Radio AM - Définition
La modulation d'amplitude
En Europe, les radios publiques et commerciales émettent en AM en ondes longues (OL ou GO ou LW de 150 kHz - 281 kHz), moyennes (OM ou PO ou MW de 520 kHz - 1 620 kHz) et courtes (OC ou SW sur 12 bandes de 2 300 kHz à 26 100 kHz). En Amérique du nord, en mode commercial, les stations de radio en modulation d'amplitude émettent dans la bande 540-1610 kHz.
La modulation d'amplitude est la variation en amplitude d'un signal électrique haute fréquence HF modulé par un signal électrique basse fréquence BF, elle se traduit par l'adjonction à la fréquence porteuse HF de deux bandes latérales (supérieure et inférieure) qui transportent le signal audio.
Explications
Si on émet un signal audio de 2 kHz sur 765 kHz (émetteur de Sottens en ondes moyennes par exemple), on aura dans le signal :
- i : Bande latérale inférieure (porteuse - signal modulant) / Fréquence : 765-2=763 kHz
- P : Porteuse / Fréquence 765 kHz
- s : Bande latérale supérieure (porteuse + signal modulant) / Fréquence : 765+2=767 kHz
- iiPss : Forme du signal émis sur un analyseur de spectre
Structure d'un émetteur AM
La figure ci-dessus montre la structure d'un émetteur de radiodiffusion en modulation d'amplitude :
- la porteuse haute fréquence (par exemple 1 MHz pour une émission en ondes moyennes) est générée par un oscillateur, nommé maître-oscillateur ; sa fréquence est stabilisée par un quartz ;
- le signal de l'oscillateur est amplifié par un ou plusieurs étages (selon la puissance de l'émetteur) travaillant en classe C, de façon à obtenir un bon rendement ;
- les différentes sources audio, tourne-disques, lecteurs de disques compacts, magnétophones, micros (non-illustrés) sont raccordées chacune à un amplificateur adapté qui corrige les non-linéarités en fréquence éventuelles des transducteurs (cellule du tourne-disques, tête de lecture magnétique...) ;
- un sommateur permet de combiner les différentes sources, de régler leur intensité, de réaliser des effets (fade in, fade out) ; ce bloc est aussi appelé table de mixage ;
- le signal de sortie du sommateur est appliqué à un ampli audio travaillant en classe A de façon à minimiser les distorsions ;
- le modulateur est un ampli audio de puissance ; il doit être capable de fournir la puissance nécessaire aux bandes latérales, soit au maximum 50% de la puissance de la porteuse ; afin d'obtenir une bonne linéarité et un rendement honorable, on utilise souvent un amplificateur de type push pull fonctionnant en classe B ou AB ;
- la porteuse amplifiée et le signal audio amplifié sont appliqués à l'étage final d'amplification, nommé PA (Power Amplifier) travaillant en classe C ; la technique la plus répandue est la modulation par l'anode, où le signal RF est appliqué à la grille d'un tube à vide (ou à la base d'un transistor) et le signal audio est superposé au signal d'alimentation Vcc de l'étage final ;
- le signal de sortie du PA est envoyé à l'antenne, éventuellement à travers une ligne de transmission si antenne et récepteur sont physiquement séparés.
Largeur de bande utilisée
En Europe, la largeur de canal dans les gammes d'ondes nommées plus haut est de 9kHz. Nous avons vu que la largeur du spectre du signal modulé est le double de la plus haute fréquence présente dans le signal modulant. Donc nous pouvons transmettre un signal audio de 4,5kHz au maximum. Cela explique pourquoi la qualité des émissions en AM est mauvaise. Cela n'est pas dû au type de modulation utilisée, mais à la largeur de bande disponible.
En Amérique du Nord, on utilise des canaux de 10 kHz au lieu de 9 comme en Europe. On peut donc transmettre des signaux de 5 kHz au maximum. Les fréquences d'émission vont de 530 kHz à 1600 kHz pour la bande standard et de 1610 à 1710 kHz pour la bande X (extended band). La seule radio francophone de la bande X est Radio-union, une station radio de faible puissance (1 kW) destinée à la communauté haïtienne de Montréal. Il existe aussi des stations AM stéréophoniques qui utilisent une largeur de bande de 12 kHz.
Puissance émise utilisée
Lorsque l'on module une porteuse en amplitude, la puissance émise augmente.
Ptot = Pport.(1+k²/2)
où k est le taux de modulation moyen (0 < k < 1).
Un émetteur de 100 Watts (puissance de la porteuse) émettra donc une puissance maximum de 150 W si k = 1 :
- la porteuse 100 W
- la bande latérale inférieure : 25 W
- la bande latérale supérieure : 25 W
En fonctionnement normal, le taux moyen de modulation est relativement faible. Ceci est dû à la nature du signal sonore (paroles, musique), dont le niveau moyen est faible par rapport au niveau maximum.
Mais pourquoi utiliser l'AM ?
C'est tout simplement parce que c'est très facile à mettre en œuvre. Côté récepteur, une simple diode (autrefois un cristal de galène) et un condensateur suffisent à faire un démodulateur AM (détection). Côté émetteur, il suffit d'un simple transistor dans lequel on injecte le signal modulant et la porteuse pour créer notre modulation d'amplitude.
En Amérique du Nord, la limite en puissance d'une station AM a été limité à 50 kW, une limite bien plus faible qu'en Europe.
Conclusion
La modulation d'amplitude est très simple à mettre en œuvre, contrairement à la FM.
Ses points forts :
- Simple à mettre en œuvre ;
- Largeur de bande limitée à 2x la fréquence maximum présente dans le signal transmis.
Ses points faibles :
- Sensibilité aux parasites ;
- Une grande partie de la puissance de l'émetteur sert à émettre la porteuse, qui ne véhicule aucune information, celle-ci étant entièrement véhiculée par les bandes latérales.
Pas étonnant donc que, pour améliorer le rendement, on ait parfois recours à des émissions sans porteuse :
- DSB (Double SideBand) : on émet les deux bandes latérales, mais on supprime la porteuse (cette technique est toutefois peu utilisée, on préfère la BLU ou SSB
- SSB (Single SideBand, ou BLU, Bande Latérale Unique) : on supprime la porteuse et une des deux bandes latérales. Toute l'énergie émise sert donc à émettre la bande latérale restante ; cette technique permet une amélioration du rendement et une division par 2 de la largeur de bande ; malheureusement, le récepteur est plus compliqué, car on doit recréer dans le récepteur la porteuse supprimée pour pouvoir démoduler le signal.