MODULERT AMPLITUDE: EGENSKAPER OG HVORDAN DET FUNGERER - FYSISK - 2025

Den amplitudemodulerte AM (amplitude modulasjon) er et signaloverføringsteknikk hvor en elektromagnetisk bølge sinusformet bærebølgefrekvensen f _c , som er ansvarlig for overføring av en melding frekvens f _s << f _c varierer (dvs. modulerer) i amplitude i henhold til signalets amplitude.

Begge signalene beveger seg som ett, et totalsignal (AM-signal) som kombinerer begge: bærebølgen (bæresignalet) og bølgen (informasjonssignalet) som inneholder meldingen, som vist på følgende figur:

Figur 1. Amplitude modulation. Kilde: Wikimedia Commons.

Det bemerkes at informasjonen reiser i formen som omgir AM-signalet, som kalles en konvolutt.

Gjennom denne teknikken kan et signal overføres over lange avstander, og derfor blir denne type modulasjon mye brukt av kommersiell radio og sivilbåndet, selv om prosedyren kan utføres med hvilken som helst type signal.

For å få informasjonen trengs en mottaker, der en prosess kalt demodulering utføres ved hjelp av en konvoluttdetektor.

Konvoluttdetektoren er ikke mer enn en veldig enkel krets, kalt en likeretter. Prosedyren er enkel og billig, men strømtap oppstår alltid i overføringsprosessen.

Hvordan fungerer den modulerte amplituden?

For å overføre meldingen sammen med bæresignalet er det ikke nok å bare legge til de to signalene.

Det er en ikke-lineær prosess, der overføringen på den måten som er beskrevet ovenfor oppnås ved å multiplisere meldingssignalet med bæresignalet, begge cosinus. Og til resultatet av dette, legg til bæresignalet.

Den matematiske formen som er resultatet av denne prosedyren er et variabelt signal i tid E (t), hvis form er:

Hvor amplituden _Ec er amplituden til bæreren og m er modulasjonsindeksen gitt av:

Dermed: E _s = mE _c

Meldingens amplitude er liten sammenlignet med amplituden til bæreren, derfor:

Ellers vil konvolutten til AM-signalet ikke ha den nøyaktige formen på meldingen som skal overføres. Ligningen for m kan uttrykkes som en prosentandel av modulasjon:

Vi vet at sinusformede og kosinus-signaler er preget av å ha en viss frekvens og bølgelengde.

Når et signal blir modulert, er dens frekvensfordeling (spektrum) settes, noe som skjer for å oppta et visst område omkring frekvensen til bæresignalet f _c (som ikke forandres i det hele tatt i løpet av modulasjonsprosessen), kalt bredde bånd.

Ettersom de er elektromagnetiske bølger, er hastigheten i vakuum hastigheten til lys, som er relatert til bølgelengde og frekvens ved å:

På denne måten reiser informasjonen som skal overføres fra for eksempel en radiostasjon veldig raskt til mottakerne.

Radiosendinger

Radiostasjonen må transformere ord og musikk, som alle er lydsignaler, til et elektrisk signal med samme frekvens, for eksempel ved bruk av mikrofoner.

Dette elektriske signalet kalles auditive frekvenssignal FA, fordi det er i området 20 til 20.000 Hz, som er det hørbare spekteret (frekvensene som mennesker hører).

Figur 2. Mange radiostasjoner sendte i AM. Kilde: Pixabay.

Dette signalet må forsterkes elektronisk. I de første dagene av radioen ble den laget med vakuumrør, som senere ble erstattet av mye mer effektive transistorer.

Det forsterkede signalet blir deretter kombinert med radiofrekvenssignalet FR med AM-modulatorkretser, slik at det resulterer i en spesifikk frekvens for hver radiostasjon. Dette er bærebølgefrekvensen f _c nevnt ovenfor.

Bærefrekvensene til AM-radiostasjoner er mellom 530 Hz og 1600 Hz, men stasjoner som bruker modulert frekvens eller FM har høyere frekvensbærere: 88-108 MHz.

Neste trinn er å forsterke det kombinerte signalet igjen og sende det til antennen slik at det kan sendes ut som en radiobølge. På denne måten kan den spre seg gjennom rommet til den når mottakerne.

Signalmottak

En radiomottaker har en antenne for å hente de elektromagnetiske bølgene som kommer fra stasjonen.

En antenne består av et ledende materiale som igjen har frie elektroner. Det elektromagnetiske feltet utøver kraft på disse elektronene, som umiddelbart vibrerer med samme frekvens som bølgene, og produserer en elektrisk strøm.

Et annet alternativ er at mottaksantennen inneholder en trådspole og det elektromagnetiske feltet til radiobølger induserer en elektrisk strøm i den. I begge tilfeller inneholder denne strømmen informasjonen som kommer fra alle radiostasjonene som er blitt fanget.

Det som følger nå er at radiomottakeren er i stand til å skille hver radiostasjon, det vil si å innstille på den som er foretrukket.

Still inn radioen og lytt til musikken

Valg mellom de forskjellige signalene oppnås av en resonant LC-krets eller LC-oscillator. Dette er en veldig enkel krets som inneholder en variabel induktor L og kondensator C plassert i serie.

For å stille inn radiostasjonen blir verdiene på L og C justert slik at resonansfrekvensen til kretsen sammenfaller med frekvensen til signalet som skal innstilles, som er ingen ringere enn radiostasjonens bærefrekvens: f _c .

Når stasjonen er innstilt, kommer demodulatorkretsen nevnt i begynnelsen til handling. Han er den som har ansvaret for å tyde, så å si, meldingen som sendes av radiostasjonen. Det gjør dette ved å skille bæresignal og meldingssignal, bruke en diode, og en RC-krets som kalles et lavpassfilter.

Figur 3. På venstre LC-oscillatorkrets. Til høyre en demodulatorkrets. Kilde: F. Zapata.

Det allerede separerte signalet går gjennom en forsterkningsprosess igjen og derfra går det til høyttalerne eller hodetelefonene slik at vi kan høre det.

Prosessen er skissert her, fordi det faktisk er flere stadier og den er mye mer sammensatt. Men det gir oss en god ide om hvordan amplitude-modulasjon skjer og hvordan den når mottakeren ører.

Jobbet eksempel

En bærebølge har amplitude E _c = 2 V (RMS) og frekvens f _c = 1,5 MHz. Det blir modulert av et signal med frekvensen f = 500 Hz og amplituden E _s = 1 V (RMS). Hva er ligningen for AM-signalet?

Løsning

Sett inn de aktuelle verdiene i ligningen for det modulerte signalet:

Imidlertid er det viktig å merke seg at ligningen inkluderer toppamplituder, som i dette tilfellet er spenninger. Derfor er det nødvendig å passere RMS-spenningene til toppmultipliseringen med √2:

1. Analphabetics. Modulasjonssystemer. Gjenopprettet fra: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 ^th . Ed Prentice Hall.
3. Quesada, F. Communications Laboratory. Amplitude Modulation. Gjenopprettet fra: ocw.bib.upct.es.
4. Santa Cruz, O. Amplitude modulasjonsoverføring. Gjenopprettet fra: professors.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 2. 7 ^ma . Ed. Cengage Learning.
6. Carrier Wave. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org.