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Réalisation d’un émetteur FM
La modulation
L’opération nécessaire pour assurer le transport d’une information grâce à une porteuse consiste en la modulation de cette dernière en fonction de l’information. La modulation de la porteuse consiste à modifier une de ses trois grandeurs (amplitude, fréquence, phase) au rythme de l’information que l’on désire transporter.
La modulation peut aussi être définie comme une opération qui consiste à transposer un signal représentant une information sans modifier sensiblement l’information qu’il porte.
Schéma de fonctionnement du modulateur : Quel que soit le procédé de modulation utilisé, un émetteur comporte essentiellement les blocs suivants : un circuit audiofréquence qui traite le signal modulant ; un oscillateur qui génère la porteuse ; un modulateur qui combine porteuse et signal modulant ; il en sort un signal modulé, qui est un signal haute fréquence d’amplitude ou d’argument variable.
Un amplificateur qui porte le signal modulé à la puissance nécessaire pour l’émission ; le courant de sortie est envoyé vers l’antenne d’émission.
Les modulations complexes
Nous désignons ainsi l’utilisation d’une sous porteuse et la double modulation en quadrature. Utilisation d’une sous porteuse : L’exemple le plus simple est la transmission du son en stéréophonie sur la bande FM. Pour reproduire l’impression de relief sonore deux microphones sont utilisés placés à gauche et à droite de la source (orchestre par exemple), ils délivrent deux signaux BF que nous appellerons G et D. Pour une bonne qualité (haute fidélité) leur bande de fréquence est étendue jusqu’à 15kHz.
Cependant pour ne pas pénaliser un utilisateur qui n’est pas équipé pour la réception stéréo, les signaux qui sont transmis sont des combinaisons linéaires des précédents ; M=G+D, signal monophonique semblable à ce que fournirait un microphone unique placé au centre, et S=G-D signal stéréo qui transporte l’information différence. Il est très facile par somme et différence de restituer G et D à partir de M et S.
Le signal complexe qui modulera en fréquence la porteuse HF dans la bande des 100Mhz est construit de la façon suivante :
D’abord le signal M dont le spectre s’étend de 0 à 15kHz .Il est restitué par tout récepteur FM Le signal S est utilisé pour moduler en amplitude avec suppression de porteuse une porteuse à 38kHz; C’est ce que l’on appelle une sous porteuse. Les deux bandes latérales s’étendent de 23 à 53 kHz.
Les procédés de modulation
Oscillateur LC : La réalisation d’un émetteur FM peut être fort simple ou très délicate selon sa vocation et les critères de qualité que l’on se fixe. Même si diverses variantes de schémas existent, tous fonctionnent selon un principe analogue à celui schématisé sur la figure suivante. L’oscillateur pilote, c’est à dire celui qui génère la porteuse est un simple oscillateur LC. Il suffit donc, comme cela est représenté, de lui adjoindre une diode varicap qui reçoit le signal modulant pour faire varier la fréquence de la porteuse au rythme de ce dernier.
Même si cela fonctionne, c’est un système pourvu de multiples défauts; le principal étant que la fréquence porteuse est très instable puisqu’elle ne bénéficie pas de la précision de fréquence d’un quartz ou d’une boucle à verrouillage de phase. Avec un tel montage, on pourra constater que sa fréquence se décale au fil du temps, de la température, de l’environnement de l’émetteur (effet de main) et ainsi de suite. Et encore les récepteurs FM sont-ils munis d’un système dit de contrôle automatique de fréquence capable de rattraper dans une large mesure ce décalage; ce qui le masque artificiellement. Les émetteurs sérieux ne peuvent donc se satisfaire d’un tel procédé, ce qui complique un peu les choses.
Oscillateur piloté par quartz : Dans certains émetteurs de communication simples, ne comportant par exemple qu’un faible nombre de canaux, on fait parfois appel à un autre procédé. On retrouve l’oscillateur mais il est cette fois-ci piloté par quartz et sa stabilité est donc excellente. La varicap placée en série avec le quartz reçoit toujours le signal modulant, et du fait des particularités du quartz, arrive à faire varier très légèrement la fréquence d’oscillation de ce dernier autour de sa valeur de base.
Si cet oscillateur est suivi par un nombre suffisant d’étages multiplicateurs de fréquence comme c’est souvent le cas, on arrive ainsi à obtenir un taux de modulation, certes faible, mais acceptable en FM à bande étroite.
Intérêt de l’étude de la propagation des ondes radio
Il est essentiel de comprendre les principes de la propagation des ondes pour pouvoir prédire les chances et les conditions d’établissement d’une liaison radio entre deux points de la surface de la Terre ou entre la Terre et un satellite.
Cela permet par exemple : Le calcul de la puissance minimale d’un émetteur de radiodiffusion afin d’assurer une réception confortable sur une zone déterminée ; la détermination de la position d’un relais pour la radiotéléphonie mobile ;
l’estimation des chances d’établissement d’une liaison transcontinentale sur ondes courtes ; l’étude des phénomènes d’interférence entre émetteurs ; le calcul du champ électromagnétique à proximité d’un équipement d’émission (radar, relais, émetteur de télévision…) pour déterminer les risques encourus par la population se trouvant à proximité.
Le niveau du signal reçu à l’extrémité du parcours sera plus ou moins élevé donc plus ou moins exploitable en fonction de la fréquence d’émission, l’époque par rapport au cycle solaire, la saison, l’heure du jour, la direction et la distance entre l’émetteur et la station réceptrice, etc. L’étude des lignes de transmission et des phénomènes de propagation d’un signal dans une ligne peut aider à optimiser les câbles utilisés dans l’établissement d’un réseau de transmission ou pour l’alimentation d’une antenne.
Propagation en fonction de la gamme de fréquence
Ondes kilométriques : Elles se propagent principalement à très basse altitude, par onde de sol. Leur grande longueur d’onde permet le contournement des obstacles. Pour une même distance de l’émetteur, le niveau du signal reçu est très stable. Ce niveau décroît d’autant plus vite que la fréquence est élevée. Les ondes de fréquence très basse pénètrent un peu sous la surface du sol ou de la mer, ce qui permet de communiquer avec des sous-marins en plongée.
Ondes hectométriques : Les stations de radiodiffusion sur la bande des Petites Ondes (entre 600 et 1500kHz) ont des puissances pouvant aller jusqu’à plusieurs centaines de kilowatts. Elles utilisent encore l’onde de sol pour couvrir une zone ne dépassant guère une région mais bénéficient après le coucher du soleil des phénomènes de propagation ionosphérique.
Ondes décamétriques : Les ondes courtes, bien connues des radioamateurs, permettent des liaisons intercontinentales avec des puissances de quelques milliwatts si la propagation ionosphérique le permet car l’onde de sol au-dessus de 2 ou 3 MHz ne porte guère au-delà de quelques dizaines de kilomètres. Entre 1 et 30 MHz, la réflexion des ondes sur les couches de l’ionosphère permet de s’affranchir du problème de l’horizon optique et d’obtenir en un seul bond une portée de plusieurs milliers de kilomètres. Mais ces résultats sont très variables et dépendent des modes de propagation du cycle solaire, de l’heure de la journée ou de la saison. Les ondes décamétriques ont cédé le pas aux satellites même si des calculs de prévision de propagation permettent de prédire avec une bonne fiabilité les heures d’ouverture, les fréquences maxima utilisables et le niveau du signal qui sera reçu.
Ondes métriques : Les ondes métriques correspondent à des fréquences comprises entre 30 et 300 MHz incluant la bande de radiodiffusion FM, les transmissions VHF des avions, la bande radioamateur des 2m… On les appelle aussi ondes ultra-courtes (OUC). Elles se propagent principalement en ligne droite mais réussissent à contourner les obstacles de dimensions ne dépassant pas quelques mètres. Elles se réfléchissent sur les murs, rochers, véhicules et exceptionnellement sur des nuages ionisés situés dans la couche E, vers 110 km d’altitude ce qui permet des liaisons à plus de 1000 km. En temps normal, la portée d’un émetteur de 10 watts avec une antenne omnidirective est de quelques dizaines de kilomètres.
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : Généralités sur la modulation
1. Quelques définitions
1.1. Le message
1.2. La porteuse
1.3. La modulation
2. Les différents types de modulation
2.1. Modulation d’amplitude
2.2. Modulation de fréquence
2.3. Modulation de phase
2.4. Les modulations analogiques discrètes
2.5. Les modulations complexes
3. Intérêts de la modulation
3.1. Adaptation aux conditions du milieu de transmission
3.2. Multiplexage
3.3. Economie et simplicité
4. Conclusion
CHAPITRE 2 : La modulation de fréquence
1. Théoriquement
1.1. Transmission en bande large
1.2. Transmission en bande étroite
2. Les procédés de modulation
2.1. Oscillateur LC
2.2. Oscillateur piloté par quartz
2.3. La boucle à verrouillage de phase
3. La démodulation
4. L’élimination des parasites
5. Conclusion
CHAPITRE 3 : PROPAGATION DES ONDES RADIO
1. Intérêt de l’étude de la propagation des ondes radio
2. Phénomènes de propagation des ondes radio
2.1. Réflexion des ondes radio
2.2. Réfraction des ondes radio
2.3. Diffraction des ondes radio
2.4. Diffusion des ondes radio
2.5. Atténuation des ondes radio
2.6. Interférence de deux ondes radio
3. Propagation en fonction de la gamme de fréquence
3.1. Ondes kilométriques
3.2. Ondes hectométriques
3.3. Ondes décamétriques
3.4. Ondes métriques
3.5. Ondes décimétriques et hyperfréquences
4. Propagation guidée
4.1. Exemples de lignes de transmission
4.2. Formation d’une onde dans une ligne
4.3. Ondes progressives
4.4. Ondes stationnaires
4.5. Pertes dans la ligne
5. Conclusion
CHAPITRE 4 : Réalisation pratique d’un émetteur FM
1. Schéma du circuit de l’émetteur
2. Schéma synoptique et étude des différents étages
2.1. Le microphone
2.2. L’amplificateur Basse Fréquence
2.3. L’oscillateur
2.4. Le modulateur
3. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE
