Electronique radiofréquence (RF) 2A Séquence 7 Supports de cours -Poly Electronique Radiofréquence Georges Seignier/ André Pacaud (GIF) -Livre Electronique.

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1 Electronique radiofréquence (RF) 2A Séquence 7 Supports de cours -Poly Electronique Radiofréquence Georges Seignier/ André Pacaud (GIF) -Livre Electronique d’André Pacaud (ellipse) + Technique de l’ingénieur -Électronique appliquée aux hautes fréquences (Dunod) François de Dieuleveult, ‎Olivier Romain Séances: 12 séances de cours Professeure responsable/ Dr. LEGRANI Ouarda (ouarda.legrani@supelec.fr) 4 séances de TD (lignes de transmission, paramètres S, oscillateur, bruit) 4 séances de TL (Câbles coaxiaux, PLL et Amplificateur sélectif) LEGRANI Ouarda/ LEVEY Annie/ MAUFOY Jean/ HOUZELLE Yves Objectif du cours: Etude des opérations permettant de réaliser une Transmission émetteur-récepteur Canal matérialisé ou non (fibre optique, câbles, ondes hertziennes…) Signal BF

2 Electronique radiofréquence (RF) 2A Séquence 7 Antenne Haut Parleur micro Problématique: Signal BF pas adapté à la propagation dans l’atmosphère Solution: Transformer le signal BF en une forme adaptée au canal de transmission (ici atmosphère) Comment? Utilisation d ‘un « signal porteur », appelé « porteuse », ayant une fréquence suffisamment élevée pour permettre la propagation dans l’atmosphère (notion de RF) Modification de l’une des caractéristiques : l’amplitude, la phase ou la fréquence, au rythme du signal basse fréquence qui constitue le son. Cette opération s’appelle : « la modulation de la porteuse» -> réalisé par l’émetteur.

3 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 1. Notion de radiofréquence Domaine des audiofréquences -> domaine des basses fréquences (10-20kHz) Les hautes fréquences s’étendent d’une centaine de kHz à 1GHz Fréquences > 1GHz -> domaine des hyperfréquences. Domaine des « radiofréquences »: 10kH à 100 GHz Il existe différentes gammes de fréquences Les gammes de fréquences sont répertoriées suivants des normes internationales.

4 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7

5 2. Quelques définitions… pour mettre les choses au clair!!! Signal modulant: signal basse fréquence (signal d’entrée/signal à transmettre: voix….) Porteuse: signal modulé (HF) par le signal modulant (BF) afin de transporter l’information Modulation :processus par lequel le signal est transformé de sa forme originale en une forme adaptée au canal de transmission Différent type de modulation existent: -Modulation d’amplitude (AM) -Modulation de Fréquence (FM) -Modulation de phase Dans ce chapitre, nous allons nous intéresser exclusivement aux modulations AM et FM On verra toutefois que la modulation de phase peut-être traitée de façon analogue à la FM 3. Modulation d’amplitude (AM) La modulation d'amplitude consiste à faire varier l'amplitude d'un signal HF (porteuse) en fonction du signal d’entrée (BF) contenant l'information à transmettre. Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7

6 3.1 Exemple d’un signal modulé en amplitude Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 Signal à transporter (BF) Signal (HF) modulée par le signal modulant Enveloppe du signal modulé suis le signal BF Porteuse à l’interieure Plusieurs types de AM peuvent être distinguées -modulation d’amplitude à double bande latérale avec porteuse (DBAP) -modulation d’amplitude à double bande latérale sans porteuse (DBSP) -modulation d’amplitude à Bande Latérale Unique (BLU) A titre d’exemple, nous traiterons dans ce chapitre seulement le 1 er cas. Nous considèrerons, dans une première approche, la modulation d’amplitude comme étant une simple opération de multiplication

7 3.2. Modulation d’amplitude à double bande latérale avec porteuse Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 Opération de multiplication permettant de réaliser une modulation d’amplitude: 1 + m(t) Acos(ω 0 t) [1 + m(t)]  signal modulé s(t) Acos(ω 0 t) représente la porteuse de pulsation ω 0 m(t) représente le signal de modulation Considérant le cas particulier où le signal modulant est sinusoïdal avec m(t)= m cos(Ωt) où Ω représente sa pulsation Dans ce cas particulier le signal modulé s’écrit: s(t) = Acos(ω 0 t) [1 + mcos(Ωt) ] En développant l’expression on obtient:

8 Spectre du signal modulé On calcule la transformée de Fourier du signal s(t) La décomposition du signal en trois termes correspond au spectre suivant: Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 Porteuse raies latérale A noter!! La porteuse n’apporte aucune information, elle est donc inutile L’information est contenue seulement dans les deux bandes latérales mais attention les deux bandes apportent exactement la même information: on a ce que l’on appelle redondance de l’information On pourrait donc se contenter de sélectionner qu’une seul bande (cas BLU) à la réception Question: Alors pourquoi s’interesser au cas DBAP? Car la démodulation se fait de façon très simple contrairement à la AM BLU qui complique le processus de réception du signal Remarque: pour traiter le cas DBSP, il suffit d’éliminer la composante continue du signal modulant (« +1 »)

9 Spectre du signal modulé dans le cas d’un signal modulant quelconque Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7

10 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 4. Modulation de fréquence (FM) Un signal (porteur d’information) dont l’amplitude est constante mais la fréquence varie en fonction de la valeur d’un autre signal (message), représente un signal modulé en fréquence Notons la fréquence instantanée f i de la porteuse, modulée en fréquence. On peut écrire : f 0 : fréquence de la porteuse non modulée s m (t): signal modulant basse fréquence Δf : excursion de fréquence Exemple d’un signal modulé en fréquence

11 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 Ainsi, on a:

12 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 avec

13 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7

14 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7

15 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 Spectre pour différentes valeurs de m

16 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 4.2. bande de Carson

17 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 4.2. Exemple s de calcul de la bande de Carson Question: Quel est l’intérêt de la FM par rapport à la AM? L’intérêt principal résulte du fait que les parasites atmosphériques, qui provoquent une forte modulation d’amplitude par l’intermédiaire d’une atténuation variable dans le temps, ne provoquent qu’une faible déviation de la fréquence. Un signal FM est donc plus robuste au bruit lors de la transmission par voie hertzienne qu’un signal AM.

18 Chapitre I: Introduction Architecture des circuits RF 2A Séquence 7 5. Structure l’émetteur Cas de la modulation d’amplitude La porteuse est modulée en amplitude par le signal modulant, grâce à un modulateur (voir plus loin). La sortie du modulateur attaque un amplificateur sélectif dont la fréquence centrale correspond à celle de la porteuse. La sortie de l’amplificateur sélectif attaque l’antenne d’émission. Cas de la modulation de fréquence Dans le cas de la modulation de fréquence, le signal modulant agit sur la commande d’un oscillateur commandé en tension (voir plus loin). La fréquence de sortie de cet oscillateur varie au rythme du signal modulant. La sortie de l’oscillateur est envoyée sur l’entrée d’un amplificateur sélectif centré sur la fréquence moyenne de l’oscillateur. Enfin, la sortie de l’amplificateur sélectif attaque l’antenne d’émission.

19 Problèmes à résoudre au niveau du récepteur L’un des problèmes à résoudre au niveau du récepteur concerne la sélectivité. La première idée qui vient à l’esprit pour choisir l’un des émetteurs de la gamme, consiste à utiliser un filtre passe-bande à fréquence centrale variable et de le positionner sur l’émetteur choisi. Le problème qui est associé à cette technique est lié à la difficulté de réaliser un filtre dont la bande passante reste constante lorsque sa fréquence centrale change. En effet, notons Q =f0/ Δf le coefficient de surtension du filtre, avec : f 0: fréquence centrale du filtre Δf : bande passante à 3dB Si l’on admet que Q est sensiblement constant dans toute la gamme et que la fréquence centrale augmente, il en résulte obligatoirement que Δf augmente La sélectivité est donc moins bonne aux fréquences élevées qu’aux fréquences basses, puisque l’augmentation de la bande passante du filtre passe-bande entraîne une moins bonne réjection des émetteurs voisins de l’émetteur sélectionné.

20 Solution: transposition de fréquence Le principe de la transposition consiste à déplacer le spectre devant une « fenêtre fixe » (filtre passe-bande fixe), alors que dans le principe précédent on déplaçait une fenêtre (filtre) devant le spectre. Transposition de fréquence – Récepteur superhétérodyne - un mélangeur - un oscillateur local (OL) - un filtre passe-bande centré sur « une fréquence intermédiaire » (FI) L’entré du mélangeur reçoit le signal HF. Soit par exemple A.cosωet le signal HF et B.cosω0t celui de l’oscillateur local OL.

21 On obtient deux termes correspondants à la somme et à la différence des pulsations des entrées HF et OL. On ne conserve que l’un des deux termes, l’autre étant éliminé par filtrage. C’est le rôle du filtre passe-bande centré sur FI. Souvent, on ne conserve que la différence des pulsations.

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23 Fréquence image