Apprenez à connaître deux circuits qui peuvent extraire l’information originale d’un signal porteur modulé en amplitude.

À ce stade, nous savons que la modulation se réfère à la modification intentionnelle d’une sinusoïde de sorte qu’elle puisse transporter des informations de plus basse fréquence d’un émetteur à un récepteur. Nous avons également couvert de nombreux détails liés aux différentes méthodes – amplitude, fréquence, phase, analogique, numérique – d’encodage des informations dans une onde porteuse.

Mais il n’y a aucune raison d’intégrer des données dans un signal transmis si nous ne pouvons pas extraire ces données du signal reçu, et c’est pourquoi nous devons étudier la démodulation. Les circuits de démodulation vont de quelque chose d’aussi simple qu’un détecteur de crête modifié à quelque chose d’aussi complexe qu’une conversion descendante cohérente en quadrature combinée à des algorithmes de décodage sophistiqués exécutés par un processeur de signal numérique.

Création du signal

Nous utiliserons LTspice pour étudier les techniques de démodulation d’une forme d’onde AM. Mais avant de démoduler, nous avons besoin de quelque chose qui est modulé.

Dans la page sur la modulation AM, nous avons vu que quatre choses sont nécessaires pour générer une forme d’onde AM. Tout d’abord, nous avons besoin d’une forme d’onde de bande de base et d’une forme d’onde porteuse. Ensuite, nous avons besoin d’un circuit qui peut ajouter un décalage continu approprié au signal de bande de base. Et enfin, nous avons besoin d’un multiplicateur, puisque la relation mathématique correspondant à la modulation d’amplitude consiste à multiplier le signal de bande de base décalé par la porteuse.

Le circuit LTspice suivant générera une forme d’onde AM.

• V1 est une source de tension sinusoïdale de 1 MHz qui fournit le signal de bande de base original.
• V3 produit une onde sinusoïdale de 100 MHz pour la porteuse.
• Le circuit d’amplificateur opérationnel est un décaleur de niveau (il réduit également l’amplitude d’entrée de moitié). Le signal provenant de V1 est une onde sinusoïdale qui oscille de -1 V à +1 V, et la sortie de l’op-amp est une onde sinusoïdale qui oscille de 0 V à +1 V.
• B1 est une « source de tension de comportement arbitraire ». Son champ « valeur » est une formule plutôt qu’une constante ; dans ce cas, la formule est le signal de bande de base décalé multiplié par la forme d’onde de la porteuse. De cette façon, B1 peut être utilisé pour effectuer une modulation d’amplitude.

Voici le signal en bande de base décalé:

Et ici vous pouvez voir comment les variations AM correspondent au signal en bande de base (c’est-à-dire, la trace orange qui est principalement obscurcie par la forme d’onde bleue):

Un zoom révèle les cycles individuels de la fréquence porteuse de 100 MHz.

Démodulation

Comme nous l’avons vu dans la page sur la modulation AM, l’opération de multiplication utilisée pour effectuer la modulation d’amplitude a pour effet de transférer le spectre de la bande de base dans une bande entourant la fréquence porteuse positive (+fC) et la fréquence porteuse négative (-fC). Ainsi, nous pouvons considérer la modulation d’amplitude comme un déplacement du spectre original vers le haut de fC et vers le bas de fC. Il s’ensuit que la multiplication du signal modulé par la fréquence porteuse ramènera le spectre à sa position initiale, c’est-à-dire qu’elle le décalera vers le bas de fC, il décalera le spectre vers le bas de fC de telle sorte qu’il soit à nouveau centré autour de 0 Hz.

Option 1 : Multiplication et filtrage

Le schéma LTspice suivant comprend une source de tension de comportement arbitraire démodulante ; B2 multiplie le signal AM par la porteuse.

Et voici le résultat:

Cela ne semble définitivement pas correct. Si nous zoomons, nous voyons ce qui suit:

Et ceci révèle le problème. Après la modulation d’amplitude, le spectre de la bande de base est centré autour de +fC. La multiplication de la forme d’onde AM par la porteuse déplace le spectre de la bande de base vers le bas à 0 Hz, mais elle le déplace également vers le haut à 2fC (dans ce cas 200 MHz), parce que (comme indiqué ci-dessus) la multiplication déplace le spectre existant vers le haut de fC et vers le bas de fC.

Il est donc clair que la multiplication seule n’est pas suffisante pour une démodulation appropriée. Ce dont nous avons besoin est une multiplication et un filtre passe-bas ; le filtre supprime le spectre qui a été décalé vers le haut de 2fC. Le schéma suivant comprend un filtre passe-bas RC avec une fréquence de coupure de ~1,5 MHz.

Et voici le signal démodulé:

Cette technique est en fait plus compliquée qu’il n’y paraît car la phase de la forme d’onde de la fréquence porteuse du récepteur doit être synchronisée avec la phase de la porteuse de l’émetteur. Ce point est abordé plus en détail à la page 5 de ce chapitre (Comprendre la démodulation en quadrature).

Option 2 : détecteur de crête

Comme vous pouvez le voir ci-dessus dans le tracé qui montre la forme d’onde AM (en bleu) et la forme d’onde en bande de base décalée (en orange), la partie positive de l' »enveloppe » AM correspond au signal en bande de base. Le terme « enveloppe » fait référence aux variations d’amplitude sinusoïdale de la porteuse (par opposition aux variations de la valeur instantanée de la forme d’onde elle-même). Si nous pouvions en quelque sorte extraire la partie positive de l’enveloppe AM, nous pourrions reproduire le signal en bande de base sans utiliser de multiplicateur.

Il s’avère qu’il est assez facile de convertir l’enveloppe positive en un signal normal. Nous commençons par un détecteur de crête, qui est juste une diode suivie d’un condensateur. La diode conduit lorsque le signal d’entrée est au moins ~0,7 V au-dessus de la tension sur le condensateur, et sinon elle agit comme un circuit ouvert. Ainsi, le condensateur maintient la tension de crête : si la tension d’entrée actuelle est inférieure à la tension du condensateur, la tension du condensateur ne diminue pas parce que la diode à polarisation inverse empêche la décharge.

Cependant, nous ne voulons pas d’un détecteur de crête qui conserve la tension de crête pendant une longue période de temps. Au lieu de cela, nous voulons un circuit qui conserve la crête par rapport aux variations à haute fréquence de la forme d’onde porteuse, mais ne conserve pas la crête par rapport aux variations à plus basse fréquence de l’enveloppe. En d’autres termes, nous voulons un détecteur de crête qui ne retient la crête que pendant une courte période de temps. Nous y parvenons en ajoutant une résistance parallèle qui permet au condensateur de se décharger. (Ce type de circuit est appelé « détecteur de crête à fuite », où « fuite » fait référence au chemin de décharge fourni par la résistance). La résistance est choisie de telle sorte que la décharge soit suffisamment lente pour lisser la fréquence porteuse et suffisamment rapide pour ne pas lisser la fréquence d’enveloppe.

Voici un exemple de détecteur de crête à fuite pour la démodulation AM:

Notez que j’ai amplifié le signal AM par un facteur de cinq afin de rendre le signal d’entrée du détecteur de crête plus grand par rapport à la tension directe de la diode. Le tracé suivant traduit le résultat général que nous essayons d’obtenir avec le détecteur de crête fuyant.

Le signal final présente la caractéristique de charge/décharge attendue:

Un filtre passe-bas pourrait être utilisé pour lisser ces variations.