU 1 1-1 - AM-SC 1 1-1 - Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 1 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre 1 V 1 V f HF khz f BF khz m 1 % AM 1 1-1 - AM-BLU 1 1-1 - AM-SC 1 1-1 - 1 V 1 V f HF khz f BF khz m 1 % AM 1 1-1 - AM-BLU 1 1-1 - AM-SC 1 1-1 - Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 11 -
Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre 6. Modulation en amplitude par un signal modulant numérique. Le niveau bas correspond à alors que le niveau haut correspond à max. Représentation temporelle. Signal modulant Signal modulé Représentation spectrale. f signal modulant f porteuse - La fréquence du signal modulant représente le débit binaire, en bits/s. Plus le débit est important, et plus la place occupée par le signal sera importante. - On pourrait être tenter de couper les bandes latérales afin de diminuer la largeur du spectre; si la limitation de la bande passante est effectuée après les premières raies spectrales de part et d autre de la porteuse, le signal restitué après démodulation sera une forme d onde sinusoïdale, ce qui ne correspond évidemment pas au signal modulant. - L efficacité spectrale de ce type de modulation est médiocre. Radiotechnique HF / Chap. / Editions Léone / page - 1 -