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TELECOMMUNICATIONS HERTZIENNES: LA MODULATION

7 - Un peu de technique: le modulateur I/Q

A ce stade et avant d'approfondir la description de certains types de modulations, il est peut-être utile de présenter ou de rappeler le fonctionnement du modulateur vectoriel I/Q qui est le système maintenant couramment utilisé pour moduler un porteuse par des signaux numériques ou analogiques. fig25Ce type de modulateur permet d'obtenir tous le types de modulation (sauf la modulation de fréquence au sens strict): amplitude, phase, et les combinaisons des deux (voir 5 - Les modulations numériques). Commençons par une description du modulateur à suppression de porteuse.

Modulateur à suppression de porteuse

On le trouve sous différentes appellations dans la litérature: "modulateur en anneau", "modulateur équilibré" ou "mélangeur équilibré" car il peut servir aussi comme circuit hétérodyne. Les explications suivantes se réfèrent à la technologie du modulateur à diodes, assez simple à présenter, mais le principe reste le même quelle que soit la technologie utilisée. fig26Il existe en effet une offre importante de modulateurs intégrés utilisant des transistors plutôt que des diodes. Le schéma et la représentation symbolique usuelle sont les suivants (Fig. 25 et 26):

Un anneau de 4 diodes montées en série est polarisé par le signal de modulation (Modul.). Les points de jonction des diodes sont reliés alternativement aux transformateurs équilibrés d'entrée et de sortie du signal haute fréquence (FR in et RF out). Le fonctionnement est le suivant:

fig27Signal nul à l'entrée "Modulation":

Chaque alternance du signal RF est court-circuitée par les deux diodes en série sur le transformateur d'entrée : D1 et D2 pour les alternances positives et D3 et D4 pour les alternances négatives (Fig. 27).

Le transformateur de sortie reste ainsi constamment en circuit ouvert, et aucun signal n'est délivré en sortie.

Différence de potentiel à l'entrée "Modulation":

Si le signal est positif sur les jonctions des diodes D1-D2 et D3-D4 (par rapport aux jonctions D1-D3 et D2-D4), les diodes D2 et D3 conduisent (Fig. 28fig29fig28) engendrant en sortie RF out un signal en phase avec RF in, et proportionnel au niveau du signal de modulation (tant que la saturation des diodes n'est pas atteinte).

Inversement, si le signal est positif sur les jonctions des diodes D1-D3 et D2-D4 (par rapport aux jonctions D1-D2 et D3-D4)fig30: les diodes D1 et D4 (Fig. 29) conduisent engendrant en sortie RF out un signal en opposition de phase avec RF in.

Formes d'onde

On appréciera mieux le fonctionnement avec le schéma de la figure 30 du même mélangeur en anneau. Le générateur délivre un signal RF sinusoïdal représentant la porteuse à moduler. fig31Le signal RF modulé est recueilli aux bornes de la charge Z, en fonction de la tension de modulation appliquée entre les entrées AB et CD. Les points AB et CD sont équipotentiels pour le signal RF.

Cette modulation est une modulation à suppression de porteuse dans la mesure où la phase du signal RF s'inverse pour une inversion de signe du signal de modulation. La figure 31 illustre les formes d'onde aux différents points du circuit de la figure 30 ainsi que le courant résultant dans la charge pour différentes valeurs de la différence de potentiel entre les point AB et CD, seul le cas où AB est positif par rapport à CD est représenté.

fig33fig32


Représentations temporelle et vectorielle

La figure 32 illustre la forme d'une porteuse modulée par un signal sinusoïdal dans le domaine temporel, et la figure 33 représente le même signal sous forme vectorielle dans le plan de coordonnées cartésiennes.

Principe de fonctionnement du modulateur vectoriel I/Q:

Un modulateur I/Q est composé de deux modulateurs à suppression de porteuse:

fig35fig34Ces modulateurs sont associés, conformément au schéma de principe de la figure 34, en quadrature sur le signal RF à moduler, et reçoivent chacun un signal de modulation pouvant être positif ou négatif, et notés symboliquement I et Q (I = In phase, Q = Quadrature):

Le signal de sortie peut donc être dessiné selon une représentation vectorielle en coordonnées cartésiennes (voir la figure 35) par un vecteur partant de l'origine et dont les coordonnées de l'extrémité sont précisément proportionnelles aux signaux de modulation I et Q. Ce principe de modulateur permet de réaliser n'importe quel type de modulation, suivant l'amplitude et le signe des signaux appliqués aux entrées notées "I" et "Q", sur le schéma de principe.

Ainsi, une modulation d'amplitude à suppression de porteuse sera obtenue pour une modulation de I symétriquement par rapport à 0 et en maintenant Q nul.

Si I reste constamment positif (à Q nul), il s'agira d'une modulation d'amplitude simple.

fig36Pour obtenir une modulation de phase à amplitude constante (voir la figure 36), il faut que la relation entre les valeurs des signaux I et Q satisfasse constamment l'équation (1) qui indique que le vecteur est de module constant (théorème de Pythagore):

I2 + Q2 = K (1) , K étant une constante.

Pour toutes les autres combinaison de valeurs I et Q, on obtient un vecteur dont l'extrémité se situe dans le plan cartésien à l'intérieur d'un cercle dont le diamètre correspond à l'amplitude crête à crête de la porteuse RF (en négligeant toutes les pertes parasites du circuit).

A suivre...

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Resolution conseillee:1024x768px - Première mise en ligne 15/01/2007