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Sections => Discussion Générale d'Électronique => Discussion démarrée par: Aziz le Août 12, 2020, 08:07:23 pm
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Bonjour tout le monde,
J espère que vous allez bien.
En fait J ai une question sur la modulation de fréquence. En effet, d après ce que j ai compris, le principe de la FM consiste à mettre une haute fréquence de la porteur quand l onde modulante est haute et une fréquence basse quand l onde modulante est basse.
Ma question est donc la suivante : ayant donc 2 fréquences au niveau de la porteuse, laquelle des deux qui fait foi quand il s agit de désigner une fréquence d onde donné? Par exemple : 100Mh.
Merci.
Aziz.
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Bonsoir Aziz,
Non... tu n'as pas bien compris le principe de la génération de FM, donc je vais te le donner:
La génération de FM (ça peut être de la FSK comme ton post semble le suggérer...), est basée sur un oscillateur (la porteuse) dont la fréquence est contrôlée par une tension (la modulation): en termes techniques c'est donc un VCO (Voltage Controlled Oscillator).
C'est aussi simple que ça.
Ensuite la fréquence de modulation intervient dans le spectre généré par la FM. .. là c'est plus compliqué à expliquer (fonctions de Bessel :P) mais tu peux retenir les résultats suivants:
- un modulateur FM est caractérisé par son excursion en fréquence: par ex en FM commerciale (88-108 MHz) l'excursion en fréquence est de 75 KHz. Ça veut dire que l'amplitude du signal modulant ne devra jamais dépasser les valeurs qui produisent des déviations de fréquence supérieures à F_porteuse+75 KHz et F_porteuse - 75 KHZ. (F_porteuse est la fréquence centrale du VCO, ie celle qu'il génère pour une tension de modulation nulle).
- le spectre (bande occupée par la modulation FM)est théoriquement...infini ! Mais tel que généré pour un signal de la FM commerciale (88-108 MHz), il est en pratique donné par une formule empirique dite Bande de Carson qui correspond à :
Bande de Carson = 2x (Excursion en fréquence (75 KHz)+ Fréquence maximale de modulation: 15 kHz en modulation mono, 53 KHz en modulation stéréo, voire plus si tu y mets un système RDS...). En stéréo ta bande occupée sera de 2*(75kHZ+53Kz) = 2*128 KHz... (tu peux voir que les abrutis de l'ART qui ont accepté que l'espacement entre deux stations FM ne soit que 100 KHz ont délibérement pourri la qualité des réceptions FM en stéréo, et de chaque côté >:(..les seuls qui ont été protégés sont les Parisiens qui ont eu droit à 2x200Khz de marge entre stations émettrices : par ex sur France Musique et FIP qui, à Paris, conservent cette fantastique qualité sonore en stéréo). Cet écart réduit à 100 KHz a pourri aussi la transmission correcte du signal RDS >:(
- Si tu regardes le spectre d'une modulation FM (à large bande) tu verras qu'il y a plein de raies à des fréquences multiples de celle de la modulation
-Il existe un mode de modulation dite à bande étroite (par ex la bande VHF Marine) qui se comporte au niveau occupation spectrale grosso modo comme de l'AM (l'excursion en fréquence est limitée à 12.5KHz, si je ne m'abuse, ce qui suffit largement pour de la transmission vocale entre navires et avec un centre à terre). C'est aussi le cas de la CB 27 MHz aussi, je crois.
Si tu as avancé dans la prise en main de LT Spice ;), ce sera facile de visualiser tout ça.
Bonne soirée
Edit: Je traiterai de la démodulation demain matin
Yffig
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Merci Yffig,
Tes explications sont toujours complètes et Je te remercie. La deuxième partie est encore un peu flou pour moi. Je continue donc à creuser...
Pour LT spice, je l ai bien téléchargé mais pour le moment je m en sers que pour des schémas de base mais pas encore sur les RFðŸ˜. Je me remettrai donc dessus de ce pas pour essayer d y voir plus claire.
Merci encore et bonne soirée.
Aziz.
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Bonjour Aziz,
Je poursuis donc mes explications, écourtées hier soir en raison de l'heure tardive ;)
Tout d'abord une simulation LT-Spice, tu vas voir comme c'est simple à faire; Spice te propose un composant tout fait qui se trouve en \SpecialFunctions: le Modulate qui fait la FM et aussi l'AM (en fait pour l'AM il s'agit d'un multiplicateur qui permet la modulation dite "équilibrée" donc sans porteuse mais c'est un autre sujet...)
Pour faire de la FM avec Modulate, très simple :)
Deux paramètres suffisent:
Mark correspond à 1Volt à l'entrée FM et définit la fréquence de la porteuse pour ces 1V
Space correspond 0 Volt à l'entrée FM et définit la fréquence de la porteuse pour 0V.
Dans l'exemple joint, j'ai pris Mark = 10 KHz et Space=15KHz. Ce qui signifie que pour 0.5V en entrée, la fréquence porteuse serait de 12.5KHz avec une excursion de fréquence de -/+ 2.5 KHz pour +/- 0.5V de modulation. (Tu noteras que la fréquence varie en sens inverse de la tension car j'ai pris Mark donne 10 KHz au lieu de 15 kHZ, mais ça ne change rien aux principes)
Ensuite j'ai pris un signal carré modulant de ~ 1 000 Hz variant de 0V à 1V , une sorte de FSK donc.
Sur la simulation jointe, tu verras que la fréquence de sortie varie bien avec les 2 niveaux du signal modulant (les oscillogrammes sont zoomés pour mieux voir la variation de la fréquence).
J'ai ajouté le spectre du signal modulé FM: de 0 Hz à 25 KHz, tu y verras
1- qu'il y a une foultitude de raies spectrales espacées de 1000 Hz (la fréquence de la modulation) et non pas simplement deux raies à 10 kHz et 15 kHz comme le sens commun pourrait le laisser penser...
2- les fréquences Mark et Space n'apparaissent pas dans le spectre...volatilisées ! ???
3- les 2 raies qui contiennent les niveaux les plus hauts sont à 11 et 14 kHz (à -10 dB), puis 9 kHz et 16 kHz, etc
4- Si tu veux démoduler ce signal et donc recevoir toutes les raies qui ont une amplitude relative > 3% (soit tous les niveaux supérieurs à -10dB -30 dB donc -40 dB), tu vois que tu devras avoir une bande passante qui va de 1 kHz à 23 kHz, on est loin des 10kHz -15kHz.
C'est cela la modulation FM dite à "fort indice" (indice de modulation = excursion en fréquence sur fréquence modulante maximale = 12.5 kHz/1 kHz =12.5 dans mon exemple, c'est plus fort que la FM commerciale qui a un indice de 5 en mono (75kHz/15 kHz).
Bonne matinée, je te fais un petit post sur la démodulation FM d'ici ce soir.
Yffig
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Re,
J'ajoute au post précédent la simulation lorsque le signal modulant est sinusoïdal.
Dans ce cas avec le même critère que tu veux démoduler en prenant en compte toutes les raies qui ont un niveau relatif min de -30dB (3%) tu devras avoir une bande passante de 4 kHz à 21 kHz, ce qui n'est pas rien.
A +
Yffig
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Merci Yffig,
J essaie de refaire le exemple sur LT spice, mais je bloque momentanément sur comment on on fait pour changer le signal du "voltage" en entrée (pour choisir le onde carrée ou autre) d une part, et de l autre le même souci pour renseigner le Mark et le Space pour le modulateur. Intuitivement, j ai tendance à cliquer droit sur le composant pour effectuer de tels changements, mais les paramètres qui me sont proposés ne sont pas ceux que je cherche à modifier.
Il y a un gros travail de prise en main de l outil avant tout 😉.
Merci
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Re Aziz,
Don't panic !
C'est simple... Tu mets ton curseur sur le composant que tu veux paramétrer => tu as la main avec le doigt pointé comme curseur
Tu fais click droit et une boîte de paramétrage apparaît, tu y mets ce que tu veux et tu ferme la boîte par OK.
Pour un signal carré , c'est choix de PULSE, à toi de paramétrer le signal
Pour un sinus c'est le choix de SINE
Je te donne les 2 boîtes pour Modulate et la Source carrée (Pulse).
Vas y.... c'est très enrichissant de définir les sources de signaux, ça oblige à réfléchir à ce que l'on veut et lorsqu'on simule à vérifier sur le scope que c'est bien ce qu'on voulait... des fois on est surpris
N'oublie pas les paramètres de simulation (Transient en l'occurence).
Si tu as vraiment besoin, je te posterai le fichier .asc mais expérimente avant par toi même, c'est la meilleure façon d'apprendre et d'être maître de son futur.
Pour les spectres je te guiderai si tu veux
! Attention, j'ai un texte "modulation ~500 Hz" qui est faux sur les PJ c'est du 1 kHZ !
Bon am
Yffig
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Un grand merci a toi Yffig, toujours au top!
J ai réussi à reproduire l exemple et même inversé le Mark et le space😉.
Si je comprends bien, nous avons +/- 2,5khz au niveau de la modulée entre les deux états hauts et bas de la modulante. C est cela?
Je repose tout de même ma question initiale, pour laquelle je ne suis pas sur d avoir compris : quand on dit qu une radio commerciale diffuse sur la fréquence de 100MHz, on parle de la modulante ou la modulée?
Encore merci.
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voici le screenshot :)
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Re re Aziz,
Content de savoir que tu as réussi cette simulation :) !
Effectivement l'excursion en fréquence de ton modulateur FM est donnée par +/- (Freq max-Freq min)/2 ce qui fait +/-2.5KHz.
Pour ta question initiale:
Pour une station FM commerciale qui serait "calée" sur 100 MHz, c'est de la fréquence porteuse qu'il s'agit , c'est à dire de la fréquence émise par l'émetteur lorsqu'il n'y a aucune modulation (ça se voit très bien avec un analyseur de spectre sur des signaux Live lors des silences si l'analyseur de spectre est en temps réel (c'est aussi le cas des petits récepteurs SDR ...ça vaut le coup d'expérimenter avec ceux ci ;) );
Je te posterai d'ici ce soir un petit topo sur la démodulation FM mais la simulation est nettement plus compliquée à saisir.. il existe un exemple dans les fichiers \Examples\Educational de LT-Spice: PLL.asc, à toi de voir si ça peut t'aider.
Bon am et bravo pour ta persévérance !
Yffig
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Merci Beaucoup Yffig,
la démodulation m’intéresse aussi ;).
Bonne après midi également.
Aziz.
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Re re re Aziz,
De rien !
Puisque tu as l'air d'aimer ça, ;) je te ferai aussi un petit topo sur l'analyseur de spectre de LT-Spice :), ça peut vraiment être utile... en plus LT-Spice n'a pas de limite en fréquence, tu pourras jongler avec les 100-aines de MHz sans pb !
A tout'
Yffig
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Merci, je suis preneur aussiðŸ‘.
Je voulais savoir aussi si on a la possibilité sur LT spice d avoir un curseur pour calculer soit l amplitude soit la fréquence comme sur un oscilloscope traditionnel. Je suppose que oui, mais je n arrive pas à trouver où c est.
Aziz.
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Re.........Aziz,
C'est très facile...
Voici un géné à 1000 Hz qui alimente une résistance de 10 K
Le graphe de la tension V(géné) est simulé et visualisé sur 5 périodes (commande de simulation Transient)
Tu mets ton curseur sur le nom du noeud que tu visualises en haut de la fenêtre du scope V(géné)
Clic droit
La boîte qui s'ouvre a un menu déroulant qui te propose "Attached Cursors", tu fais défiler et tu sélectionnes "1st and 2nd"
Une boîte de mesures apparaît alors et deux curseurs sous forme de ligne pointillées verticales et horizontales apparaissent alors sur la visu (pas toujours facile à voir...) mais en déplacant ta souris tu verras deux chiffres apparaître en jaune 1 et 2.
Tu mets ta souris dessus, tu cliques gauche et tu déplace ton curseur où tu veux mettre tes mesures
Tu obtiens dans la boite la position horizontale (en temps) et verticale (en tension) plus la différence entre les 2 => la différence en temps est aussi inversée et te donne la fréquence
Voila c'est pas extrêmement précis mais ça suffit largement (sinon une directive .measure dans Spice peut te donner une bien meilleure précision mais ...je ne m'en suis jamais servi ;)
A +
Yffig
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Merci vraiment pour ton aide et ta disponibilité. ðŸ‘
Aziz.
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Bonsoir Aziz,
Voici quelques bases sur la démodulation FM.
Il y a qq circuits qui sont soit rudimentaires, soit obsolètes: détection sur le flanc d'un circuit LC, discriminateurs de rapport, de Foster, etc. qui ne méritent pas que l'on s'y attarde.
Passons alors aux 2 techniques les plus largement utilisés:
- le démodulateur en quadrature, très utilisé en récepteurs FM commerciale et aussi dans les récepteurs à bande étroite (VHF marine, CB, beaucoup de téléphones sans fil "domestique" à leurs débuts (années 85-95)
- le démodulateur à PLL (Boucle à verrouillage de phase) très utilsé en démodulation FSK.
Le démodulateur en quadrature est basé sur l'utilisation d'un réseau LC déphaseur simple (parfois plus sophistiqué pour améliorer la distorsion) et d'un multiplicateur, le tout intégré dans un seul CI avec étages amplificateurs de fréquence intermédiaire, limiteur, mesure du RSSI (niveau du signal reçu), circuit de muting interstations, contrôle auto de la fréquence de la tête HF, etc. Les plus illustres représentants en sont sans doute le CA3089, le HA1137 (version nippone du CA3089), l'excellent LA1235 (Sanyo), etc. Pour la réception FM en bande étroite (donc signaux vocaux exclusivement) Motorola avait toute une série MC3361/3362, MC13135...
En général ces démodulateurs travaillent avec une fréquence (intermédiaire) de 10.7 MHz et une excursion en fréquence pouvant aller jusqu'à 75 KHz voire plus.
Certains standards de TV Couleur en analogique avaient aussi le son en FM.
Le démodulateur par PLL est beaucoup plus intéressant sur le plan du principe utilisé puisque c'est le pendant du modulateur par VCO. La PLL contient un VCO, un comparateur de phase et un filtre passe bas. L'asservissement de la boucle oblige le VCO à se "caler"sur la fréquence du signal reçu => son signal de commande est l'image de la modulation qui a servi à l'émission...et voilà , c'est fait ! on récupère la modulation d'origine via le signal de commande du VCO tout simplement
En PJ je mets le schéma du fichier exemple de LT-Spice sur lequel j'ai mis qq commentaires: tu as la chaîne complète ! que tu peux simuler d'un clic !
Génération d'un signal binaire pseudo aléatoire,
Modulateur FM,
Démodulateur FM par PLL
(le reste c'est du filtrage et de la remise en forme par trigger de Schmitt)
Les plus illustres représentants de cette technique sont le NE565 et les CD4046/74HC4046 utilisés généralement pour des fréquences pas trop élevées et des excursions en fréquence plutôt réduites (cas du FSK des bidouilleurs).
Si tu veux tout savoir sur la FM, je te recommande l'excellent tutoriel de J.P. Muller :
http://www.ta-formation.com/cours/n-fm.pdf
Y a un peu de math dedans mais c'est sûr que la FM (comme plein de techniques en électronique) ça s'explique pas avec seulement la loi d'Ohm ;) et il y a plein d'images qui parlent.
Bonne nuit !
Yffig
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Merci Yffig pour ces explications et pour ta disponibilité.
Bonne journée à toi.
Aziz.
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Bonjour Aziz,
Voici donc un petit topo sur l'analyse spectrale par LT-Spice (par FFT = Fast Fourier Transform ).
Je suppose que tu es absolument novice sur le sujet donc je n'entre pas dans des détails sophistiqués et te propose simplement d'apprendre à t'en servir facilement et correctement.
Première règle absolue :
Il est illusoire de demander le spectre d'un signal avec une périodicité certaine sur seulement quelques périodes (et encore plus sur moins d'une période) => la commande de simulation qui est associée avec la FFT est TRANSIENT et doit donc réaliser une simulation sur un grand nombre de périodes du signal (typiquement 100 au minimum). Alors le spectre sera pertinent et les raies seront bien "fines".
Après simulation, pointer avec la sonde le(s) signal(ux) désirés pour l'afficher sur la fenêtre d'oscilloscope . Là tu peux zoomer sur ta trace pour plus de détails, la FFT s'effectuera sur la totalité de la trace (cf plus loin).
Pour afficher le spectre: (cf PJ FFT_1)
- mettre le focus sur la fenêtre des traces (en cliquant sur la partie haute de la fenêtre)
- dans Menu: View ...> FFT. Une boîte s'affiche, LT-Spice te propose les signaux dont il peut calculer le spectre, tu en choisis un et surtout tu vérifies que l'option "Use Extent of Simulation Data" est cochée. Tu laisses tous les autres paramètres par défaut puis => OK
LT-Spice t'affiche alors le spectre avec des échelles qui ne conviendront peut être pas mais par défaut il essaie d'afficher tout ce qu'il sait sur une échelle de fréquences logarithmique.
Pour changer les échelles:
Tu mets ton curseur à l'extérieur de l'échelle que tu veux modifier, tu vois alors apparaître un petit bout de règle jaune, click droit, une fenêtre s'ouvre avec les paramètres actuels (cf PJ FFT_2): échelle LOG, de 10Hz à 1.031..MHz
Tu décoches LOG pour avoir une échelle linéaire en fréquence, tu mets 0Hz à 20Khz par ex (ie tu regardes le spectre du trapèze uniquement dans la gamme Audio), tu laisses LT-Spice choisir le "tick" (=graduation) ou tu mets ton choix et OK.
Voilà , tu peux aussi jouer avec l'échelle des niveaux de la même manière et aussi afficher plusieurs spectres sur la même fenêtre (à partir de la première boîte de dialogue).
Voilà , j'en ai terminé avec ces petites séances pédagogiques, j'espère que cela t'incitera à expérimenter et à te documenter (LT-Spice dispose d'un Help et il y a plein de tutos sur le Net, incluant bien sûr ceux de Bertrand).
Bonne continuation !
Yffig
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Merci beaucoup pour ton aide.
Bonne journée à toi.
Aziz.