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M2107 : Principes des transmissions radio
TRAVAUX PRATIQUES
TP N°2
MODULATION & DEMODULATION
DE FREQUENCE ANALOGIQUE (FM)
Lors de ce TP, vous allez observer les effets de la modulation de fréquence d'une sinusoïde
porteuse à haute fréquence (par rapport à la fréquence maximale du signal).
Il s'agit ici de réaliser des montages sur les maquettes EMONA, qui reproduisent les principes de
modulation de fréquence.
Pour avoir une vision complète de ce type de modulation, vous étudierez les signaux dans le domaine
temporel (oscilloscope) ainsi que dans le domaine fréquentiel (Analyseur de spectre), avec des mesures
sur les indices de modulation, les puissances des signaux mises en jeu, la démodulation étant plus
complexe que pour les modulations AM, nous ne la traiterons pas par manque de temps.
Le message à transmettre est appelé le modulant, le signal « support » permettant la transmission à
haute fréquence est appelé la porteuse et le signal émis par l'antenne est appelé le signal modulé
FM.
La figure 1 représente ces 3 signaux présents sur le modulateur FM :
FM
FM
Les balises graphiques suivantes indiquent :
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des manipulations
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_
un passage théorique nécessaire à la compréhension
Dans cette modulation, il s'agit de faire varier linéairement la fréquence d'une sinusoïde (porteuse à
haute fréquence) en fonction d'une tension correspondante au message à transmettre.
Notations utilisées pour :
_ le message basse fréquence : m(t) peut être un simple cosinus (2KHz sine MASTER
SIGNALS ) ou de la parole, musique (issues du microphone SPEECH)...
_ la porteuse haute fréquence : p(t) = VP . cos(2.π.fP .t) (100KHz sine MASTER SIGNALS)
_ le signal modulé FM :
S. DELAUNAY
SFM (t)
N'OUBLIEZ PAS DE RELIER VOS MASSES !!!
DUT RT CAEN
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OBSERVATION DU CHRONOGRAMME ET DU SPECTRE D'UN
SIGNAL MODULE EN FREQUENCE :
Lors des derniers TP sur les modulations d'amplitude, vous avez eu l'occasion d'étudier les
chronogrammes et spectres des signaux nous servant de modulant (sinusoïde puis tension issue du
module « SPEECH »). Ces mêmes signaux vont être ré-utilisés dans la modulation de fréquence, vous
pouvez donc reprendre vos résultats d'observation des TP précédents (spectres, occupations spectrale,
etc.) pour les présenter ici et gagner du temps. La porteuse sera ici générée par le module « V.C.O. »,
qui n'est autre que le plus simple des modulateurs de fréquence.
La démodulation de fréquence proposée sur la maquette EMONA s'avère assez complexe et ne sera pas
utilisée ici par manque de temps.
I.
Préparation théorique :
A partir du CM, donnez les principaux avantages de cette modulation par rapport aux modulations
d'amplitude.
Donnez la formule (avec son nom) permettant d'évaluer la largeur de bande occupée par le signal
modulé en fréquence.
Dans la documentation des maquettes EMONA, relevez les caractéristiques du module « V.C.O. » et
explicitez les différents paramètres (GAIN, freq, HI/LO) du signal sinusoïdal généré en sortie
(SINE).
A partir des informations données sur le modulant sinusoïdal dans cette même documentation, vous
allez estimer l'occupation spectrale du signal modulé en fréquence avec les réglages extrêmes du
gain du VCO (aux 2 positions extrêmes, à gauche puis à droite, voir doc EMONA).
II. Réglages du modulateur, puis observation et mesures du
spectre du signal FM :
Pour bien observer les effets de la modulation en terme de spectre, vous pouvez préparez l'analyseur de
spectre SPECTRAN 5030 X, avec le DC Blocker et l'adaptateur SMA/BNC et un câble BNC/banane
2mm, ainsi que l'oscilloscope.
→ Présentez le spectre théorique bilatéral du modulant sinusoïdal noté |M SIN(f)| en
fonction de la fréquence.
→ La fréquence du sinus issu du VCO doit être réglé à une fréquence de 100 kHz, vérifiez
ce réglage en laissant l'entrée du VCO « en l'air ».
→ Réglez une tension continue de 1V issue du module Variable DC, que vous allez
contrôler grâce au voltmètre de table.
→ Pour s'assurer de la valeur du gain G = 1, vous allez appliquer en entrée du VCO cette
tension de 1V DC et mesurez la fréquence de sortie à l'oscilloscope.
S. DELAUNAY
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a.
Relevé de la caractéristique du modulateur de fréquence :
→ Reproduisez ces mesures sans toucher au gain, mais en faisant varier la tension DC de
-2V à +2V par pas de 0,5V. Dans un tableur, relevez ces mesures et tracez la caractéristique
d'entrée/sortie du modulateur FM.
b.
Modulant sinusoïdal (Sine 2KHz) :
→ Appliquez en entrée du VCO, le sinus à 2KHz issu du module « Master signals ».
→ Relevez les chronogrammes du modulant et du signal FM et commentez les en faisant
apparaître les amplitudes crête à crête ainsi que les fréquences des 2 signaux (via la mesure de la
période) correspondantes au passage par le sinus en son maximum, minimum et zéro. Mesurez à
l'oscilloscope la valeur efficace de ce signal FM, comparez là à celle de la seule porteuse avant
modulation et commentez.
→ Relevez le spectre du signal FM grâce au SPECTRAN. Vous réglerez le SPAN en prenant
20% de plus que la bande de Carson calculée dans la préparation théorique (G = 1).
→ Faites apparaître les fréquences et écarts de fréquences caractéristiques sur votre capture
d'écran.
Après avoir fait cette capture d'écran, vous allez changer la valeur du gain en faisant très lentement
varier la position du bouton GAIN vers la droite.
→ Observer le spectre à la fréquence porteuse (100KHz) et commentez ce qui se passe.
→ Relevez la valeur du gain ainsi réglé en appliquant 1V DC en entrée du VCO et en
déduire la valeur de l'indice de modulation β, c'est celle utilisée dans les émissions de radio diffusion
commerciale.
→ Tournez le bouton GAIN dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à sa position extrême.
→ Relevez à nouveau le spectre du signal FM. Vous réglerez le SPAN en prenant 20% de plus
que la bande de Carson calculée dans la préparation théorique (G = 2).
→ Faites apparaître les fréquences et écarts de fréquences caractéristiques sur votre capture
d'écran.
→ Si le temps le permet, retracez la caractéristique d'entrée/sortie du modulateur FM ainsi
réglé et vérifier la valeur du gain.
S. DELAUNAY
N'OUBLIEZ PAS DE RELIER VOS MASSES !!!
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