Transmission d'ondes hertziennes bac S Antilles 2008.

Cet exercice a pour but d'étudier la chaîne complète de télécommunication permettant l'émission puis la réception d'une onde radio. Etude préliminaire : l'onde radio. Les ondes hertziennes font partie des ondes électromagnétiques dont une partie du spectre est donné ci-dessous : La lumière visible fait partie des ondes électromagnétiques. Dans quel domaine ( A ou B ) peut-on la situer ? Justifier. Les longueurs d'onde de la lumière visibles sont comprises entre 4 10-7 m et 8 10-7 m : donc partie A. En 1888 Hertz réalisa un oscillateur qui permettait de générer des ondes électromagnétiques à travers son laboratoire. La célérité de la lumière valant c = 3,0 108 m/s, il mesura une longueur d'onde l = 9,0 m. Calculer la fréquence f des ondes qu'il réussit à émettre. f =c /l. f = 3,0 108 / 9,0 f = 3,3 107 Hz. L'émission de l'onde radio : Deux physiciens veulent reconstituer une expérience similaire à l'xpérienc hystorique, réalisée en 1898, qui permit à Ernest Roger et Eugène Ducretet de transmettre des ondes de la tour Eiffel au Panthéon distants de 4 km. Au laboratoire, une partie du montage appelée "modulateur", permettant de générer un signal qui sera à l'origine de l'onde radio, peut être schématisé ci-dessous : On applique aux entrées E1 et E2 les tensions v(t) = Vm cos ( 2pFt) et u(t) = Um cos (2pft) telles que F>> f. Nommer les tensions v(t) et u(t). Que représente la grandeur Vm ? F étant très supérieure à f, alors v(t) correspond à l'onde porteuse et en conséquence u(t) correspond au signal modulant. Vm : amplitude de l'onde porteuse. A la tension u(t) on ajoute une tension continue Uc. Nommer cette tension. tension de décalage. Le graphe ci-dessous représente la tension modulée s(t). Tracer sur la figure le signal modulant, calculer la période du signal modulé et en déduire sa fréquence. T= 0,0/16 =0,0125 ms T =1,2 10-5 s. f= 1/T = 1/1,25 10-5 f = 8,0 104 Hz. La modulation est caractérisée par son taux m donné par : m =( Umax-Umin) / (Umax+Umin). Calculer sa valeur en utilisant la figure. La modulation est-elle satisfaisante ? Justifier. m =( Umax-Umin) / (Umax+Umin). m= (2,4-0,6) / (2,4+0,6) =1,8/3 m = 0,6. m est inférieur à 1 : la modulation est satisfaisante. L'antenne émettrice doit respecter certains critères de longueur. En effet une antenne est accordée sur une fréquence si sa longueur est égale à la moitié de la longueur d'onde correspondante ( au quart de la longueur d'onde si l'antenne est verticale et reliée au sol car le sol joue le rôle de réflecteur) ; c'est pour respecter ces contraintes que l'on installe en 1898 une antenne émettrice au sommet de la tour Eiffel. Cette antenne est reliée au sol. Sachant que la hauteur de cette antenne est de 324 m, quelle est la longueur d'onde maximale de l'onde radio que l'on peut émettre ? 4*324 =1296 m ~ 1,3 103 m. Les ondes hertziennes kilométriques, appelées grandes ondes ont pour domaine 1052 m < l <2000 m. Etait-il possible d'émettre toute la gamme de ces ondes hertziennes depuis la tour Eiffel ? Justifier. L'antenne de la tour Eiffel peut émettre les ondes dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 1052 m et 1296 m mais pas les autres grandes ondes. La réception des ondes radio. L'émetteur du laboratoire étant opérationnel, les deux expérimentateurs décident de mettre en place le récepteur. Ils réalisent la chaîne de réception suivante : Quel est le rôle de l'élément 1 ? Comment l'appelle t-on ? circuit d'accord : il sélectionne une porteuse. Quel est le rôle de l'élément 2 ? Détailler le rôle de la diode ? démodulateur : seule le signal modulant est conservé. L'onde porteuse est éliminée, ainsi que la tension de décalage. La diode ne laissant passer le courant que dans un sens élimine les valeurs négatives de la tension modulée en amplitude. Ils mettent en place le dispositif et ils désirent obtenir sur l'écran de leur oscilloscope les tensions UAM, UBM et UCM schématisée ci-dessous : Placer sur le schéma les points A, B et C permettant d'obtenir ces tensions. L'essai étant concluant avec un signal électrique sinusoïdal, ils décident de transmettre un son capté par un microphone. Lorsque l'un deux parle, l'autre écoute attentivement près du haut parleur appartenant au récepteur et observe l'oscilloscope relié au récepteur. Ils constatent que l'oscillogramme n'est pas sinusoïdal. Que peut-on conclure quant à la nature du son émis. Le son nest pas pur : le son est complexe. L'utilisation d'un analyseur de spectre pourrait-elle donner d'autres informations ? Lesquelles ? Cette analyse donne les fréquences des harmoniques ainsi que leurs amplitudes relatives.

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