MODULERET AMPLITUDE: EGENSKABER OG HVORDAN DET FUNGERER - FYSISK - 2024

Den amplitudemodulerede AM (amplitude modulation) er et signal transmission teknik, hvor en elektromagnetisk bølge sinusformet bærefrekvens f _c, der er ansvarlig for transmission af en meddelelse frekvens f _s << f _c varierer (dvs. modulerer) den amplitude i henhold til signalets amplitude.

Begge signaler kører som et, et totalsignal (AM-signal), der kombinerer begge: bærebølgen (bæresignalet) og bølgen (informationssignal), der indeholder meddelelsen, som vist i følgende figur:

Figur 1. Amplitude modulation. Kilde: Wikimedia Commons.

Det bemærkes, at informationens rejser er indeholdt i den form, der omgiver AM-signalet, der kaldes en konvolut.

Gennem denne teknik kan et signal transmitteres over lange afstande, hvorfor denne type modulering er vidt brugt af kommerciel radio og civile bånd, skønt proceduren kan udføres med en hvilken som helst type signal.

For at få informationen er der behov for en modtager, hvor en proces kaldet demodulation udføres ved hjælp af en konvolutdetektor.

Konvolutdetektoren er intet andet end et meget simpelt kredsløb, kaldet en ensretter. Proceduren er enkel og billig, men strømtab forekommer altid i transmissionsprocessen.

Hvordan fungerer den modulerede amplitude?

For at overføre meddelelsen sammen med bæresignalet er det ikke nok blot at tilføje de to signaler.

Det er en ikke-lineær proces, hvor transmissionen på den ovenfor beskrevne måde opnås ved at multiplicere meddelelsessignalet med bæresignalet, begge cosinus. Og til resultatet af dette tilføjes bæresignalet.

Den matematiske form, der er resultatet af denne procedure, er et variabelt signal i tiden E (t), hvis form er:

Hvor amplituden E _c er amplituden af bæreren og m er modulationsindekset, givet ved:

Således: E _s = mE _c

Meddelelsens amplitude er lille sammenlignet med amplituden af ​​bæreren, derfor:

Ellers ville konvolutten af ​​AM-signalet ikke have den nøjagtige form på den meddelelse, der skal transmitteres. Ligningen for m kan udtrykkes som en procentdel af modulation:

Vi ved, at sinusformede og kosinus-signaler er kendetegnet ved at have en bestemt frekvens og bølgelængde.

Når et signal moduleres, oversættes dets frekvensfordeling (spektrum), hvilket tilfældigvis optager et bestemt område omkring frekvensen af ​​bæresignalet _fc (som slet ikke ændres under moduleringsprocessen), kaldet bredde band.

Da de er elektromagnetiske bølger, er deres hastighed i vakuum hastighed for lys, der er relateret til bølgelængde og frekvens ved:

På denne måde rejser informationen, der skal transmitteres fra f.eks. En radiostation meget hurtigt til modtagerne.

Radio transmissioner

Radiostationen skal omdanne ord og musik, der alle er lydsignaler, til et elektrisk signal med samme frekvens, f.eks. Ved hjælp af mikrofoner.

Dette elektriske signal kaldes auditive frekvenssignal FA, fordi det ligger i området 20 til 20.000 Hz, som er det hørbare spektrum (de frekvenser, som mennesker hører).

Figur 2. Mange radiostationer udsendt i AM. Kilde: Pixabay.

Dette signal skal forstærkes elektronisk. I de tidlige dage af radioen blev den lavet med vakuumrør, som senere blev erstattet af meget mere effektive transistorer.

Det forstærkede signal kombineres derefter med radiofrekvenssignalet FR med AM-modulatorkredsløb for at resultere i en specifik frekvens for hver radiostation. Dette er bærefrekvensen _fc nævnt ovenfor.

AM-radiostations bærefrekvenser er mellem 530 Hz og 1600 Hz, men stationer, der bruger moduleret frekvens eller FM, har bærere med højere frekvens: 88-108 MHz.

Det næste trin er at forstærke det kombinerede signal igen og sende det til antennen, så det kan udsendes som en radiobølge. På denne måde kan den sprede sig gennem rummet, indtil den når modtagerne.

Signal modtagelse

En radiomodtager har en antenne til at hente de elektromagnetiske bølger, der kommer fra stationen.

En antenne består af et ledende materiale, der igen har fri elektroner. Det elektromagnetiske felt udøver kraft på disse elektroner, som straks vibrerer med samme frekvens som bølgerne, hvilket producerer en elektrisk strøm.

En anden mulighed er, at den modtagende antenne indeholder en trådspole, og det elektromagnetiske felt af radiobølger inducerer en elektrisk strøm i den. I begge tilfælde indeholder denne strøm de oplysninger, der kommer fra alle de radiostationer, der er blevet fanget.

Det, der følger nu, er, at radiomodtageren er i stand til at skelne mellem hver radiostation, det vil sige at indstille på den, der foretrækkes.

Stil ind på radioen og lyt til musikken

Valg mellem de forskellige signaler udføres af et resonant LC-kredsløb eller LC-oscillator. Dette er et meget simpelt kredsløb, der indeholder en variabel induktor L og kondensator C placeret i serie.

For at indstille radiostationen justeres værdierne for L og C således, at kredsløbets resonansfrekvens falder sammen med frekvensen for det signal, der skal indstilles, hvilket er intet andet end radiostationens bærefrekvens: f _c.

Når stationen er indstillet, kommer demodulator-kredsløbet nævnt i begyndelsen til handling. Han er den, der har ansvaret for at dechiffrere, så at sige, beskeden, der sendes af radiostationen. Det gør dette ved at adskille bæresignalet og meddelelsessignalet ved hjælp af en diode og et RC-kredsløb kaldet et lavpasfilter.

Figur 3. På venstre LC-oscillatorkredsløb. Til højre et demodulatorkredsløb. Kilde: F. Zapata.

Det allerede adskilte signal går gennem en forstærkningsproces igen og derfra går det til højttalerne eller hovedtelefonerne, så vi kan høre det.

Processen er beskrevet her, fordi der faktisk er flere faser, og den er meget mere kompleks. Men det giver os en god idé om, hvordan amplitude-modulation sker, og hvordan den når modtagerens ører.

Arbejdet eksempel

En bærer bølge har amplituden E _c = 2 V (RMS) og frekvens f _c = 1,5 MHz. Det moduleres af et signal med frekvens fs = 500 Hz og amplitude E _s = 1 V (RMS). Hvad er ligningen for AM-signalet?

Løsning

Indsæt de relevante værdier i ligningen for det modulerede signal:

Det er dog vigtigt at bemærke, at ligningen inkluderer spidsamplituderne, som i dette tilfælde er spændinger. Derfor er det nødvendigt at sende RMS-spændingerne til spidsmultiplikation med √2:

1. Analphabetics. Modulationssystemer. Gendannes fra: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Fysik: Principper med applikationer. 6 ^th. Ed Prentice Hall.
3. Quesada, F. Communications Laboratory. Amplitude Modulation. Gendannes fra: ocw.bib.upct.es.
4. Santa Cruz, O. Amplitude modulation transmission. Gendannes fra: professors.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik til videnskab og teknik. Bind 2. 7 ^ma. Ed. Cengage Learning.
6. Carrier Wave. Gendannet fra: es.wikipedia.org.