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1 Jean-philippe muller La modulation d amplitudePhysique appliqu eLa modulation d amplitudeGuglielmoMarconijean-philippe muller La modulation d amplitudeSommaire1-Structure d un syst me de communication radio2-L exp rience de Hertz3-Le r le de la fr quence porteuse4-Spectre des ondes radio5-Fr quence de porteuse et taille de l antenne6-Les diff rents types de modulations7-Principe de la modulation AM avec porteuse8-Les d buts de la radiodiffusion9-Les premiers r cepteurs AM10-Porteuse modul e par un signal sinuso dal11-Calcul de l indice de modulation12-Porteuse modul e par un signal analogique13-Spectre AM avec signal modulant sinuso dal14-Exemple de spectre avec signal modulant sinuso dal15-Spectre AM avec signal modulant analogique16-Exemple de spectre avec signal modulant analogique17-Le m me exemple avec chelle dBm18-Puissance transport e par un signal AM19-Production d un signal AM20-Le r cepteur AM21-D modulation AM : le d tecteur cr te22-D modulation AM : le d modulateur synchrone23-Les d modulateurs AM et le bruit24-La modulation AM en bande lat rale double25-La modulation AM en bande lat rale unique26-La modulation par un signal binaire27-Diagramme de l oeil d un signal binaire28 Modulation totale ou partielle29-Production d une modulation AM num rique30-Formes et spectres des signaux AM num riques31-Exemples et illustrationscristal de gal nejean-philippe muller La modulation d amplitude1-Structure d un syst me de communication radioUn syst me de communication transmet travers un canal des informations de la source vers un utilisateur.

2 Source metteurr cepteurUtilisationporteuse modul eporteuse modul einformationinformationantenne d missionantenne de r ceptionsourceutilisateur la source fournit l information sous la forme d un signal analogiqueou num rique l metteur inscrit cette information sur une porteuse sinuso dale de fr quence fo : c est la modulation ce signal lectrique modul est transform en onde lectromagn tique par l antenne le canalest l espace libre entre l antenne d mission et de r ception dans lequel se propage l onde lectromagn tique le r cepteur s lectionnela fr quence de la porteuse et d modulel information qui y est inscrite l information est restitu e avec une d gradationli e aux qualit s de l metteur, du r cepteur et des perturbations du canaljean-philippe muller La modulation d amplitude2-L exp rience de HertzVers 1887, Heinrich Hertz, professeur l cole technique sup rieure de Karlsruhe inventeet construit un oscillateur haute fr quence.

3 Deux sph res de cuivre de diam tre 30 cm reli es par une tige coup e en son milieu par un clateur les sph res sont reli es une bobine de Ruhmkorff produisant une tr s haute tension p riodiquement, les charges s'accumulent dans les sph res jusqu'au moment ou l' tincelle clate les sph res se d chargent alors selon un r gime oscillant une fr quence de quelques MHzCe courant alternatifde haute fr quence produit une onde lectromagn tiquequi induisent des courants dans le r sonateur voisin, produisant de petites tincelles dans l' clateur. L oscillateur et le r sonateur sont les mod les primitifs d'un metteur et d'un r cepteurradio. H. Hertz 1857-1894quelques MHzdur e de l tincellei(t)i(t) clateursbobine de Ruhmkorff clateursr sonateuraccord tincelle tincelleonde lectromagn tiquer sonateursnon accord sjean-philippe muller La modulation d amplitude3-Le r le de la fr quence porteuse L metteur de Hertz a l inconv nient d mettre une porteuse discontinue dont la fr quence n est pas bien ce un oscillateur sinuso dal, on peut produire une onde entretenue de fr quence fostable.

4 L onde lectromagn tique mise est form e de champs E et B variant sinuso dalement la fr quence fo cette onde induit un courant i(t) de m me fr quence fodans l antenne de r ception si ce courant entre dans un circuit RLC accord sur fo, la tension VL aux bornes du circuit sera maximale un autre metteur mettant la fr quence f1sera aussi capt par l antenne, mais produira une tension VL plus faibleantenne mettriceantenne r ceptricefr quence d mission foonde lectromagn tique i(t)f1 focircuit peu amorti( R forte) circuit amorti(R faible)VLVLA insi, en attribuant chaque mission une fr quence diff rente,il est possible par filtrage d isoler l metteur qu on souhaiterecevoir parmi les innombrables signaux capt s par une : l antenne elle-m me participe d j ce filtrage puisque ses dimensions sont calcul es pour fonctionner au mieux la fr quence de travail fojean-philippe muller La modulation d amplitude4-Spectre des ondes radio AM les Grandes Ondes de 150 280 kHzpour la radiodiffusion commerciale de 30 kHz 3 MHz.

5 Les radiophares, balises d a roports, radios maritimes, services de m t les Petites Ondes de 520 1710 kHzpour la radiodiffusion commerciale les Ondes Courtes de 3 30 MHzavec les cibistes (autour de 27 MHz) et les radio-amateurs trafiquant dans 13 bandes allant de 120m (2,3 2,5 MHz) 11m (25,6 26,1 MHz) les VHF et UHF de 30 MHz 3 GHzo on trouve les radioamateurs, la t l vision pour la luminance et le son, les communications avec les satellites, les missions des a roports, de la satelliteFMradioamateursonde lectromagn tiqueionosph rer flexionLa AM est utilis e dans un grand nombre d applications : metteurr flexionr cepteurRemarque: jusqu 50 MHz, les ondes radio peuvent se r fl chir sur l ionosph re, ce qui permet une port e importante avec une puissance r muller La modulation d amplitude5-Fr quence de porteuse et taille de l antenneUne antenne a une fr quence de r sonance li e la dimension du brin actif : sa longueur est typiquement gale au quart de la longueur d onde en travaillant une fr quencefo lev e, l antenne sera donc de taille r duitefocl44== antennes bandeFM: 88 108 MHzet 3ml = 350 m = /5,3l = 12,5 cm = /4l = 75 cm = /4 Antenne TV-UHF: 400 800 MHzet 50 cmCe mobile GSM qui tient dans la main contient 3 antennes diff rentes : bande GSMautour de 900 MHz bande DCSautour de 1,8 GHz bande Bluetoothautour de 2,45 GHzLe centre GOd'Allouisutilise deux antennes pyl nes de 350m de haut diffusant les programmes de France Inter 162 kHz( = 1852 m).

6 Jean-philippe muller La modulation d amplitude6-Les diff rents types de modulationsL expression g n rale d un signal sinuso dal est: Pour inscrire une information sur cette porteuse, on pourra donc: faire varier son amplitudeen fonction du signal transmettre (modulations AM, BLU ou SSB, ASK, OOK ..) faire varier sa fr quenceen fonction du signal transmettre (modulations FM, FSK, GMSK ..) faire varier sa phaseen fonction du signal transmettre ( modulations PM, PSK ..))cos()(0 +=tEteChacune de ces modulations a des propri t s particuli res en ce qui concerne : la complexit du modulateur-d modulateur et donc le co t l encombrement spectral de la porteuse modul e la consommation de l metteur, donn e importante pour un quipement mobile la r sistance du signal modul aux parasitesmodulationd amplitudemodulationde fr quencemodulationde phasel amplitude variesauts de fr quencesauts de phasejean-philippe muller La modulation d amplitude7-Principe de la modulation AM avec porteusePour produire un signal modul en amplitude, il faut : une information basse-fr quence s(t)qui peut tre un signal audiofr quence, vid o, analogique ou num rique une porteuse sinusoidale eo(t) La porteuse modul e en amplitude s crit alors : enveloppe sup rieureenveloppe inf rieurey(t) = E(1+ (t))y (t) = -E(1+ (t))s(t)e(t)[])cos()(.

7 1)( ++=ttskEte en l absence de signal modulant s(t)=0et e(t) = eo(t) = Ecos( t) en pr sence de modulation, la porteuse oscille entre les enveloppes sup rieure et inf rieure l enveloppe sup rieure s crit y(t) = E(1+ (t))et l enveloppe inf rieure y (t) = -E(1+ (t))jean-philippe muller La modulation d amplitude8-Les d buts de la radiodiffusionLe 26 novembre 1921 a lieula premi re mission de radiophoniefran aise : Sainte-Assise, pr s de Melun, Yvonne Brothier, debout au milieu de tout l'appareillage d' mission, interpr te "la Marseillaise"et un air du "Barbier de S ville cette musique est capt e par un microphone puis module en amplitudeune porteuse 40 kilom tres de l , Paris, une assembl e d ing nieurs ravis entend la voix de la chanteuse le concert est galement capt par de nombreuses stations dansun rayon de 1600 kmA cette poque, les nombre d missions est faible et l audience r serv e quelques passionn s.

8 En 1922, mile GIRARDEAU cr e un service public d'information et de musique, l metteur de la Tour Eiffelest install et commence mettre fo =113,2 kHz(2650 m) avec P= 1 kWLes missions radio en modulation d amplitude n ont plus cess metteur de la tour Eiffelisolateurs sup rieursbrins d antenneisolateurs inf rieursc bles de tensionentr e du postepyl ne d amarragebrin d entr e du posteLa premi re mission AMR cepteur gal nejean-philippe muller La modulation d amplitude9-Les premiers r cepteurs AMd tecteur gal necasqueterreantenneLes premiers r cepteurs ont t les postes gal nedont la structure est tr s simple : un long fil m tallique qui sert d antenne un circuit LCaccord sur la fr quence recevoir un morceau de gal neavec son chercheur, bras articul quip d'un l ger ressort en acier ou en laiton un couteurEn d pla ant avec pr caution l'extr mit ac r e du ressort la surface de la gal ne, il est possible de trouver le point le plus sensible.

9 Apr s cela, ne plus bouger et couter ..La gal neest une pierre de teinte gris fonc aux multiples clats argent s qui a des propri t s semi-conductrices. On la trouve dans les mines de plomb en Bretagne, dans les Pyr n es, en Cornouaille, en Sardaigne et dans bien d'autres contr es. D tecteur gal nemoustachecristal degal nesignal aux bornes du circuit LCcourant dans l couteurcourant moyenjean-philippe muller La modulation d amplitude10-Porteuse modul e par un signal sinuso dal)cos()(tats =Lorsque le signal modulant est sinuso dal, on a et la porteuse modul e s crit :[][])cos()cos(1)cos()cos(.1)(ttmEttakEt e += +=si on pose m = ka: indice de modulationsignal modulant porteuse modul e e(t)s(t)animation: influence de manimation: influence de la BFRemarque: l indice de modulation m n est d fini que dans le cas o le signal modulant est sinuso muller La modulation d amplitude11-Calcul de l indice de modulationA partir de l oscillogramme de la porteuse modul e e(t), il est facile de d terminer l indice de modulation.

10 La porteuse modul e s crit l enveloppe sup rieure varie entre la valeur maximale et minimale le rapport s crit on en d duit l indice de modulation :minmaxminmaxyyyym+ =[])cos()cos(1)(ttmEte +=[])cos(1)(tmEty +=[]mEy+=1max[]mEy =1minmmyy +=11minmaxExemple : Ymax= 0,52 VYmin= 0,12 Vm = 0,4/0,64 = 0,625 = 62,5 %Ymax= E(1+m)Ymin= E(1-m)0,52V0,12VL indice de modulation utilis en AM est en principe inf rieur 1, une valeur de m sup rieure 1correspond une surmodulation. Cette surmodulationsera l origine d une distorsioninacceptable si le r cepteur utilise un d tecteur cr inf rieur 1m gal 1m sup rieur 1surmodulationjean-philippe muller La modulation d amplitude12-Porteuse modul e par un signal analogiqueDans le cas g n ral, le signal modulant s(t)est analogique et la porteuse modul e s crit :[])cos()(.1)(ttskEte +=surmodulation+S1-S2Si l amplitude du signal modulant varie entre +S1et S2, l enveloppe sup rieure y(t) varie entre : une valeur maximale Y1 = E(1+ )) une valeur minimale Y2 = E( ))Si la valeur minimale devient n gative, on passe en surmodulationlors des cr tes n gatives du signal o:porteuse modul e AMC est la raison pour laquelle les metteur AM sont souvent quip s d un compresseur de dynamique.