AMPLITUDE MODULÉE: CARACTÉRISTIQUES ET FONCTIONNEMENT - PHYSIQUE - 2024

La modulation d'amplitude AM (modulation d'amplitude) est une technique de transmission de signal dans laquelle une onde électromagnétique de fréquence porteuse sinusoïdale f _c, chargée de transmettre une fréquence de message f _s << f _c varie (c'est-à-dire module) la amplitude en fonction de l'amplitude du signal.

Les deux signaux voyagent comme un seul, un signal total (signal AM) qui combine à la fois: l'onde porteuse (signal porteur) et l'onde (signal d'information) qui contient le message, comme illustré dans la figure suivante:

Figure 1. Modulation d'amplitude. Source: Wikimedia Commons.

Il est à noter que les informations circulent contenues dans la forme qui entoure le signal AM, que l'on appelle une enveloppe.

Grâce à cette technique, un signal peut être transmis sur de longues distances, ce type de modulation est donc largement utilisé par la radio commerciale et la bande civile, bien que la procédure puisse être effectuée avec tout type de signal.

Pour obtenir les informations, un récepteur est nécessaire, dans lequel un processus appelé démodulation est effectué au moyen d'un détecteur d'enveloppe.

Le détecteur d'enveloppe n'est rien de plus qu'un circuit très simple, appelé redresseur. La procédure est simple et peu coûteuse, mais des pertes de puissance se produisent toujours dans le processus de transmission.

Comment fonctionne l'amplitude modulée?

Pour transmettre le message avec le signal porteur, il ne suffit pas d'ajouter simplement les deux signaux.

Il s'agit d'un processus non linéaire, dans lequel la transmission de la manière décrite ci-dessus est réalisée en multipliant le signal de message par le signal porteur, tous deux cosinus. Et au résultat de cela, ajoutez le signal porteur.

La forme mathématique qui résulte de cette procédure est un signal variable dans le temps E (t), dont la forme est:

Où l'amplitude E _c est l'amplitude de la porteuse et m est l'indice de modulation, donné par:

Ainsi: E _s = mE _c

L'amplitude du message est faible par rapport à l'amplitude de la porteuse, donc:

Sinon, l'enveloppe du signal AM n'aurait pas la forme précise du message à transmettre. L'équation pour m peut être exprimée en pourcentage de modulation:

Nous savons que les signaux sinusoïdaux et cosinus sont caractérisés par une certaine fréquence et longueur d'onde.

Lorsqu'un signal est modulé, sa distribution de fréquence (spectre) est translatée, ce qui arrive à occuper une certaine région autour de la fréquence du signal porteur f _c (qui n'est pas du tout modifiée pendant le processus de modulation), appelée largeur bande.

Comme ce sont des ondes électromagnétiques, leur vitesse dans le vide est celle de la lumière, qui est liée à la longueur d'onde et à la fréquence par:

De cette manière, les informations à transmettre depuis, par exemple, une station de radio se déplacent très rapidement vers les récepteurs.

Transmissions radio

La radio doit transformer les mots et la musique, qui sont tous des signaux sonores, en un signal électrique de même fréquence, par exemple à l'aide de microphones.

Ce signal électrique est appelé le signal de fréquence auditive FA, car il est compris entre 20 et 20 000 Hz, qui est le spectre audible (les fréquences que les humains entendent).

Figure 2. De nombreuses stations de radio diffusent en AM. Source: Pixabay.

Ce signal doit être amplifié électroniquement. Au début de la radio, elle était fabriquée avec des tubes à vide, qui ont ensuite été remplacés par des transistors beaucoup plus efficaces.

Le signal amplifié est alors combiné au signal radiofréquence FR par des circuits modulateurs AM, de manière à aboutir à une fréquence spécifique pour chaque station radio. Il s'agit de la fréquence porteuse f _c mentionnée ci-dessus.

Les fréquences porteuses des stations de radio AM sont comprises entre 530 Hz et 1600 Hz, mais les stations qui utilisent une fréquence modulée ou FM ont des porteuses de fréquences plus élevées: 88-108 MHz.

L'étape suivante consiste à amplifier à nouveau le signal combiné et à l'envoyer à l'antenne afin qu'il puisse être émis sous forme d'onde radio. De cette façon, il peut se propager dans l'espace jusqu'à ce qu'il atteigne les récepteurs.

Réception du signal

Un récepteur radio a une antenne pour capter les ondes électromagnétiques provenant de la station.

Une antenne est constituée d'un matériau conducteur qui à son tour a des électrons libres. Le champ électromagnétique exerce une force sur ces électrons, qui vibrent immédiatement à la même fréquence que les ondes, produisant un courant électrique.

Une autre option est que l'antenne de réception contient une bobine de fil et le champ électromagnétique des ondes radio y induit un courant électrique. Dans les deux cas, ce flux contient les informations provenant de toutes les stations de radio qui ont été capturées.

Ce qui suit maintenant, c'est que le récepteur radio est capable de distinguer chaque station radio, c'est-à-dire de syntoniser celle qui est préférée.

Connectez-vous à la radio et écoutez la musique

Le choix entre les différents signaux est effectué par un circuit LC résonnant ou un oscillateur LC. Il s'agit d'un circuit très simple qui contient une inductance variable L et un condensateur C placés en série.

Pour syntoniser la station de radio, les valeurs de L et C sont ajustées de sorte que la fréquence de résonance du circuit coïncide avec la fréquence du signal à accorder, qui n'est autre que la fréquence porteuse de la station de radio: f _c.

Une fois la station syntonisée, le circuit démodulateur mentionné au début entre en action. C'est lui qui est chargé de déchiffrer, pour ainsi dire, le message diffusé par la radio. Pour ce faire, il sépare le signal de porteuse et le signal de message, à l'aide d'une diode, et d'un circuit RC appelé filtre passe-bas.

Figure 3. Sur le circuit oscillateur LC gauche. Sur la droite un circuit démodulateur. Source: F. Zapata.

Le signal déjà séparé passe à nouveau par un processus d'amplification et de là, il va aux haut-parleurs ou au casque pour que nous puissions l'entendre.

Le processus est décrit ici, car il y a en fait plus d'étapes et il est beaucoup plus complexe. Mais cela nous donne une bonne idée de la façon dont la modulation d'amplitude se produit et comment elle atteint les oreilles du récepteur.

Exemple travaillé

Une onde porteuse a une amplitude E _c = 2 V (RMS) et une fréquence f _c = 1,5 MHz. Il est modulé par un signal de fréquence fs = 500 Hz et d'amplitude E _s = 1 V (RMS). Quelle est l'équation du signal AM?

Solution

Remplacez les valeurs appropriées dans l'équation du signal modulé:

Cependant, il est important de noter que l'équation comprend les amplitudes de crête, qui dans ce cas sont des tensions. Par conséquent, il est nécessaire de faire passer les tensions RMS au pic multipliant par √2:

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