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Chapitre 5: Modulation et démodulation du signal
Activité expérimentale
AE n˚7 : Radiocommunications aéronautiques
Travail à réaliser :
Concevoir et réaliser un émetteur et récepteur radio à destination d’un avion de tourisme pour les communications avec d’autres aéronefs et les stations au sol.
Vous réaliserez un compte-rendu de votre travail à rendre en fin de séance et comprenant notamment :
– les schémas des montages retenus avec les valeurs des composants et les éventuelles valeurs caractéristiques
– les graphiques et résultats expérimentaux commentés
– l’analyse des résultats expérimentaux et la réponse au problème posé
Le compte-rendu ne pourra se réduire à une simple liste de réponses aux points de travail donnés dans
chacune des parties. Il s’agit d’éléments destinés à guider votre démarche.
1
Réalisation de l’émetteur radio
. Concevoir un montage un montage permettant de réaliser un émetteur radio pour l’utilisation précisée en
début d’énoncé.
APPEL n˚1 : présenter et justifier le montage expérimental retenu (A1).
. Mettre en œuvre le montage. On changera la fréquence porteuse de telle sorte que l’émetteur soit réalisable
en séance de TP : choisir fp ≈ 7 − 8MHz.
. Visualiser dans les domaines temporel et spectral le signal modulé et vérifier qu’il correspond au résultat
attendu. En particulier on mesurera par la méthode votre choix : la fréquence de la porteuse, les fréquences
des pics latéraux, le facteur de modulation.
. Visualiser l’influence sur le spectre d’une variation de la fréquence du signal modulant, d’une variation
de l’amplitude du signal modulé.
APPEL n˚2 : A partir du spectre du signal modulé, réaliser une mesure de la fréquence du signal modulant à
transmettre en accompagnant cette mesure d’une incertitude (R1).
1
PSI, lycée de l’Essouriau, 2014/2015
Chapitre 5: Modulation et démodulation du signal
2
Activité expérimentale
Réalisation du récepteur radio
. Concevoir un montage permettant de réaliser un récepteur radio pour l’utilisation précisée en début
d’énoncé et sachant que vous ne disposez que de deux GBF pour les deux montrages d’émission et de
réception du signal. Choisir les valeurs des composants, on pourra utiliser un deuxième GBF.
. Mettre en œuvre le montage. On veillera également à ce que la masse des deux montages de réception
soient bien reliées.
. On pourra modéliser les antennes d’émission et de réception par des câbles bifilaires suffisamment longs
(voir annexe). Observer qualitativement la qualité de la transmission du signal en fonction de la fréquence
de l’onde porteuse.
. Visualiser dans les domaines temporel et spectral le signal à chaque étape du montage et vérifier qu’il
correspond au résultat attendu. En particulier on mesurera la fréquence du signal démodulé : est-elle
correcte ?
. Remplacer la résistance du filtre passe-bas par une résistance variable. Observer l’influence de la fréquence de coupure du filtre sur la qualité de la démodulation.
APPEL n˚3 : présenter au professeur le signal obtenu après démodulation (tension et spectre) (R2).
3
Etude de l’influence du déphasage
En pratique le signal de référence utilisé dans la démodulation synchrone ne peut être exactement le signal
porteur utilisé pour la modulation. Les deux signaux sont donc générés par deux générateurs de tension présentant a priori un déphasage ∆Φ, ce qui affecte la restitution du signal après démodulation. L’objectif de cette
partie est d’étudier la qualité de la restitution du signal démodulé en fonction du déphasage ∆Φ. Dans toute
cette partie la fréquence porteuse est fixe.
– Justifier que le montage de l’annexe 5 permet d’introduire un déphasage contrôlé ∆Φ entre le signal
porteur de la modulation et le signal de réfrence de la démodulation. Où le placer dans le montage ?
– Réaliser le montage
– Etude qualitative : faites varier ∆Φ et observer la variation du signal démodulé. Pour quelle valeur de
∆Φ le signal démodulé disparaît ?
– Tracer la courbe de cos ∆Φ en fonction de l’amplitude du signal démodulé. Commenter.
APPEL n˚4 : présenter au professeur la courbe obtenue (R3).
4
Emetteur-récepteur radio pour une communication entre avions de ligne
moyen-courrier (pour les plus rapides)
Modifier l’émetteur-récepteur précédent pour une utilisation à bord d’un avion de ligne moyen courrier. Selon
la montage retenu, on pourra diminuer la valeur de la fréquence porteuse pour que celui-ci soit réalisable en
salle de TP.
APPEL n˚5 : présenter au professeur le montage expérimental retenu (A1).
. Mettre en œuvre le montage d’émission du signal et analyser le spectre du signal modulé.
. Mettre en œuvre le montage de réception du signal et analyser le signal après démodulation : la transmission du signal s’est-elle correctement effectuée ?
2
PSI, lycée de l’Essouriau, 2014/2015
Chapitre 5: Modulation et démodulation du signal
Activité expérimentale
Grille d’évaluation :
Compétence
S’approprier
Capacité(s) associée(s)
- Définir les objectifs de l’approche expérimentale (SA)
Analyser
- Choisir, concevoir et justifier un dispositif expérimental (A1)*
4
Réaliser
- Utiliser une représentation graphique pour effectuer une
mesure (R1)*
1
- Mettre en œuvre un montage expérimental (R2)*
3
- tracer un graphe à partir de données (R3)*
2
Valider
- Confronter un modèle aux résultats expérimentaux (V)
2
Communiquer
- Présenter les étapes de son travail de manière synthétique,
organisée, cohérente et compréhensible (C1)
2
- S’appuyer sur des schémas, des graphes (C2)
1
- Solliciter une aide de manière pertinente (AI)*
2
Autonomie
et
prise d’initiative
Eval.
Coeff. Remarques
1
*capacité évaluée lors de la séance
Grille d’évaluation :
Compétence
S’approprier
Capacité(s) associée(s)
- Définir les objectifs de l’approche expérimentale (SA)
Analyser
- Choisir, concevoir et justifier un dispositif expérimental (A1)*
4
Réaliser
- Utiliser une représentation graphique pour effectuer une
mesure (R1)*
1
- Mettre en œuvre un montage expérimental (R2)*
3
- tracer un graphe à partir de données (R3)*
2
Valider
- Confronter un modèle aux résultats expérimentaux (V)
2
Communiquer
- Présenter les étapes de son travail de manière synthétique,
organisée, cohérente et compréhensible (C1)
2
- S’appuyer sur des schémas, des graphes (C2)
1
- Solliciter une aide de manière pertinente (AI)*
2
Autonomie
et
prise d’initiative
Eval.
Coeff. Remarques
1
*capacité évaluée lors de la séance
3
PSI, lycée de l’Essouriau, 2014/2015
Annexe 1 : Les radiocommunications aéronautiques
Émetteur-récepteur radio dans un avion de tourisme
Les radiocommunications aéronautiques sont dans des bandes de fréquences du spectre radioélectrique, réservée à
l'aéronautique par des traités internationaux. Elles sont utilisées pour les communications entre les pilotes et le
personnel des stations au sol. Elle permet de transmettre des informations importantes pour la sécurité de la
circulation aérienne et l'efficacité de la gestion du trafic aérien. Les fréquences utilisées sont réparties en quatre
bandes appelées « sous-bandes », chacune étant dédiée à une utilisation bien précise, comme indiqué dans le
tableau ci-dessous :
Sous-bande
Hectométrique
Fréquences porteuses concernées
2,850 MHz – 3,155 MHz
Utilisation
Communications régionales jusqu'à 600 km entre le personnel
des stations au sol et les pilotes des aéronefs au-dessus des
parties désertiques, des mers et des océans
Décamétrique
3,4 MHz – 23,350 MHz
Portée d’exploitation mondiale par les avions moyens courriers
et longs courriers
VHF
UHF
108 MHz - 137 MHz
235 MHz - 399,95 MHz
Communications à courte ou moyenne distance
Aéronautique militaire et pour le contrôle d'espace aérien
supérieur (UTA, Upper Traffic Area) au-dessus de 5 800 m.
Chaque bande est elle-même divisée en canaux de fréquences dont l’utilisation est réglementée. Par exemple dans
la bande décamétrique du service aéronautique est entre 3,4 MHz et 23,35 MHz en plusieurs sous bandes avec des
canaux de bande passante 3 kHz (émission de type J3E). Ces dernières sont utilisées pour une portée d’exploitation
mondiale par les avions moyens courriers et longs courriers.
La portée des ondes VHF étant quasi-optique, cette bande est utilisée pour des communications à courte ou
moyenne distance entre les aéronefs et les stations au sol et entre les aéronefs. Le tableau donné ci-dessous intègre
des spécificités propres à la France. La conférence européenne des administrations des postes et
télécommunications pour l'année 2015 va harmoniser cette sous-bande VHF en Europe.
Les stations aéronautiques travaillent en modulation d'amplitude type H3E, avec une porteuse et une bande latérale
supérieure (la bande latérale inférieure est supprimée arbitrairement), la bande passante étant de 2,7 kHz avec un
espacement entre les canaux de 8,33 kHz.
Annexe 2 : Classe d’émission radio (d’après wikipedia)
Annexe 3 : bandes latérales
Spectre d’un signal modulé en amplitude :
a
FEATURES
4-Quadrant Multiplication
Low Cost 8-Lead Package
Complete—No External Components Required
Laser-Trimmed Accuracy and Stability
Total Error within 2% of FS
Differential High Impedance X and Y Inputs
High Impedance Unity-Gain Summing Input
Laser-Trimmed 10 V Scaling Reference
APPLICATIONS
Multiplication, Division, Squaring
Modulation/Demodulation, Phase Detection
Voltage Controlled Amplifiers/Attenuators/Filters
Low Cost
Analog Multiplier
AD633
CONNECTION DIAGRAMS
8-Lead Plastic DIP (N) Package
X1
1
X2
2
Y1
3
Y2
4
1
A
1
10V
1
8
+VS
7
W
6
Z
5
–VS
AD633JN/AD633AN
8-Lead Plastic SOIC (RN-8) Package
PRODUCT DESCRIPTION
The AD633 is a functionally complete, four-quadrant, analog
multiplier. It includes high impedance, differential X and Y
inputs and a high impedance summing input (Z). The low
impedance output voltage is a nominal 10 V full scale provided
by a buried Zener. The AD633 is the first product to offer these
features in modestly priced 8-lead plastic DIP and SOIC packages.
The AD633 is laser calibrated to a guaranteed total accuracy of
2% of full scale. Nonlinearity for the Y input is typically less
than 0.1% and noise referred to the output is typically less than
100 µV rms in a 10 Hz to 10 kHz bandwidth. A 1 MHz bandwidth, 20 V/µs slew rate, and the ability to drive capacitive loads
make the AD633 useful in a wide variety of applications where
simplicity and cost are key concerns.
Y1
1
Y2
2
–VS
3
Z
4
1
1
1
10V
A
8
X2
7
X1
6
+VS
5
W
AD633JR/AD633AR
W=
(X1 – X2) (Y1 – Y2)
10V
+Z
PRODUCT HIGHLIGHTS
1. The AD633 is a complete four-quadrant multiplier offered in
low cost 8-lead plastic packages. The result is a product that
is cost effective and easy to apply.
The AD633’s versatility is not compromised by its simplicity.
The Z-input provides access to the output buffer amplifier,
enabling the user to sum the outputs of two or more multipliers,
increase the multiplier gain, convert the output voltage to a
current, and configure a variety of applications.
2. No external components or expensive user calibration are
required to apply the AD633.
The AD633 is available in an 8-lead plastic DIP package (N)
and 8-lead SOIC (R). It is specified to operate over the 0°C to
70°C commercial temperature range (J Grade) or the –40°C to
+85°C industrial temperature range (A Grade).
4. High (10 MΩ) input resistances make signal source loading
negligible.
3. Monolithic construction and laser calibration make the
device stable and reliable.
5. Power supply voltages can range from ± 8 V to ± 18 V. The
internal scaling voltage is generated by a stable Zener diode;
multiplier accuracy is essentially supply insensitive.
REV. E
Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and
reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its
use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that
may result from its use. No license is granted by implication or otherwise
under any patent or patent rights of Analog Devices.
One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.
Tel: 781/329-4700
www.analog.com
Fax: 781/326-8703
© Analog Devices, Inc., 2002
Annexe 5 : circuit déphaseur
TL081 Wide Bandwidth JFET
Input Operational Amplifier
General Description
The TL081 is a low cost high speed JFET input operational
amplifier with an internally trimmed input offset voltage
(BI-FET IITM technology). The device requires a low supply
current and yet maintains a large gain bandwidth product
and a fast slew rate. In addition, well matched high voltage
JFET input devices provide very low input bias and offset
currents. The TL081 is pin compatible with the standard
LM741 and uses the same offset voltage adjustment circuitry. This feature allows designers to immediately upgrade the
overall performance of existing LM741 designs.
The TL081 may be used in applications such as high speed
integrators, fast D/A converters, sample-and-hold circuits
and many other circuits requiring low input offset voltage,
low input bias current, high input impedance, high slew rate
and wide bandwidth. The devices has low noise and offset
voltage drift, but for applications where these requirements
are critical, the LF356 is recommended. If maximum supply
current is important, however, the TL081C is the better
choice.
Features
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Internally trimmed offset voltage
Low input bias current
Low input noise voltage
Low input noise current
Wide gain bandwidth
High slew rate
Low supply current
High input impedance
Low total harmonic distortion AV e 10,
RL e 10k, VO e 20 Vp-p,
BW e 20 Hzb20 kHz
Low 1/f noise corner
Fast settling time to 0.01%
15 mV
50 pA
25 nV/0Hz
0.01 pA/0Hz
4 MHz
13 V/ms
1.8 mA
1012X
k 0.02%
50 Hz
2 ms
Simplified Schematic
Typical Connection
TL/H/8358– 1
Connection Diagram
TL/H/8358– 2
Dual-In-Line Package
TL/H/8358– 4
Order Number TL081CP
See NS Package Number N08E
BI-FET IITM is a trademark of National Semiconductor Corp.
C1995 National Semiconductor Corporation
TL/H/8358
RRD-B30M125/Printed in U. S. A.
TL081 Wide Bandwidth JFET Input Operational Amplifier
December 1995