Démodulation synchrone

On souhaite démoduler un signal modulé en amplitude 𝑠AM(𝑡) avec une porteuse 𝑠𝑝(𝑡) de fréquence 200⁠ ⁠kHz. Le spectre du signal original s’étend entre 0 et 10⁠ ⁠kHz. On utilise pour cela le montage suivant.

1/ Représenter qualitativement les spectres de 𝑠AM(𝑡), 𝑠𝑝(𝑡), 𝑠𝑖(𝑡) et 𝑠(𝑡).

Corrigé

𝑠𝑝(𝑡) est purement sinusoïdal : son spectre est une unique raie à 𝑓𝑝=200 kHz.

𝑠AM(𝑡)=𝐴𝑝cos(2𝜋𝑓𝑝𝑡)(1+𝑘𝑠(𝑡)) : son spectre comporte la raie à 𝑓𝑝, entourée de deux bandes latérales, images du spectre du signal 𝑠 (de largeur 10⁠ ⁠kHz) autour de 𝑓𝑝.

En multipliant par 𝑠𝑝(𝑡) : 𝑠𝑖(𝑡)=𝑘𝐴𝑝2cos2(2𝜋𝑓𝑝𝑡)(1+𝑘𝑠(𝑡)). Or cos2(2𝜋𝑓𝑝𝑡)=1+cos(4𝜋𝑓𝑝𝑡)2, donc

𝑠𝑖(𝑡)=𝑘𝐴𝑝22(1+𝑘𝑠(𝑡))+𝑘𝐴𝑝22cos(4𝜋𝑓𝑝𝑡)+𝑘𝐴𝑝2𝑘2𝑠(𝑡)cos(4𝜋𝑓𝑝𝑡)

Le premier terme redonne le spectre de 𝑠 en bande de base (autour de 𝑓=0). Le deuxième terme est une raie à 2𝑓𝑝. Le troisième terme est, comme pour 𝑠AM, une modulation d’amplitude de 𝑠 sur la porteuse 2𝑓𝑝 : il donne deux bandes latérales symétriques autour de 2𝑓𝑝, chacune deux fois moins haute que la copie en bande de base (le facteur 𝑘𝐴𝑝2𝑘2 du troisième terme se répartissant pour moitié entre les deux bandes latérales).

Après filtrage passe-bas (qui élimine tout ce qui est autour de 2𝑓𝑝), il ne reste que le spectre de 𝑠 en bande de base :

2/ Proposer des valeurs réalistes pour 𝑅 et 𝐶 afin que le signal démodulé 𝑠(𝑡) s’approche convenablement du signal modulant.

Coup de pouce 1
Dans quelles plages de fréquence peut-on choisir 𝑅 et 𝐶 en TP ?
Coup de pouce 2
Quelles relations (supérieur, inférieur, très petit devant ou très grand devant) doit vérifier la fréquence de coupure du filtre passe-bas ?
Corrigé
Il faut que la fréquence de coupure du filtre passe-bas soit supérieure à 10⁠ ⁠kHz (pour ne pas couper le signal utile) et très petite devant 2𝑓𝑝=400 kHz (pour éliminer la composante haute fréquence). On peut par exemple prendre 𝑓𝑐=16 kHz=12𝜋𝑅𝐶, avec 𝑅=1 kΩ et 𝐶=10 nF.