Comprendre l'électronique par la simulation.
par Serge Dusausay  Espace lecteur  plan du site


 Article 34 
   Quelques informations supplémentaires des pages 205 à 212 du livre.
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La modulation FM est connue par le grand public car elle est exploitée dans la "radio FM". Nous donnons ici quelques compléments sur la F.M.


Qu'est-ce la bande FM ?

C'est une bande de fréquence allouée pour les émissions radiophoniques. Elle couvre de 88 MHz à 108 MHz. Dans cette bande, plusieurs stations cohabitent.

Des règles ont été définies, afin de disposer d'un maximum de stations, tout en respectant certaines contraintes techniques, tant au niveau des émetteurs, que des récepteurs.

Le signal à transmettre a une bande passante bornée [50 Hz, 15 kHz].

Pour "faire rentrer" cette bande dans le domaine F.M., il faut réaliser une transposition du spectre, à l'aide d'un modulateur

Prenons un exemple d'école :
La bande à transmettre doit être portée par ue porteuse à 96 MHz.

La structure d'un modulateur complet, peut être la suivante :
Une modulation de fréquence est réalisée, avec une porteuse de 200 kHz, grâce à un oscillateur local stable.
Le résultat est un encombrement spectral centré autour de 200 kHz (similaire à ce qui est présenté en page 209, mais centré sur 200 kHz)
Une première multiplication de fréquence est réalisée, avec un coefficient 64.
Le spectre résultant est centré sur 64 x 200 kHz = 12,8MHz.
Le nouvel encombrement spectral est alors centré sur 12,8 MHz.
Un mélangeur, qui reçoit un oscillateur local de 10,8 MHz exactement, déplace le spectre vers :
12,8 + 10,8 = 23,6 MHz, bande éliminée par filtrage,
12,8 - 10,8 = 2 MHz, bande conservée : on dispose d'une modulation de fréquence, mais centrée sur 2 MHz.
Une deuxième multiplication est réalisée, par un coefficient de 48.
Le spectre résultant est une modulation de fréquence, centrée sur 96 MHz.
C'est pour des raisons techniques que l'on ne fait pas une modulation à un étage, comme, pour reprendre le même exemple, un oscillateur local à 96 MHz qui ferait office de porteuse simple, sur laquelle on réaliserait une modulation avec le signal audio comme modulant.

La norme impose une excursion en fréquence de 75 kHz.
Un espacement entre canaux (entre stations) est de l'ordre de 200 kHz.

Observons une partie de la bande FM, grâce à l'emploi d'un analyseur de spectre :
Pour des raisons de clarté, il a été présenté une zone de la bande FM.

recopie d'écran scannérisé
Ce que reçoit une antenne dans une bande de 3 MHz, centrée sur 106,1 MHz

Interprétation rapide :

Avec un SPAN de 3 MHz, on reconnait nettement la présence de 5 stations de radiodiffusion :
104,7 MHz (au plus à gauche);
105,1 MHz (la suivante, ici de faible niveau : inférieure à 1 carreau);
106,1 MHz (au centre de l'écran);
106,8 MHz (la suivante);
107,3 MHz (la plus à droite, ici de plus forte amplitude).

Bien entendu, le spectre est "dynamique", et ce à double titre :
- selon l'heure et l'endroit, d'autres stations peuvent émettre, et d'autres ne pas exister.
- le signal transmis étant variable (audio), tous les spectres sont fluctuant, en amplitude et en fréquence. Seule la largeur globale de chaque station est sensiblement invariante avec le temps.
Très schématiquement, ce graphe "danse" comme les afficheurs à LED que l'on peut voir sur certains équaliseurs intégrés sur un préamplificateur. D'ailleurs, ces indicateurs forment un analyseur de spectre (de type parallèle) très sommaire.
analyseur de spectre très sommaire (inutile de cliquer)

Cette recopie d'écran d'analyseur de spectre montrée ci dessus représente donc d'une "photo spectrale" à l'instant t.

Observons plus finement, sur une autre "photo" la station émettant à 106,1 MHz.

recopie d'écran scannérisé
Zoom autour de 106,1 MHz, SPAN de 200 kHz

Le SPAN est ici de 200 kHz. A cette échelle, on remarque que l'encombrement spectral pris par cette station est environ 160 kHz. Cette valeur est légèrement fluctuante selon l'instant.

Remarque :
En examinant ce spectre, il est impossible de "reconnaître" le signal audio transmis, car le son est constitué de multiples sources : instruments de musique, voix...(+ bruit + saturation...)

On peut imaginer une expérience rarissime en pratique : que le son ne soit constitué que d'une note de musique fondamentale, comme une unique corde de guitare, ou une note de piano. Dans ce cas, l'onde modulante est sinusoïdale pure (si la note est sans atténuation), et on se trouve devant un cas "d'école" (ou de simulation, telle la page 208) où la modulation de fréquence l'est par une loi sinusoïdale.

Le spectre présenté ci-dessus montre un modulant de richesse spectrale plus grande qu'une simple raie, comme celui présenté en page 209.


fin de l'article 34

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