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Radiotechnique Modulation d'amplitude Chapitre 2

Radiotechnique HF / Chap. 2 / Editions Lone / 2000 page - 1 -

1. Introduction.

Schma bloc dun modulateur.

ModulateurSignal modulant

PorteuseSignal modul

La porteuse est de forme sinusodale.Le signal modulant peut tre analogique de forme quelconque, ou numrique.Le paramtre de la porteuse qui varie est la valeur de crte de la porteuse U , dans lquation

u = U sin ( t + )

2. Modulation damplitude.

2.1 Reprsentation temporelle.

U(V)

t(s)

TBF

THF

UBF

UBF

UHF

UHF min

UHF max

THF Priode de la porteuse.

U HF

Valeur crte creux de la porteuse; cest la valeur de la porteuse non module.

TBF Priode du signal BF.

U BF Valeur crte creux du signal modulant (lenveloppe du signal modul

correspond la forme, lamplitude et la frquence du signal modulant).

U HF max

Valeur crte creux maximale du signal modul.

U HF min

Valeur crte creux minimale du signal modul.



2.2 Taux de modulation.

Dfinition :

On appelle taux de modulation le rapport entre la tension du signal modulant (UBF) et la tension de laporteuse (UHF).

Donc : m =UBFUHF

et exprim en % : m =UBFUHF

100

Remarque :

Le rsultat est le mme avec des valeurs de crte ou crte creux. En effet :

m = U

BF

U

HF

= 2 UBF2 UHF

qui peut tre simplifi par 2

il en va de mme pour la valeur crte creux.

m = U BF

UHF =

2 2 UBF2 2 U HF

En partant du dessin ci dessous, on peut dire :

U(V)

t(s)UHF minUHF

TBF

UHF max

THF

UBF

UBF

ce qui permet de dire que :

U HF

=

UHFmax

+ U HFmin

2 et UBF

=

UHFmax

- U HFmin

2

m = U BF

UHF =

U HFmax

- U HFmin

2

UHFmax

+ U HFmin

2

= UHFmax

- U HFmin

U HFmax

+ U HFmin

donc le taux de modulation m se calcule par :

m = UBFUHF

= U

BF

U

HF

= UBF

UHF =

UHFmax

- U HFmin

UHFmax

+ U HFmin



2.3 Spectre de frquence.

Le spectre de frquence dessin ci-dessous correspond une porteuse module par un signal modulantde forme sinusodale. Le taux de modulation est de 42 %.

U(V)

f(Hz)

UBF2

UBF2

fHF - fBF fHF fHF + fBF

largeur du canal

fBF fBF

UHF BLI BLS

Remarques :

- Il nest pas ais de dessiner les raies spectrales lorsque la forme donde du signalmodulant nest pas sinusodale, car il faut dcomposer celle-ci laide des sriesde Fourier afin den connatre la composition spectrale.

- Dans le cas o plusieurs sources non sinusodales forment le signal modulant, il nesera plus possible de dessiner les raies spectrales; on se contentera alors dedessiner le gabarit du canal, soit la zone probable dans laquelle il peut y avoir desraies spectrales.

Occupation en frquence.

- Lcart entre les raies spectrales est gal la frquence du signal modulant, ce quipermet de dire que la largeur de la bande occupe est proportionnelle lafrquence maximale transmettre.

- Loccupation en frquence est dtermine par des normes; en transmission sur lesondes longues (OL) et ondes moyennes (OM), le canal est fix 9 kHz, ce quiimplique une frquence maximale transmissible du signal modulant de 4,5 kHz.

Afin de diminuer la place occupe par le signal modul en amplitude, il y a deux possibilits soit :

- Rduire la frquence modulante maximale, ce qui entrane une diminution de laqualit.

- Ne transmettre quune seule bande latrale, ce qui se fera au dtriment de larobustesse de la transmission. Dans ce cas, le rapport signal/bruit seradterminant sur la qualit de la transmission.



Rpartition de lnergie.

- La majeure partie de lnergie est comprise dans la porteuse (cest la plusgrande amplitude).

- Lamplitude des raies latrales est proportionnelle lamplitude du signalmodulant.

- Lnergie du signal modulant se rparti de manire gale dans les deux bandeslatrales, ce qui entrane que lamplitude de chaque bande latrale vautlamplitude du signal modulant divis par 2.

Exercice 1.

Calculer le rendement dune modulation damplitude, si m = 60 %, UHF = 10 V et limpdance de sortie delmetteur vaut 50 .

Calcul de UBF.m =

U BFUHF

U BF = m U HF = 0,6 10 = 6 V

Calcul de PHF PHF = U HF

2

Z HF =

102

50 = 2 W

Calcul de PBLI PBLI = UBLI

2

Z HF =

U BF2

2

Z HF =

62

2

50 =

950

= 0,18 W

Calcul de PBLS PBLI = UBLS

2

Z HF =

UBF2

2

Z HF =

62

2

50 =

950

= 0,18 W

Calcul de Psignal Psignal = PBLI + PBLS = 0,18 + 0,18 = 0,36 W

Calcul de Pmod Pmod = PHF + PBLI + PBLS = 2 + 0,18 + 0,18 = 2, 36 W

Calcul de = PsignalPmod

= 0,362,36

= 0,152 soit 15,2 %

Ce qui montre que seul 15,2 % de lnergie transporte linformation, le reste tant lemballage decelle-ci.

Remarque :

Deux solutions existent pour augmenter le rendement soit :

- Augmenter lamplitude du signal modulant par rapport la porteuse, ce qui se traduitpar de la distorsion, donc une diminution de la qualit du signal.

- Supprimer la porteuse, ce qui va diminuer la robustesse de la transmission dune part,et rendre la dmodulation du signal moins aise dautre part.



2.4 Trapze de modulation.

Le contrle de la qualit du signal modul peut seffectuer de manire visuelle, sur un oscilloscope, aumoyen du trapze de modulation. Pour ce faire, il est impratif de disposer du signal modul et dusignal modulant.

Schma de mesure.

ModulateurSignal modulant

Porteuse

Signal modul

Y X

Signal modulant

Cest une figure de Lissajous; le fait de commander la dviation en X par le signal modulant permet dedcouper le signal modul sous forme dun trapze.

t(s)

U(V)

U HF max

U HF min

U HF max U HF min

Exemples de trapze de modulation.

a) m = 0 (signal non modul) b) 0 < m < 1

U HF max

U HF min

U HF max

U HF min

c) m = 1 d) m > 1

U HF max

UHF min

= 0 U HF max

U HF min



2.5 Taux de modulation suprieur 100 %.

Pour dterminer U HF min

et U HF max

lors du calcul du taux de modulation on flche ces valeurs enpartant de lenveloppe suprieure, pour aller vers lenveloppe infrieure (voir dessin ci-dessous).

t(s) UHF min

U HF max

U(V)

- 2

- 1- 1

0

1

2

U HF min

= 1,2 V U HF max

= 3,4 V

m = UHFmax

- U HFmin

U HFmax

+ U HFmin =

3, 4 - 1,23, 4 + 1, 2

= 2,24,6

= 0, 478

soit un taux de modulation de 47,8 %

Lorsque le taux de modulation est suprieur 100 %, lenveloppe suprieure passe en dessous de 0et lenveloppe infrieure en dessus de 0; ce qui a pour consquence dinverser le sens de la flche de

U HF min

.

U(V)

t(s) UHF min

U HF max

- 2

- 1

0

1

2

U HF min

= - 1,2 V U HF max

= 3,4 V

m = UHFmax

- U HFmin

U HFmax

+ U HFmin =

3, 4 - (- 1,2)3, 4 + (- 1, 2)

= 4, 62, 2

= 2,09

soit un taux de modulation de 209 %



3. Modulation damplitude porteuse supprime.

Il a t dmontr ci-dessus, que la majeure partie de lnergie est situe dans la porteuse. La porteuseest lemballage du signal, le signal modulant (information) tant situ dans les bandes latrales.

Lorsquil y a modulations multiples, soit un signal dj modul (sous-porteuse) devient signal modulantdune nouvelle porteuse.

Exemples :

- Linformation didentification (stro, dual, mono) du son TV en norme B et G estune sous-sous-porteuse 54 kHz module en amplitude par du 117,5 Hz(strophonie) qui, additionne aux informations audio du canal droit (R), moduleen frquence une sous-porteuse 5,74 MHz qui, additionne au signal CVBSmodule elle-mme en amplitude une nouvelle porteuse.

- La chrominance module en amplitude une sous-porteuse 4,43 MHz, quiadditionne au signal VBS module en amplitude une nouvelle porteuse.

- Etc.

Dans certains cas, il nest pas utile de surcharger le signal par lnergie comprise dans les sous-porteuses. Dans ces cas, on utilise une modulation damplitude porteuse supprime.

3.1 Reprsentation temporelle.U(V)

t(s)

Accidents de phase

Remarques :

- Les courbes enveloppes ont t dessines afin de visualiser la position du signalmodulant.

- Dans certains cas (changement simultan de la phase de la porteuse et du signalmodulant), il se produit un accident de phase dans le signal modul.




U(V)

f(Hz)

UBF2

UBF2

fHF - fBF fHF fHF + fBF

largeur du canal

fBF fBF BLI BLS

Le fait de supprimer la porteuse rend la dmodulation du signal plus complique, car il est ncessaire derecrer celle-ci avant de pouvoir dmoduler le signal. Plusieurs possibilits existent soit :

- Rcuprer la partie rsiduelle de la porteuse (qui, pour des raisons techniques,nest jamais supprime 100 %) et amplifier celle-ci.

- Transmettre priodiquement une information reprsentant la porteuse (burstdans le systme PAL)

- Transmettre un multiple ou un sous-multiple de la frquence de la porteuse(19 kHz lors de la strophonie en FM, pour une sous-porteuse 38 kHz).

4. Modulation bande latrale unique (BLU).La modulation bande latrale unique permet de diminuer lencombrement hertzien (largeur de bandencessaire la transmission).

4.1 Reprsentation temporelle du signal.

U(V)

t(s)

Visuellement, ce signal ressemble un signal modul en amplitude, mais avec un taux de modulationmoindre.




U(V)

f(Hz)

UBF2

fHF fHF + fBF

largeur du canal

UHF BLS fBF

Pour ce type de modulation, il est difficile de conserver la porteuse, ce qui engendre les mmesdifficults lors de la dmodulation quun signal modul en amplitude sans porteuse. On utilise souvent uncompromis, soit une modulation damplitude bande latrale rsiduelle.

4.3 Modulation bande latrale rsiduelle.

La frquence maximale du signal modulant pour une image de tlvision est de 5 MHz, ce qui impliqueune largeur de bande dau moins 10 MHz pour sa transmission. La modulation bande latrale permet dediminuer cet encombrement, tout en conservant la porteuse et une bonne qualit du signal pour lesfrquences les plus basses, frquences pour lesquelles l'il est le plus sensible.

U(V)

f(Hz)largeur du canal

Modulation AMModulation AM bande latrale unique

Porteuse

- Pour les frquences basses du signal modulant cest une modulation AM classique.

- Pour les frquences leves du signal modulant, cest une modulation bandelatrale unique. Dans cette portion du spectre, lnergie reprsentant le signalmodulant nest que la moiti de celle comprise dans la portion module AMclassique. Lors de la dmodulation il est ncessaire de tenir compte de cela.



5. Comparaisons.

U HF = 10 V

U BF = 0 V

f HF = 25 kHz f BF = 2 kHz m = 0 %

AM

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-BLU

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-SC

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

U HF = 10 V

U BF = 5 V

f HF = 25 kHz f BF = 2 kHz m = 50 %

AM

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-BLU

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-SC

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)



U HF = 10 V

U BF =10 V

f HF = 25 kHz f BF = 2 kHz m = 100 %

AM

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-BLU

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-SC

-20

-10

0

10

20

10

5

0

U(V )

f(Hz)

U HF = 10 V

UBF = 15 V

f HF = 25 kHz f BF = 2 kHz m = 150 %

AM

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-BLU

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)

AM-SC

-20

-10

0

10

2010

5

0

U(V )

f(Hz)



6. Modulation en amplitude par un signal modulant numrique.

Le niveau bas correspond U HF min

alors que le niveau haut correspond U HF max

.

Reprsentation temporelle.

U(V)

t(s)

U(V)

t(s)

Signal modulant

Signal modul

Reprsentation spectrale.

U(V)

t(s)fporteuse

f signal modulant

- La frquence du signal modulant reprsente le dbit binaire, en bits/s. Plus le dbit est important,et plus la place occupe par le signal sera importante.

- On pourrait tre tenter de couper les bandes latrales afin de diminuer la largeur du spectre; si lalimitation de la bande passante est effectue aprs les premires raies spectrales de part etdautre de la porteuse, le signal restitu aprs dmodulation sera une forme donde sinusodale, cequi ne correspond videmment pas au signal modulant.

- Lefficacit spectrale de ce type de modulation est mdiocre.

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