Radio AM
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La modulation d'amplitude

Spectre en fréquence d'une modulation d'amplitude
Spectre en fréquence d'une modulation d'amplitude

En Europe, les radios publiques et commerciales émettent en AM en ondes longues (OL ou GO ou LW de 150 kHz - 281 kHz), moyennes (OM ou PO ou MW de 520 kHz - 1 620 kHz) et courtes (OC ou SW sur 12 bandes de 2 300 kHz à 26 100 kHz). En Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de l'Afrique par l'océan...) du nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), en mode commercial (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.), les stations de radio (A supprimer) en modulation d'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) émettent dans la bande 540-1610 kHz.

La modulation d'amplitude est la variation en amplitude d'un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes...) électrique haute fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) HF modulé par un signal électrique basse fréquence BF, elle se traduit par l'adjonction à la fréquence porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est modulée par le signal utile (audio, vidéo, données) en vue, soit de sa diffusion au moyen d’un émetteur, soit de...) HF de deux bandes latérales (supérieure et inférieure) qui transportent le signal audio.

Explications

Si on émet un signal audio de 2 kHz sur 765 kHz (émetteur de Sottens en ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) moyennes par exemple), on aura dans le signal :

  • i : Bande latérale inférieure (porteuse - signal modulant) / Fréquence : 765-2=763 kHz
  • P : Porteuse / Fréquence 765 kHz
  • s : Bande latérale supérieure (porteuse + signal modulant) / Fréquence : 765+2=767 kHz
  • iiPss : Forme du signal émis sur un analyseur de spectre

Structure d'un émetteur AM

Image:EmAM.png

La figure ci-dessus montre la structure d'un émetteur de radiodiffusion en modulation d'amplitude :

  • la porteuse haute fréquence (par exemple 1 MHz pour une émission en ondes moyennes) est générée par un oscillateur (En physique, un oscillateur est un système manifestant une variation périodique dans le temps (ou pseudo-périodique s'il existe une dissipation d'énergie). Les exemples les...), nommé maître-oscillateur ; sa fréquence est stabilisée par un quartz ;
  • le signal de l'oscillateur est amplifié par un ou plusieurs étages (selon la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de l'émetteur) travaillant en classe C, de façon à obtenir un bon rendement ;
  • les différentes sources audio, tourne-disques, lecteurs de disques compacts, magnétophones, micros (non-illustrés) sont raccordées chacune à un amplificateur (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) adapté qui corrige les non-linéarités en fréquence éventuelles des transducteurs (cellule du tourne-disques, tête de lecture magnétique...) ;
  • un sommateur permet de combiner les différentes sources, de régler leur intensité, de réaliser des effets (fade in, fade out) ; ce bloc est aussi appelé table de mixage ;
  • le signal de sortie du sommateur est appliqué à un ampli audio travaillant en classe A de façon à minimiser les distorsions ;
  • le modulateur est un ampli audio de puissance ; il doit être capable de fournir la puissance nécessaire aux bandes latérales, soit au maximum 50% de la puissance de la porteuse ; afin d'obtenir une bonne linéarité et un rendement honorable, on utilise souvent un amplificateur de type push pull fonctionnant en classe B ou AB ;
  • la porteuse amplifiée et le signal audio amplifié sont appliqués à l'étage final d'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.), nommé PA (Power Amplifier) travaillant en classe C ; la technique la plus répandue est la modulation par l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une...), où le signal RF est appliqué à la grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du tube de télévision. Une grille d'arrêt est un élément du tube de télévision. Une grille de contrôle est un élément du...) d'un tube à vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) (ou à la base d'un transistor) et le signal audio est superposé au signal d'alimentation Vcc de l'étage final ;
  • le signal de sortie du PA est envoyé à l'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.), éventuellement à travers une ligne de transmission (Une ligne de transmission est un ensemble d'un (en réalité deux si l'on considère la masse), deux ou plusieurs conducteurs acheminant de concert un...) si antenne et récepteur sont physiquement séparés.

Largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la...) de bande utilisée

En Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire...), la largeur de canal dans les gammes d'ondes nommées plus haut est de 9kHz. Nous avons vu que la largeur du spectre du signal modulé est le double de la plus haute fréquence présente dans le signal modulant. Donc nous pouvons transmettre un signal audio de 4,5kHz au maximum. Cela explique pourquoi la qualité des émissions en AM est mauvaise. Cela n'est pas dû au type de modulation utilisée, mais à la largeur de bande disponible.

En Amérique du Nord, on utilise des canaux de 10 kHz au lieu de 9 comme en Europe. On peut donc transmettre des signaux de 5 kHz au maximum. Les fréquences d'émission vont de 530 kHz à 1600 kHz pour la bande standard et de 1610 à 1710 kHz pour la bande X (Dans les télécommunications radio, la bande X est une plage de fréquences aux alentours de 8 GHz. Elle est attribuée a l'armée. On la retrouve également...) (extended band). La seule radio francophone de la bande X est Radio-union, une station radio de faible puissance (1 kW) destinée à la communauté haïtienne de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue un centre majeur du commerce, de l'industrie, de la...). Il existe aussi des stations AM stéréophoniques qui utilisent une largeur de bande de 12 kHz.

Puissance émise utilisée

Lorsque l'on module une porteuse en amplitude, la puissance émise augmente.

Ptot = Pport.(1+k²/2)

où k est le taux de modulation moyen (0 < k < 1).

Un émetteur de 100 Watts (puissance de la porteuse) émettra donc une puissance maximum de 150 W si k = 1 :

  • la porteuse 100 W
  • la bande latérale inférieure : 25 W
  • la bande latérale supérieure : 25 W

En fonctionnement normal, le taux moyen de modulation est relativement faible. Ceci est dû à la nature du signal sonore (paroles, musique), dont le niveau moyen est faible par rapport au niveau maximum.

Mais pourquoi utiliser l'AM ?

C'est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement parce que c'est très facile à mettre en œuvre. Côté récepteur, une simple diode (autrefois un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union...) de galène) et un condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de pouvoir recevoir et rendre une charge électrique, dont la valeur est proportionnelle à la tension. Il se...) suffisent à faire un démodulateur (Un démodulateur est un appareil de réception de signaux hertziens grand public principalement employé dans le domaine de la réception de la télévision analogique ou numérique par satellite ou terrestre.) AM (détection). Côté émetteur, il suffit d'un simple transistor dans lequel on injecte le signal modulant et la porteuse pour créer notre modulation d'amplitude.

En Amérique du Nord, la limite en puissance d'une station AM a été limité à 50 kW, une limite bien plus faible qu'en Europe.

Conclusion

La modulation d'amplitude est très simple à mettre en œuvre, contrairement à la FM.

Ses points forts :

  • Simple à mettre en œuvre ;
  • Largeur de bande limitée à 2x la fréquence maximum présente dans le signal transmis.

Ses points faibles :

  • Sensibilité aux parasites ;
  • Une grande partie de la puissance de l'émetteur sert à émettre la porteuse, qui ne véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) aucune information, celle-ci étant entièrement véhiculée par les bandes latérales.

Pas étonnant donc que, pour améliorer le rendement, on ait parfois recours à des émissions sans porteuse :

  • DSB (Double SideBand) : on émet les deux bandes latérales, mais on supprime la porteuse (cette technique est toutefois peu utilisée, on préfère la BLU ou SSB
  • SSB (Single SideBand, ou BLU, Bande Latérale Unique) : on supprime la porteuse et une des deux bandes latérales. Toute l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) émise sert donc à émettre la bande latérale restante ; cette technique permet une amélioration du rendement et une division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la...) par 2 de la largeur de bande ; malheureusement, le récepteur est plus compliqué, car on doit recréer dans le récepteur la porteuse supprimée pour pouvoir démoduler le signal.
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