Modulation de fréquence FM

[Aziz]

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.

[Yffig]

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

[Aziz]

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 RF😏. Je me remettrai donc dessus de ce pas pour essayer d y voir plus claire.

Merci encore et bonne soirée.

Aziz.

[Yffig]

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

[Yffig]

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

[Aziz]

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

[Yffig]

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

[Aziz]

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.

[Aziz]

voici le screenshot :)

[Yffig]

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

[Aziz]

Merci Beaucoup Yffig,
la démodulation m’intéresse aussi ;).
Bonne après midi également.
Aziz.

[Yffig]

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

[Aziz]

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.

[Yffig]

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

[Aziz]

Merci vraiment pour ton aide et ta disponibilité. ðŸ'
Aziz.