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 commu-nications 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 caractéris-

tiques– 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 danschacune 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 fréquencesdes pics latéraux, le facteur de modulation.

. Visualiser l’influence sur le spectre d’une variation de la fréquence du signal modulant, d’une variationde l’amplitude du signal modulé.

APPEL n 2 : A partir du spectre du signal modulé, réaliser une mesure de la fréquence du signal modulant àtransmettre en accompagnant cette mesure d’une incertitude (R1).

1 PSI, lycée de l’Essouriau, 2014/2015

Chapitre 5: Modulation et démodulation du signal Activité expérimentale

2 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 deréception 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 réceptionsoient 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 fréquencede l’onde porteuse.

. Visualiser dans les domaines temporel et spectral le signal à chaque étape du montage et vérifier qu’ilcorrespond au résultat attendu. En particulier on mesurera la fréquence du signal démodulé : est-ellecorrecte ?

. Remplacer la résistance du filtre passe-bas par une résistance variable. Observer l’influence de la fré-quence 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 déphasageEn 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 pré-sentant a priori un déphasage ∆Φ, ce qui affecte la restitution du signal après démodulation. L’objectif de cettepartie est d’étudier la qualité de la restitution du signal démodulé en fonction du déphasage ∆Φ. Dans toutecette partie la fréquence porteuse est fixe.

– Justifier que le montage de l’annexe 5 permet d’introduire un déphasage contrôlé ∆Φ entre le signalporteur 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 lignemoyen-courrier (pour les plus rapides)

Modifier l’émetteur-récepteur précédent pour une utilisation à bord d’un avion de ligne moyen courrier. Selonla montage retenu, on pourra diminuer la valeur de la fréquence porteuse pour que celui-ci soit réalisable ensalle 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 trans-mission 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 Capacité(s) associée(s) Eval. Coeff. RemarquesS’approprier - Définir les objectifs de l’approche expérimentale (SA) 1

Analyser - Choisir, concevoir et justifier un dispositif expérimental (A1)* 4

Réaliser - Utiliser une représentation graphique pour effectuer unemesure (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

Autonomie etprise d’initiative

- Solliciter une aide de manière pertinente (AI)* 2

*capacité évaluée lors de la séance

Grille d’évaluation :

Compétence Capacité(s) associée(s) Eval. Coeff. RemarquesS’approprier - Définir les objectifs de l’approche expérimentale (SA) 1

Analyser - Choisir, concevoir et justifier un dispositif expérimental (A1)* 4

Réaliser - Utiliser une représentation graphique pour effectuer unemesure (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

Autonomie etprise d’initiative

- Solliciter une aide de manière pertinente (AI)* 2

*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 Fréquences porteuses concernées Utilisation

Hectométrique 2,850 MHz – 3,155 MHz 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 108 MHz - 137 MHz Communications à courte ou moyenne distance

UHF 235 MHz - 399,95 MHz 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 :

REV. E

Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate andreliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for itsuse, nor for any infringements of patents or other rights of third parties thatmay result from its use. No license is granted by implication or otherwiseunder any patent or patent rights of Analog Devices.

aAD633

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

Low CostAnalog Multiplier

CONNECTION DIAGRAMS8-Lead Plastic DIP (N) Package

AD633JN/AD633AN

1

2

3

4

8

7

6

5

110V

X1

X2

Y1

Y2

W

Z

+VS

–VS

A

1

1

8-Lead Plastic SOIC (RN-8) Package

AD633JR/AD633AR

1

2

3

4

8

7

6

5

110V

X1

X2Y1

Y2

WZ

+VS–VS A

1 1

W =(X1 – X2) (Y1 – Y2)

+ Z10V

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

PRODUCT DESCRIPTIONThe AD633 is a functionally complete, four-quadrant, analogmultiplier. It includes high impedance, differential X and Yinputs and a high impedance summing input (Z). The lowimpedance output voltage is a nominal 10 V full scale providedby a buried Zener. The AD633 is the first product to offer thesefeatures in modestly priced 8-lead plastic DIP and SOIC packages.

The AD633 is laser calibrated to a guaranteed total accuracy of2% of full scale. Nonlinearity for the Y input is typically lessthan 0.1% and noise referred to the output is typically less than100 µV rms in a 10 Hz to 10 kHz bandwidth. A 1 MHz band-width, 20 V/µs slew rate, and the ability to drive capacitive loadsmake the AD633 useful in a wide variety of applications wheresimplicity and cost are key concerns.

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 acurrent, and configure a variety of applications.

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 to70°C commercial temperature range (J Grade) or the –40°C to+85°C industrial temperature range (A Grade).

PRODUCT HIGHLIGHTS1. The AD633 is a complete four-quadrant multiplier offered in

low cost 8-lead plastic packages. The result is a product thatis cost effective and easy to apply.

2. No external components or expensive user calibration arerequired to apply the AD633.

3. Monolithic construction and laser calibration make thedevice stable and reliable.

4. High (10 MΩ) input resistances make signal source loadingnegligible.

5. Power supply voltages can range from ±8 V to ±18 V. Theinternal scaling voltage is generated by a stable Zener diode;multiplier accuracy is essentially supply insensitive.

Annexe 5 : circuit déphaseur

TL/H/8358

TL081

Wid

eB

andw

idth

JFET

InputO

pera

tionalA

mplifie

rDecember 1995

TL081 Wide Bandwidth JFETInput Operational Amplifier

General DescriptionThe 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 circuit-

ry. 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.

FeaturesY Internally trimmed offset voltage 15 mVY Low input bias current 50 pAY Low input noise voltage 25 nV/0HzY Low input noise current 0.01 pA/0HzY Wide gain bandwidth 4 MHzY High slew rate 13 V/msY Low supply current 1.8 mAY High input impedance 1012XY Low total harmonic distortion AV e 10, k0.02%

RL e 10k, VO e 20 Vp-p,

BW e 20 Hzb20 kHzY Low 1/f noise corner 50 HzY Fast settling time to 0.01% 2 ms

Typical Connection

TL/H/8358–1

Connection Diagram

Simplified Schematic

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 RRD-B30M125/Printed in U. S. A.