modulation et onde porteuse

[Bruno0693]

Bonjour,

Je n'ai pas de formation spécifique en physique (juste le bac) et je m'interroge sur le fonctionnement d'une radio. J'ai lu les topics connexes à cette question mais il y a encore bien des choses que je ne comprends pas, notamment la notion d'onde porteuse.

Supposons un émetteur, un instrument de musique par exemple, qui émet un la à 440 Hz. Je souhaite transmettre ce son à distance à l'aide d'une radio.

Le "la" en question est d'abord enregistré par un microphone et on obtient un signal "électrique" sinusoïdal à 440 Hz.

On veut ensuite transmettre cette information à un récepteur à l'aide des ondes EM.

Si j'ai bien compris ce que j'ai lu ici ou là, on ne peut transmettre directement l'onde à 440 Hz, il faut d'abord l'amplifier. Cela signifie qu'on a un signal S de grande fréquence.

Interviennent ensuite deux notions que je ne comprends absolument pas :

1- La modulation.
On peut moduler l'amplitude ou la fréquence du signal S et on obtient un signal S' prêt à être décodé par le transmetteur. Mais pourquoi module-t-on ?

2- L'onde porteuse.
Si j'ai bien compris, on ne peut envoyer directement le signal modulé S'. On l'envoi à "l'intérieur" d'une autre onde appelée "porteuse". Qu'est-ce exactement que cette onde porteuse que reçoit l'émetteur ?

Pardon pour la naïveté de mes questions. J'essaye de m'initier à ces notions qui m'intéressent beaucoup.

Merci d'avance pour vos réponses.
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[obi76]

1°) on module tout simplement parce qu'une onde EM à 440Hz sera EXTRÊMEMENT limitée (si elle existe, ce dont je doute fort). Pour envoyer un signal loin, il faut monter à des fréquences de plusieurs khz minimum, ce qui déjà est largement au dessus de la fréquence audible (qques centaines de khz minimum).

2°) la porteuse est justement une onde EM d'une fréquence spécifique (prenons par exemple 100Mhz). Ici tu as 2 types de modulations (une troisième est possible mais elle nécessite un matériel extrêmement encombrant et coûteux).
On distingue la modulation d'amplitude (l'AM) et la modulation de fréquence (FM).
Pour "décoder" l'AM c'est tout bête : tu met un tuner (un filtre passe bande quoi) qui te ressortira cette fréquence qui a comme enveloppe ce que tu veux écouter). Tu met un filtre passe bas après un redressement, ce qui te permettra de sortir directement le son. Un poste à galène permet cette opération avec 3 composants : une diode à galène, un condensateur et une bobine pour faire le filtre passe bande, la diode pour redresser et le haut parleur qui ne te sort que les basses fréquences, c'est à dire ici le son.

Pour décoder la FM c'est une autre histoire. En fait ce qu'on fait, on sélectionne la fréquence à décoder aussi à l'aide d'un tuner. Cette fréquence modulée (c'est à dire que tu aura un écart de fréquence en fonction de la fréquence à moduler) sera multipliée par un signal de même fréquence mais constant. Une opération trigonométrique simple te permettra de montrer que l'on obtient dans ces cas là le sinus de l'onde portée, et le sinus de 2x la fréquence porteuse (fréquence modulée : à tout péter 20khz, la porteuse est à 100Mhz). Un filtre passe bas et hop !

L'intérêt de l'AM est que c'est tout simple à recevoir et à moduler, l'intérêt de la FM est que quelque soit la distance ou tu sera de l'émetteur est que tant que tu reçois le signal, le décodage te donnera accès au son avec la même qualité ou que tu sois.

Voilà voilà, si tu veux plus de détails, hésite pas.

Cordialement

[Codi19]

Salut pour faire simple
tout ca c'est de la trigo

Sin(a) x Sin(b)= Sin(A+B) + Sin (A- B)

Alors on vas dire Que A est la proteur.
Quant tu induit une bobine u=Ldi/dt = d Phi/dt tu constate que plus
la variation du champ magnétique est rapide , plus la tension de la self est importante.
C'est pareil si tu place 2 bobine.
Une que tu induit (1) et l'autre a proximité relié a un voltemètre (2)
Et en plus si tu change l'angle de la bobine (2) par rapport à la bobine (1)
tu vois une induction plus ou moins grande (polarité d'onde)

Maintnat en faisant varier phi plus rapidement l'induction est plus forte.
Et si tu éloigne la bobine (2) avec son voltmetre au bout d'une certaine distance le voltemetre n'affiche que 0,00v mais si il était plus sensible tu vérais 0,0002v. C'est une limite à la sensibilité des appareil.

Maintnant tu reste la ou tu vois 0,00 v et tu fait augmenter d Phi /dt de la bobine 1 tout a coup le volte meter montre 0.01v c'est la qu'intervient le principe d'onde porteuse.

Si tu parle dans un micro que tu amplifie le signal tu vas peter au max avec un d phi/dt de 3Hhz. alors pour augmenter de d Phi "lol" on fait un multiplication de sinus avec par exemple un A=2 x Pi x F x t
F etant le fréquence de la porteuse exemple 100 Mhz
et B=2 x Pi x 3Khz x t
Sin(a) x Sin(b)= Sin(2Pi x t x [100Mhz + 3Khz] ) +
Sin (2Pi x t x [100Mhz - 3Khz])

et maintenant la mesure en limite que tu avais "0,0002v" que tu ne pouvait pas voir est multipliée par 33333 -> 6,6 V la tu peut t'éloigner de100m tu véra encore de la tension.

Alors pour être encore plus simple et voir ça coté fréquence
Femise =Fproteuse (+/- F signal )
la il y as 2 fréquence une à 100.003Mhz et l'autre à 99.997 Mhz

Pour capter en suite le signal et récuperer ce que tu à envoyer
il faut simplement multiplier le signal par un oscillateur local
[100.003Mhz + 99.997 Mhz ] x 100Mhz -> 3Khz + 200 Mhz
je met un filtre passe bas et j'élimine les 200 Mhz
(c'est un Recepteur Superhétérodyn)

Voila pour l'introduction afin de comprendre le pourquoi du comment.
Sinon regarde coté électronique maintenant que tu à intégré le principe de multiplication de sin et donc d'ajout et supression de fréquence.

[obi76]

Enfin pour commencer on etudie plutot l AM plutot aue la FM, c est plus simple

[A voir en vidéo sur Futura]

[Codi19]

Bof
Mieux vaut attaque directe en QPSK par saut de fréquence
et algorithme de correction NRZ.

Ok choisi l'AM c'est un peu plus simple

[Bruno0693]

Bonjour,

Merci pour vos réponses.

Je laisse, pour le moment, un peu de côté l'aspect "technique" (la Terminale S est loin et il faudrait que je révise les circuits RLC, je ne sais même plus ce qu'est un filtre d'ailleurs...).

Je vais essayer de résumer pour voir si j'ai à peu près compris :

- concernant la modulation d'amplitude :

On part d'un signal d'origine S de faible fréquence, disons un morceau de musique dans la gamme 200 - 1600 Hz. On traite électroniquement ce signal (à l'aide de différents composants) et on obtient un signal S' de grande fréquence, par ex. 100 MHz qui est diffusé par le biais d'une antenne. Ce signal S' est la porteuse (c'est bien ça ?) : sa fréquence est fixe mais son amplitude varie. Lorsqu'il est reçu par un poste récepteur, un nouveau traitement électronique permet de passer de S' à S et on peut écouter le morceau de musique en question.

=> C'est bien ça "en gros" ?

- concernant la modulation de fréquence :

Toujours le signal d'origine S au départ. Là, un traitement électronique permet d'obtenir un signal "porteur" S' dont la fréquence varie ? Ce que je ne comprends pas bien malgré vos explications c'est la chose suivante :

d'après le peu que je sais, un signal S' de fréquence f sera "reçu" par un récepteur si celui-ci comprend un circuit oscillant qui résonne exactement à la fréquence f. Or, dans le cas de la FM, comment le circuit récepteur peut-il recevoir l'onde porteuse si celle-ci varie en fréquence, comment peut-il entrer en résonnance si la fréquence varie...? Hmm faut vraiment que je révise si je veux comprendre un peu mieux parce que là...

Merci d'avance pour vos réponses.

[f6bes]

Bjr Bruno...
Un petit lien explicatif et bien fait (tu peux "sauter" les formules).

http://pedagogie.ac-montpellier.fr:8...tions/SP33.htm

Pour résumer SIMPLEMENT:
Le signal d'origine (BF ou AUDIO) reste lui meme.
Il n'est pas "tranformé" en signal "porteuse" .
Dans un systéme d'émission il y a d'un coté les SIGNAUX à transmettre (BF, Audio, etc..) et
de l'autre le signal TRANSPORTEUR.
Ce n'est pas l'UN qui est "transformé" en AUTRE.
Le signal PORTEUSE existe INDEPANDEMMENT du signal BF ou Audio.
Bonne soirée

[f6bes]

Remoi,
Revenons un peu en arriére.
Le signal audio (ton "la") n' a pas FORCEMENT nécessité d'etre trés AMPLIFIE.
Cela va dépendre surtout du type de MODULATION employée.
L'AM (Modulation en Amplitude) demande un signal audio au moins égal à la demi puissance du signal transporteur pour "moduler" à 100% le signal transporteur.
En FM (Modulation de FRéquence) , la "puissance" du signal audio est trés FAIBLE vis à vis du signal porteur.

Une petite analogie hydraulique pour comprendre ce qu'est "moduler" un signal porteur par un autre.

Considére un tuyau d'eau avec une certaine pression (1 bar).
A une extrémité un manométre.
Le manométre (c'est un RECEPTEUR) te fournis une indication (et une SEULE): il y a 1 bar de pression à l'extrémité du tuyau.
Le liquide dans le tuyau est "l'onde porteuse".
La seule chose que tu puisses SAVOIR avec ton mano, c'est il y a t il une pression ou non.C'est peu comme "information", mais DEJA tu peux transmettre des "messages" avec ce dispositif.
Ex:tu mets la pression pendant 1s, tu supprimes la pression, tu mets la pression pendant 3 s.Ton mano va t'indiquer tous ces changements.
A toi de "coder" ce que veulent dire c'est changement de pression.
Tu as donc transmis une information de maniére binaire.
En l'occurence tu viens d'inventer la télégraphie ou le morse (et t'as transmis un "A" . _ un point 1 seconde, un trait 3 secondes)

Allons plus loin.
Ta pression est à 1 bar , mais tu peux te débrouiller pour faire VARIER ce niveau de pression, par exemple jusqu'à 5 bar.
Ton mano va t'indiquer ces varaitions de pression.
Maintenant supposons que tu fasses varier ta pressionde 1 à 5 bars , mais à la vitesse de 440 fois par seconde.Ta vitesse de VARIATION va traduire une fréquence (ton "la") qui va etre transmise par VARIATION de pression (la porteuse) jusqu'à ton mano.
En radio c'est pareil . On AGIT sur un PARAMETRE de l'onde PORTEUSE (son amplitude , sa fréquence, sa phase etc..) que l'on fait VARIER à la vitesse d'un signal à transporter.Reste à l'arrivée à mettre en EVIDENCE (démodulation) ce signal transporté.
Bonne journée

[curieuxdenature]

Bonjour Bruno0693

le problème qui se cache derrière la radio, c'est qu'il faut savoir se faire entendre à des dizaines, voire des centaines de km.
S'il n'y avait qu'un seul émetteur autorisé, le problème serait simple, on amplifie la voix du chanteur au maxi et on balance ça sur une antenne gigantesque et le tour est joué.

Pour éviter la même cacophonie que lorsque tout le monde parle en même temps dans une grande pièce (= 50 émetteurs dans la même gamme de fréquences), on a alloué des fréquences bien précises.

Si on choisi par exemple 200kHz (bande des 1500 mètres) il faut déjà une antenne nettement moins grande, ensuite la puissance emise sera potentiellement nettement plus grande que si on n'utilise pas de fréquence porteuse et finalement on regle le problème de la cacophonie puisque le chanteur ne sera entendu que par ceux qui le veulent bien.
On fait d'une pierre 3 coups.
Voilà pour le pourquoi de la porteuse.

Pour le comment, tu as plusieurs réponses de mes honorables copains.
En AM on module le signal en amplitude, comme son nom l'indique, et en réception on reçoit un signal qu'il faudra débarrasser de la porteuse, devenue inutile. Après traitement, on retrouve la voix du chanteur.

On traite électroniquement ce signal (à l'aide de différents composants) et on obtient un signal S' de grande fréquence, par ex. 100 MHz qui est diffusé par le biais d'une antenne. Ce signal S' est la porteuse (c'est bien ça ?) : sa fréquence est fixe mais son amplitude varie.

quand tu précises "et on obtient un signal...", je dois préciser que ce n'est pas le traitement qui transforme CE signal en HF, on ne fait que le traiter POUR le superposer au signal HF qui lui est généré séparément.
Si ça peut t'aider à y voir plus clair...
a+

[Bruno0693]

Bonjour,

Merci pour vos réponses.

Merci pour le lien, f6bes, et pour ton analogie avec l'hydraulique. Je crois que je saisis un peu mieux les choses maintenant.

En fait on a un signal S qu'on veut transmettre et, indépendamment, une porteuse à haute fréquence. Ensuite, par des opérations électroniques, on modifie la porteuse en fonction du signal S (amplitude, fréquence, ...). Le récepteur reçoit cette porteuse "modifiée" et la décode.

C'est bien ça (en très simplifié) ?

A+,
Bruno.

[invité576543]

- concernant la modulation d'amplitude :

On part d'un signal d'origine S de faible fréquence, disons un morceau de musique dans la gamme 200 - 1600 Hz. On traite électroniquement ce signal (à l'aide de différents composants) et on obtient un signal S' de grande fréquence, par ex. 100 MHz qui est diffusé par le biais d'une antenne. Ce signal S' est la porteuse (c'est bien ça ?) : sa fréquence est fixe mais son amplitude varie. Lorsqu'il est reçu par un poste récepteur, un nouveau traitement électronique permet de passer de S' à S et on peut écouter le morceau de musique en question.

=> C'est bien ça "en gros" ?

En gros, oui.

Quelques détails "plus petits":

Ce signal S' est la porteuse (c'est bien ça ?)

Strictement parler, S' est le signal modulé, obtenu en composant le signal modulant et la porteuse.

sa fréquence est fixe mais son amplitude varie

La fréquence de S' varie aussi, mais il est plus simple de voir la modulation d'amplitude comme la multiplication (en gros) d'une porteuse de fréquence fixe et du signal modulant.

La modulation donne une certaine "largeur" au signal S'. Mathématiquement, on peut parler de la densité de puissance par petit intervalle de fréquence. Pour la porteuse non modulée, toute l'énergie est sur une seule fréquence; mais pour un signal modulé, même un signal modulé en amplitude, la densité s'étale sur un petit intervalle de fréquence autour de la porteuse.

Les antennes et les équipements électroniques sont adaptés à une certaine fréquence, certes, mais admettent une "bande passante" plus ou moins grande, et tout ce qu'on demande est que le signal modulé passe dans cette bande.

- concernant la modulation de fréquence :

Toujours le signal d'origine S au départ. Là, un traitement électronique permet d'obtenir un signal "porteur" S' dont la fréquence varie ?

Plus exactement qui permet d'obtenir un signal modulé d'amplitude fixe dont la fréquence varie très légèrement selon une fonction simple du signal modulant.

d'après le peu que je sais, un signal S' de fréquence f sera "reçu" par un récepteur si celui-ci comprend un circuit oscillant qui résonne exactement à la fréquence f. Or, dans le cas de la FM, comment le circuit récepteur peut-il recevoir l'onde porteuse si celle-ci varie en fréquence, comment peut-il entrer en résonnance si la fréquence varie...?

Essentiellement parce que la largeur de bande est très faible relativement à la fréquence porteuse, par exemple 1/10000 ème. La largeur de résonance d'un circuit résonnant n'est pas nulle, et il suffit de se faire en sorte qu'elle soit plus grande que la largeur du signal, ce qui est facile parce que la largeur est très faible devant la fréquence.

Cordialement,

[curieuxdenature]

Bonjour,

Merci pour vos réponses.

Merci pour le lien, f6bes, et pour ton analogie avec l'hydraulique. Je crois que je saisis un peu mieux les choses maintenant.

En fait on a un signal S qu'on veut transmettre et, indépendamment, une porteuse à haute fréquence. Ensuite, par des opérations électroniques, on modifie la porteuse en fonction du signal S (amplitude, fréquence, ...). Le récepteur reçoit cette porteuse "modifiée" et la décode.

C'est bien ça (en très simplifié) ?

A+,
Bruno.

C'est bien ça.

[Bruno0693]

OK. Merci à tous pour vos réponses. Je vois mieux les choses maintenant.