Emission et réception radio

d'après bac Liban 2004

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Pour émettre par radio les informations portées par un son quelconque, on les traduit d'abord en signal électrique, puis en onde électromagnétique.

A- Emission :

Pour cette étude l'information est transportée par une modulation en amplitude de l'onde porteuse. Indiquer pour les 3 questions suivantes, la proposition exacte, sans justification.

  1. Une telle onde modulée est caractérisée au cours du temps par :
    a. Une amplitude constante et une fréquence constante.
    b. Une amplitude variable, dont les variations dépendent du signal à transmettre, et une fréquence constante.
    c. Une amplitude variable, dont les variations sont indépendantes du signal à transmettre, et une fréquence constante
    d. Une amplitude variable, dont les variations dépendent du signal à transmettre, et une fréquence variable.
  2. La fréquence de la porteuse doit être/
    a. Trés inférieure à la fréquence du son à transmettre.
    b. Légèrement inférieure à la fréquence du son à transmettre.
    c. Trés supérieure à la fréquence du son à transmettre.
    d. Légèrement supérieure à la fréquence du son à transmettre.
  3. Un son audible a une fréquence comprise entre :
    a. 2 Hz et 2 kHz
    b. 20 Hz et 20 kHz
    c. 20 kHz et 200 kHz
    d. 20 MHz et 200 MHz

B- Réception :

Un modèle de récepteur radio est représenté par le schéma simplifié ci-dessous dans lequel on distingue trois parties:

  1. Etude de la partie 1 : Expliquer brièvement son rôle.

    - La bobine a une inductance L= 1 mH. Quelles doivent être les limites de la valeur de la capacité C du condensateur variable si l'on veut capter des porteuses dont la fréquence soit comprise entre 1 kHz et 10 kHz ?

  2. Etude des parties 2 et 3 : Indiquer brièvement le rôle de chaque partie
    - Pour visualiser les différentes tensions on utilise un oscilloscope dont les réglages sont les suivants : 5 V/div et 1 ms/div. Trace du spot positionnée au centre de l'écran en absence de tension appliquée ; touche DC active.
    On obtient les trois oscillogramme ci-dessous :

Indiquer l'ozcillogramme correspondant à chacune des tensions suivantes :
- Tension uAM ; - tension uBM; - tension uSM.
- En utilisant l'un des oscillogramme déterminer la fréquence de la porteuse.

C - Analyse du son reçu :

  1. On étudie le son restitué par ce récepteur radio à l'aide d'un microphone relié à un système d'aquisition informatisé. On obtient le graphe ci-dessous. Déterminer la hauteur du son.
  2. Un logiciel d'analyse spectrale permet ensuite d'obtenir le diagramme ci-dessous. Qu représentent les fréquences qui apparaissent sur le spectre ?
  3. L'analyse par le même dispositif d'un autre son donne le diagramme ci-dessous. Quel est le point commun et la différence entre ce son et celui restitué par le récepteur radio ?




corrigé
Une onde modulée se caractérise, au cours du temps, par :

Une amplitude variable ( les variations dépendent du signal modulant à transmettre ) et une fréquence constante.

La fréquence de la porteuse doit être :

Très supérieure à la fréquence du son à transmettre ( signal modulant)

Un son audible a une fréquence comprise entre :

20 Hz et 20 kHz


Étude de la partie 1 du circuit:

L'antenne capte les ondes électromagnétiques émises par les différents émetteurs.

Le circuit LC parallèle est appelé circuit "bouchon" ; il permet de sélectionner l'onde ( l'émetteur) que l'on souhaite écouter et en conséquence élimine les ondes issues des autre émetteurs..

La période propre des oscillations électriques dans le circuit LC est données par T = 2p (LC)½.

La fréquence propre vaut : f= 1/T = 1/ ( 2p (LC)½)

f² = 1/ ( 4p² LC) soit C = 1/ (4p² L f ²) = 1/(4*3,14² 10-3 f ² ) = 25 / f ²

Pour f = 1000 Hz C = 25 10-6 F

Pour f = 104 Hz C = 25 10-8 F

donc 25.10-8 < C < 25.10-6 F

Étude des parties 2 et 3 du circuit

Partie 2 : le détecteur d'enveloppe permet d'éliminer le signal de la porteuse et de conserver uniquement l'enveloppe du signal modulé reçu. On observe alors une tension variable en amplitude en suivant les variations du signal modulant. Cette tension variable contient néanmoins une composante continue (elle est décalée au dessus de U = 0 V)

Partie 3 :éliminer la composante continue du signal.

Oscillogramme 1: tension démodulée uSM

Oscillogramme n° 2: tension modulée uAM

Oscillogramme 3: tension démodulée avec composante continue uBM

Détermination de la fréquence f de la porteuse

15 TP = 3*1 ms

TP = 3/15 = 0,2 ms= 2 10-4 s

f =1/ 2 10-4 = 5 000Hz.


Analyse du son reçu

La hauteur du son est égale à la fréquence du fondamental, fréquence de la tension aux bornes du microphone.

3 T = 0,024 s

T = 8,0.10-3 s

f = 1/ 8,0.10-3= 125 Hz hauteur du son.

remarque: la fréquence de la porteuse 5 kHz est très supérieure à la fréquence du son

Le son n° 2 possède la même fréquence pour le mode fondamental de vibration.

Les deux sons possèdent donc la même hauteur.

D'autre part, on identifie des harmoniques de mêmes fréquences mais d'amplitudes différentes ; il y a de plus deux harmoniques supplémentaires.

Les deux sons auront en conséquence, des timbres différents.





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