Dans l’électronique et les télécommunications , un émetteur radio ou tout simplement émetteur est un Appareil électronique qui produit des ondes radio avec une antenne . L’émetteur lui-même génère un courant alternatif radiofréquence , qui est appliqué à l’ antenne . Lorsqu’elle est excitée par ce courant alternatif, l’antenne émet des ondes radio.
Les émetteurs sont des composants nécessaires de tous les appareils électroniques qui communiquent par radio , tels que les stations de radio et de télévision , les téléphones portables , les talkies-walkies , les réseaux informatiques sans fil , les appareils compatibles Bluetooth , les ouvre- portes de garage , les radios bidirectionnelles dans les avions, les navires, engins spatiaux, radars et balises de navigation. Le terme émetteur est généralement limité aux équipements qui génèrent des ondes radio à des fins de communication ; ou la radiolocalisation , comme le radaret les émetteurs de navigation. Les générateurs d’ondes radio à des fins de chauffage ou industrielles, tels que les fours à micro-ondes ou les équipements de diathermie , ne sont généralement pas appelés émetteurs, même s’ils ont souvent des circuits similaires.
Le terme est généralement utilisé plus spécifiquement pour désigner un émetteur de diffusion , un émetteur utilisé dans la radiodiffusion , comme dans l’émetteur de radio FM ou l’émetteur de télévision . Cette utilisation comprend généralement à la fois l’émetteur proprement dit, l’antenne et souvent le bâtiment dans lequel il se trouve.
La description
Un émetteur peut être une pièce d’équipement électronique distincte ou un circuit électrique à l’ intérieur d’un autre Appareil électronique. Un émetteur et un récepteur combinés en une seule unité s’appelle un émetteur- récepteur . Le terme émetteur est souvent abrégé « XMTR » ou « TX » dans les documents techniques. Le but de la plupart des émetteurs est la Communication radio d’informations à distance. Les informations sont fournies à l’émetteur sous la forme d’un signal électronique, tel qu’un signal audio (son) d’un microphone, un Signal vidéo (TV) d’une caméra vidéo ou, dans les dispositifs de réseau sans fil , un signal numériqueà partir d’un ordinateur. L’émetteur combine le signal d’information à transporter avec le signal radiofréquence qui génère Les ondes radio, appelé Signal porteur . Ce processus s’appelle la modulation . Les informations peuvent être ajoutées à la porteuse de plusieurs manières différentes, dans différents types d’émetteurs. Dans un émetteur à modulation d’amplitude (AM), l’information est ajoutée au signal radio en faisant varier son amplitude . Dans un émetteur à modulation de fréquence (FM), il est ajouté en faisant légèrement varier la fréquence du signal radio. De nombreux autres types de modulation sont également utilisés…
Le signal radio de l’émetteur est appliqué à l’ antenne , qui émet l’énergie sous forme d’ondes radio. L’antenne peut être enfermée à l’intérieur du boîtier ou attachée à l’extérieur de l’émetteur, comme dans les appareils portables tels que les téléphones portables, les talkies-walkies et les ouvre- portes de garage . Dans les émetteurs plus puissants, l’antenne peut être située au sommet d’un bâtiment ou sur une tour séparée, et connectée à l’émetteur par une ligne d’alimentation , c’est-à-dire une ligne de transmission .
Émetteurs radio
Opération
Les ondes électromagnétiques sont rayonnées par des charges électriques lorsqu’elles sont accélérées . [1] [2] Les ondes radio , ondes électromagnétiques de radiofréquence , sont générées par des courants électriques variables dans le temps , constitués d’ électrons circulant à travers un conducteur métallique appelé antenne, qui changent de vitesse et s’accélèrent ainsi. [3] [2] Un courant alternatif circulant dans une antenne créera un champ magnétique oscillantautour du conducteur. La tension alternative chargera également les extrémités du conducteur alternativement positives et négatives, créant un champ électrique oscillant autour du conducteur. Si la fréquence des oscillations est suffisamment élevée, dans la gamme de fréquences radio au-dessus d’environ 20 kHz, les champs électriques et magnétiques couplés oscillants rayonneront de l’antenne dans l’espace sous la forme d’une Onde électromagnétique, une onde radio.
Un émetteur radio est un circuit électronique qui transforme l’énergie électrique d’une source d’alimentation, une batterie ou une alimentation secteur, en un courant alternatif radiofréquence à appliquer à l’antenne, et l’antenne rayonne l’énergie de ce courant sous forme d’ondes radio. L’émetteur code également des informations telles qu’un signal audio ou vidéo dans le courant de radiofréquence devant être transporté par Les ondes radio. Lorsqu’elles frappent l’antenne d’un récepteur radio , les ondes excitent dans celle-ci des courants radiofréquence similaires (mais moins puissants). Le récepteur radio extrait les informations des ondes reçues.
Composants
Un émetteur radio pratique se compose principalement des éléments suivants :
- Dans les émetteurs haute puissance, un circuit d’ alimentation pour transformer la puissance électrique d’entrée en tensions plus élevées nécessaires pour produire la puissance de sortie requise.
- Un circuit oscillateur électronique pour générer le signal radiofréquence . Cela génère généralement une onde sinusoïdale d’ amplitude constante appelée onde porteuse , car elle génère Les ondes radio qui “transportent” l’information à travers l’espace. Dans la plupart des émetteurs modernes, il s’agit d’un oscillateur à cristal dont la fréquence est précisément contrôlée par les vibrations d’un Cristal de quartz . La fréquence de l’onde porteuse est considérée comme la fréquence de l’émetteur.
- Un circuit Modulateur pour ajouter les informations à transmettre à l’onde porteuse produite par l’ oscillateur . Cela se fait en faisant varier certains aspects de l’onde porteuse. L’information est fournie à l’émetteur sous la forme d’un signal électronique appelé signal de modulation . Le signal de modulation peut être un signal audio , qui représente du son , un Signal vidéo qui représente des images animées, ou pour des données sous la forme d’un signal numérique binaire qui représente une séquence de bits , un bitstream . Différents types d’émetteurs utilisent différentes modulationsméthodes de transmission des informations :
- Dans un émetteur AM ( modulation d’amplitude ), l’ amplitude (force) de l’onde porteuse varie proportionnellement au signal de modulation.
- Dans un émetteur FM ( modulation de fréquence ), la fréquence de la porteuse est modifiée par le signal de modulation.
- Dans un émetteur FSK ( Frequency-Shift Keying ), qui transmet des données numériques, la fréquence de la porteuse est décalée entre deux fréquences qui représentent les deux chiffres binaires , 0 et 1.
- L’OFDM ( multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence ) est une famille de méthodes de modulation numérique complexes très largement utilisées dans les systèmes à large bande tels que les réseaux Wi-Fi , les téléphones portables , la diffusion de télévision numérique et la diffusion audio numérique (DAB) pour transmettre des données numériques en utilisant un minimum de la bande passante du spectre radio . L’OFDM a une efficacité spectrale plus élevée et une plus grande résistance à l’ évanouissement que l’AM ou la FM. Dans OFDM, plusieurs ondes porteuses radio étroitement espacées en fréquence sont transmises dans le canal radio, chaque porteuse étant modulée avec des bits du flux binaire entrantdonc plusieurs bits sont envoyés simultanément, en parallèle. Au niveau du récepteur, les porteuses sont démodulées et les bits sont combinés dans le bon ordre en un seul flux binaire.
De nombreux autres types de modulation sont également utilisés. Dans les grands émetteurs, l’oscillateur et le Modulateur sont souvent appelés excitateur .
- Un amplificateur radiofréquence (RF) pour augmenter la puissance du signal, pour augmenter la portée des ondes radio.
- Un circuit d’adaptation d’ impédance ( syntoniseur d’antenne ) pour transformer l’ impédance de sortie de l’émetteur afin qu’elle corresponde à l’impédance de l’antenne (ou de la ligne de transmission à l’antenne), pour transférer efficacement la puissance à l’antenne. Si ces impédances ne sont pas égales, cela provoque une condition appelée ondes stationnaires , dans laquelle la puissance est réfléchie de l’antenne vers l’émetteur, gaspillant de l’énergie et provoquant parfois une surchauffe de l’émetteur.
Dans les émetteurs à haute fréquence, dans la gamme UHF et micro -ondes , les oscillateurs à fonctionnement libre sont instables à la fréquence de sortie. Les conceptions plus anciennes utilisaient un oscillateur à une fréquence inférieure, qui était multipliée par des multiplicateurs de fréquence pour obtenir un signal à la fréquence souhaitée. Les conceptions modernes utilisent plus couramment un oscillateur à la fréquence de fonctionnement qui est stabilisée par verrouillage de phase sur une référence de fréquence inférieure très stable, généralement un oscillateur à cristal.
Régulation
Deux émetteurs radio situés dans la même zone qui tentent de transmettre sur la même fréquence interfèrent l’un avec l’autre, provoquant une réception brouillée, de sorte qu’aucune transmission ne peut être reçue clairement. Les interférences avec les transmissions radio peuvent non seulement avoir un coût économique important, mais aussi mettre la vie en danger (par exemple, en cas d’interférence avec les communications d’urgence ou le contrôle du trafic aérien ).
Pour cette raison, dans la plupart des pays, l’utilisation des émetteurs est strictement contrôlée par la loi. Les émetteurs doivent être agréés par les gouvernements, sous diverses classes de licence en fonction de l’utilisation, telles que la diffusion , la radio marine , la bande aérienne , l’ amateur et sont limités à certaines fréquences et niveaux de puissance. Un organisme appelé l’ Union internationale des télécommunications (UIT) attribue les bandes de fréquences du spectre radioélectrique à différentes catégories d’utilisateurs. Dans certaines classes, chaque émetteur reçoit un indicatif d’appel uniqueconsistant en une chaîne de lettres et de chiffres qui doit être utilisée comme identifiant dans les transmissions. L’opérateur de l’émetteur doit généralement détenir une licence gouvernementale, telle qu’une licence générale d’opérateur de radiotéléphonie , qui est obtenue en réussissant un test démontrant une connaissance technique et juridique adéquate d’un fonctionnement radio sûr.
Des exceptions aux réglementations ci-dessus autorisent l’utilisation sans licence d’émetteurs à courte portée de faible puissance dans des produits de consommation tels que les téléphones portables , les téléphones sans fil , les microphones sans fil , les talkies-walkies , les appareils Wi-Fi et Bluetooth , les ouvre- portes de garage et les moniteurs pour bébés . Aux États-Unis, ceux-ci relèvent de la partie 15 des réglementations de la Federal Communications Commission (FCC). Bien qu’ils puissent être exploités sans licence, ces appareils doivent encore généralement être homologués avant la vente.
Histoire
Les premiers émetteurs radio primitifs (appelés émetteurs à éclateur ) ont été construits par le physicien allemand Heinrich Hertz en 1887 au cours de ses recherches pionnières sur Les ondes radio. Ceux-ci généraient des ondes radio par une étincelle à haute tension entre deux conducteurs. À partir de 1895, Guglielmo Marconi a développé les premiers systèmes de Communication radio pratiques utilisant ces émetteurs, et la radio a commencé à être utilisée commercialement vers 1900. Les émetteurs à étincelles ne pouvaient pas transmettre d’audio (son) et transmettaient à la place des informations par radiotélégraphie , l’opérateur tapant sur une touche télégraphiquequi a allumé et éteint l’émetteur pour produire des impulsions d’ondes radio épelant des messages texte en code Morse . Au niveau du récepteur, ces impulsions étaient audibles sous forme de “bips” dans le haut-parleur du récepteur et étaient traduites en texte par un opérateur connaissant le code Morse. Ces émetteurs à éclateur ont été utilisés pendant les trois premières décennies de la radio (1887-1917), appelées l’ ère de la télégraphie sans fil ou de l'”étincelle”. Parce qu’ils généraient des ondes amorties , les émetteurs à étincelles étaient électriquement “bruyants”. Leur énergie était répartie sur une large bande de fréquences , créant un bruit radio qui interférait avec d’autres émetteurs. Les émissions d’ondes amorties ont été interdites par le droit international en 1934.
Deux technologies d’émetteurs concurrentes de courte durée sont entrées en service après le tournant du siècle, qui ont été les premiers émetteurs à onde continue : le convertisseur d’arc ( arc de Poulsen ) en 1904 et l’ alternateur Alexanderson vers 1910, qui ont été utilisés dans les années 1920.
Toutes ces premières technologies ont été remplacées par des émetteurs à tube à vide dans les années 1920, qui utilisaient l’ oscillateur à rétroaction inventé par Edwin Armstrong et Alexander Meissner vers 1912, basé sur le tube à vide Audion ( triode ) inventé par Lee De Forest en 1906. Les émetteurs à tube à vide étaient ondes continues peu coûteuses et produites , et pourraient être facilement modulées pour transmettre l’audio (son) en utilisant la modulation d’amplitude (AM). Cela a rendu possible la radiodiffusion AM , qui a commencé vers 1920. Modulation de fréquence pratiqueLa transmission (FM) a été inventée par Edwin Armstrong en 1933, qui a montré qu’elle était moins vulnérable au bruit et à l’électricité statique que l’AM. La première station de radio FM a été autorisée en 1937. La transmission télévisée expérimentale avait été menée par les stations de radio depuis la fin des années 1920, mais la diffusion télévisée pratique n’a commencé qu’à la fin des années 1930. Le développement du radar pendant la Seconde Guerre mondiale a motivé l’évolution des émetteurs haute fréquence dans les gammes UHF et micro -ondes , en utilisant de nouveaux dispositifs actifs tels que le magnétron , le klystron et le tube à ondes progressives .
L’invention du transistor a permis le développement dans les années 1960 de petits émetteurs portables tels que les microphones sans fil , les ouvre- portes de garage et les talkies-walkies . Le développement du circuit intégré (CI) dans les années 1970 a rendu possible la prolifération actuelle des appareils sans fil , tels que les téléphones cellulaires et les réseaux Wi-Fi , dans lesquels les émetteurs et récepteurs numériques intégrés ( modems sans fil ) dans les appareils portables fonctionnent automatiquement, dans le arrière-plan, pour échanger des données avec des réseaux sans fil .
La nécessité de conserver la bande passante dans le spectre radio de plus en plus encombré entraîne le développement de nouveaux types d’émetteurs tels que le spectre étalé , les systèmes radio à ressources partagées et la radio cognitive . Une tendance connexe a été une transition continue des méthodes de transmission radio analogiques aux méthodes numériques . La modulation numérique peut avoir une plus grande efficacité spectrale que la modulation analogique ; c’est-à-dire qu’il peut souvent transmettre plus d’informations ( débit de données ) dans une bande passante donnée que l’analogique, en utilisant la compression des donnéesalgorithmes. Les autres avantages de la transmission numérique sont une meilleure immunité au bruit et une plus grande flexibilité et puissance de traitement des circuits intégrés de traitement du signal numérique .
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L’ émetteur à éclateur de Guglielmo Marconi , avec lequel il a réalisé les premières expériences de communication pratique en radiotélégraphie en code Morse en 1895-1897
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Émetteur de radiotélégraphie à éclateur à haute puissance en Australie vers 1910.
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Émetteur à arc Poulsen de l’US Navy de 1 MW qui générait des ondes continues à l’aide d’un arc électrique dans un champ magnétique, une technologie utilisée pendant une brève période de 1903 jusqu’à ce que les tubes à vide prennent le relais dans les années 20
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Un alternateur Alexanderson , une énorme machine tournante utilisée comme émetteur radio à très basse fréquence d’environ 1910 jusqu’à la Seconde Guerre mondiale
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L’un des premiers émetteurs radio AM à tube à vide , construit par Lee De Forest en 1914. Le premier tube Audion ( triode ) est visible à droite.
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L’un des premiers émetteurs de diffusion de la BBC, au début des années 1920, à Londres. Les 4 tubes triodes, connectés en parallèle pour former un oscillateur, produisaient chacun environ 4 kilowatts avec 12 mille volts sur leurs anodes.
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Le premier émetteur de diffusion FM expérimental d’Armstrong, W2XDG, dans l ‘ Empire State Building , à New York, utilisé pour des tests secrets de 1934 à 1935. Il émettait sur 41 MHz à une puissance de 2 kW.
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Ensemble émetteur d’un radar de contrôle du trafic aérien de 20 kW, 9,375 GHz , 1947. Le tube magnétron monté entre deux aimants (à droite) produit des micro-ondes qui passent de l’ouverture (à gauche) dans un guide d’ ondes qui les conduit à l’antenne parabolique.
Voir également
- Liste des sites de transmission
- Liste des radios – Liste des modèles spécifiques de radios
- Conception de l’émetteur radio
- Répétiteur
- Poste émetteur
- Transmetteur
- Émetteur de télévision
- Transmetteurs à fibre optique
- Neurotransmetteur
Références
- ^ Serway, Raymond; Faughn, Jerry ; Vuillé, Chris (2008). Physique universitaire, 8e éd . Cengage Apprentissage. p. 714.ISBN _ 978-0495386933.
- ^ un b Ellingson, Steven W. (2016). Ingénierie des systèmes radio . La presse de l’Universite de Cambridge. p. 16–17. ISBN 978-1316785164.
- ^ Balanis, Constantin A. (2005). Théorie des antennes : analyse et conception, 3e éd . John Wiley et fils. p. 10 . ISBN 9781118585733.
Liens externes
| Recherchez l’ émetteur dans Wiktionary, le dictionnaire gratuit. |
- Union internationale des télécommunications
- Page de technologie de radio et de diffusion de Jim Hawkins
- Site Web technique de l’émetteur de WCOV-TV
- Principaux émetteurs de télévision britanniques, y compris le changement d’informations sur le groupe, voir la section Planification de l’émetteur.
- Détails des émetteurs de télévision numérique britanniques