Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

L3 STPI EEA 2016–2017 Travaux pratiques Traitement du signal HLEE501 Sommaire :

L3 STPI EEA 2016–2017 Travaux pratiques Traitement du signal HLEE501 Sommaire : Consignes 1 TP7 Analyse spectrale 3 TP8 Détection synchrone numérique 13 TP9 Réponse impulsionnelle 19 TP10 Mesure de bruit électronique 25 TP HLEE501 2015–2016 Consignes − − 1 Consignes Merci de respecter les consignes suivantes lors de la préparation des travaux pratiques (TP), lors des travaux eux-mêmes, et lors de vos comptes-rendus. 1. Préparation ! Lire le texte de TP avant la séance et répondre aux questions théoriques (signe ). ! Savoir utiliser Matlab (exercice à disposition sur l’espace pédagogique du module). 2. Séances de TPs ! Soyez délicats avec le matériel utilisé. ! Lire attentivement le texte de TP. ! Toute absence aux TPs doit être justifiée. En cas d’absence à une séance de TP, prendre contact avec l’encadrant afin de planifier si possible un rattrapage de la séance (vous seriez sinon pénalisé à l’examen de TP si vous étiez interrogé sur un TP que vous n’avez pas effectué). 3. Comptes-rendus ! Il est essentiel de préparer le TP avant de venir ! ! Les comptes-rendus sont rendus en fin de séance. ! Toute courbe doit être commentée dans le compte-rendu. ! Pour tout chiffre ayant une dimension (axes des courbes inclus), précisez l’unité. ! Tout graphique, courbe ou tableau doit présenter une légende. ! Votre paillasse doit être rangée en sortant (points de pénalité sinon). Toute remarque constructive permettant d’améliorer la qualité des TPs est bienvenue. TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 3 − TP7 Analyse spectrale ___________________________________________________________________________ A. Partie théorique 4 1. Fonction d'un analyseur de spectre 4 2. Principe d'un analyseur de spectre 4 3. Rappel 6 B. Partie pratique 7 1. Prise en main de l'appareil 7 2. Manipulation préliminaire 8 3. Spectre d’un signal sinusoidal 8 4. Spectre d’impulsion rectangulaire 9 5. Modulation d’amplitude 10 6. Modulation de fréquence : analyse qualitative 12 7. Spectre de la bande radio FM 12 TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 4 − A. Partie théorique 1. Fonction d'un analyseur de spectre Un signal quelconque peut toujours être considéré comme étant la superposition d'un nombre plus ou moins grand de composantes sinusoïdales, de fréquence et de phases différentes. Un analyseur de spectre est capable de donner la répartition spectrale d'un tel signal, i.e., la courbe donnant l'amplitude des composantes du signal en fonction de leur fréquence. 2. Principe d'un analyseur de spectre Un analyseur de spectre idéal serait un filtre passe-bande très sélectif dont la fréquence centrale pourrait être modifiée de façon continue dans le temps afin d’effectuer une analyse spectrale telle que montrée Figure 1. Alors que la fréquence du filtre est balayée temporellement, l’analyseur de spectre électrique affiche le spectre électrique du signal. Figure 1. Schéma de principe d'un analyseur de spectre électrique idéal. TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 5 − Hélas, on ne sait pas réaliser de tels filtres en électronique, aussi les analyseurs de spectre utilisent la technique du changement de fréquence. Ceci permet d'obtenir une fréquence centrale fo variable. Par exemple, soit un signal de fréquence f, amplitude maximale a, phase φ, offset de 1 ; et un signal de fréquence fo, amplitude maximale ao. Effectuons le produit p de ces deux signaux à l'aide d'un multiplieur de coefficient k, nous obtenons : soit, . Le signal de sortie p comporte trois signaux sinusoïdaux de fréquences : fo, f − fo, f + fo. On élimine deux de ces fréquences à l'aide d'un filtre passe-bande sélectif accordé sur la fréquence If − foI. De telles opérations sont illustrées Figure 2 pour un signal quelconque. Figure 2. Schéma de principe d'un analyseur de spectre électrique. TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 6 − On en déduit facilement le schéma général d’un analyseur de spectre tel que représenté Figure 3. Figure 3. Schéma général d'un analyseur de spectre électrique. 3. Rappel Nous rappelons ici quelques notions de traitement du signal. • Décomposition en série de Fourier d’une fonction sur la base exponentielle : • Décomposition en série de Fourier d’une fonction sur la base module phase : et • Théorème de Parseval : TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 7 − B. Partie pratique 1. Prise en main de l'appareil • SPAN / Full permet de visualiser toute la bande passante de l'analyseur, soit la gamme [100 kHz – 3 GHz]. La fréquence centrale est alors réglée sur 1,5 GHz. • Pour changer la fréquence centrale : FREQ / Centre • Pour changer la fréquence de début et de fin : FREQ / Début ou Fin • Pour un confort de visualisation de l'amplitude, on change la référence qui se trouve en haut de l'écran de visualisation: AMPL / Niveau de réf. / chiffre + unité • Pour changer les unités : AMPL / Unité • Pour faire une mesure plus précise vous pouvez régler la bande passante vidéo (VBW) et la bande passante de résolution (RBW) dans le menu BANDW. Remarquez que la valeur de l'impédance d'entrée de l'analyseur est inscrite au dessous des connecteurs. Les tensions mesurées le sont donc aux bornes de 50 Ω. Attention : • L’analyseur n’affiche pas la raie correspondant au signal continu. • L’analyseur affiche les composantes An de la décomposition en série de Fourier. • L’analyseur mesure des valeurs efficaces. • Pour la puissance, les mesures s’effectuent en valeur efficace sur 50 Ω. Rappel : • Mesure de puissance [dBm] = 10 log ( [ (Veff)2 / 50 ] / 1 mW ) • Mesure de tension [dBµV] = 20 log ( Veff / 1 µV ) TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 8 − 2. Manipulation préliminaire • Régler le générateur afin qu’il délivre un signal sinusoïdal d'amplitude 1 V crête – crête de fréquence 1 MHz. • Connecter le générateur à l'oscilloscope et mesurer la tension. Vcrête-crête = • Ajouter un Té sur l'oscilloscope et connecter sur ce Té le générateur et une charge 50 Ω. Relever l'amplitude crête – crête du signal observé sur l'oscilloscope. Vcrête-crête = • Brancher maintenant à la place de la charge 50 Ω l'analyseur de spectre. Relever l'amplitude crête – crête du signal observé sur l'oscilloscope. Vcrête-crête = • Des mesures précédentes, sachant que l'impédance de sortie du générateur est de 50 Ω, conclure sur les impédances d'entrée de l'analyseur de spectre et de l'oscilloscope. 3. Spectre d’un signal sinusoidal Soit un signal sinusoïdal d'amplitude A : s(t) = A sin(ω t). Nous rappelons que la décomposition en série de Fourier d'un signal sinusoïdal est dans la base exponentielle . On obtient donc dans la base module phase : A1 = A. a) Régler sur le générateur un signal sinusoïdal de 100 mVpp de fréquence f = 18 MHz. L'observer à l'analyseur de spectre. Observez-vous le signal attendu ? b) Changer la fréquence centrale de l'analyseur de spectre f0 = 18 MHz et changer la référence à 0 dBm. Mesurer l'amplitude du signal avec les unités suivantes : dBm, dBµV. Valeurs mesurées dBm dBµV TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 9 − c) Calculez l’amplitude efficace théorique des coefficients An. Valeurs théoriques dBm dBµV d) Comparez avec les mesures précédentes. 4. Spectre d’impulsion rectangulaire a) Soit le signal rectangulaire présenté Figure 4. Figure 4. Signal rectangulaire. Sa décomposition en série de Fourier est dans la base exponentielle : . On en déduit les coefficients dans la base module phase : . • Calculer la valeur des 5 premiers pics (A0 à A4) en mV, on prendra A = 100 mV et . En déduire la tension efficace de ces raies. • Pour quelles valeurs de n les coefficients An sont-ils nuls ? • Calculer la puissance théorique du signal à l'aide de la première expression du théorème de Parseval. • En utilisant la dernière expression de l'équation, calculer la puissance transportée par le premier lobe (le continu + les 4 premières raies). En déduire la proportion de la puissance totale transportée par ce premier lobe. 0 TP HLEE501 2015–2016 TP7 : Analyse spectrale − 10 − b) Ajuster un signal pulsé de fréquence de répétition f = 1 MHz, d'amplitude A = 100 mVpp au générateur, avec un duty-cycle de 20% et un offset de 50 mVdc. • Visualiser les 2 premiers lobes de la décomposition spectrale à l'analyseur de spectre. Pour quelles valeurs de fréquence le signal est-il nul ? Comparer avec la théorie. • Quelle est la périodicité des lobes et des raies ? c) Pour une meilleure précision de mesure, resserrer la gamme de fréquence affichée. Mesurer l'amplitude en dBm et en dBµV des 4 premiers pics (A1 à A4). Comparer avec la valeur efficace théorique. A1 A2 A3 A4 dBm dBm dBm dBm dBµV dBµV dBµV dBµV d) La composante continue n’apparaît pas sur l’analyseur. Pour déterminer expérimentalement cette valeur moyenne on fait une mesure à l’oscilloscope avec une charge hyperfréquence 50 Ω et un Té. On observe d’abord le signal en couplage continu en repérant la ligne uploads/Management/ glee501-tp7-10.pdf