Amplituden-Modulation
- Kennen Sie zwei Gründe für eine Trägerfrequenz
- Die Lage sein, eine Leistungsdichtespektrum zu verwenden, zu finden:
- Wirksamkeit
- Bandbreite
- Kennen das Verhältnis der Trägerfrequenz, Modulationsfrequenz und Modulationsindex, um:
- Wirksamkeit
- Bandbreite
- Die Lage sein, zu erklären, warum AM zu 33% Wirkungsgrad und die Folge des Versuchs beschränkt zu überschreiten, dass
Das Informationssignal kann selten übertragen werden, wie, muss sie verarbeitet werden. Um elektromagnetische Übertragung zu verwenden, muss es zuerst von Audiodaten in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Die Umwandlung wird durch einen Wandler erreicht. Nach der Umwandlung wird es verwendet, um ein Trägersignal zu modulieren.
Ein Trägersignal wird aus zwei Gründen verwendet:
- Zur Verringerung der Wellenlänge für eine effiziente Übertragung und den Empfang (die optimale Antennengröße ist ½ oder ¼ einer Wellenlänge). Eine typische Audio-Frequenz von 3000 Hz wird mit einer Wellenlänge von 100 km hat und würde eine effektive Antennenlänge von 25 km benötigen! Im Vergleich dazu ist ein typischer Träger für FM 100 MHz, mit einer Wellenlänge von 3 m, und könnte eine Antenne nur 80 cm lange Gebrauch.
- Erlauben die gleichzeitige Nutzung des gleichen Kanals, die so genannte Multiplexing. Jedes eindeutiges Signal kann eine andere Trägerfrequenz (wie Radiosender) und immer noch den gleichen Kanal teilen, zugeordnet werden. Die Telefongesellschaft Modulation tatsächlich erfunden Telefongespräche über gemeinsame Leitungen übertragen werden können.
Der Prozess der Modulationsmittel, um systematisch das Informationssignal zu verwenden (was Sie übertragen wollen) einige Parameter des Trägersignals zu variieren. Das Trägersignal wird in der Regel nur eine einfachen, Einfrequenz-Sinuskurve (variiert in der Zeit, wie eine Sinuswelle).
Die Grundsinuswelle geht wie V (t) = Vo sin (2 p f t + f), wobei die folgenden Parameter definiert: V (t) die Spannung des Signals als eine Funktion der Zeit. Vo die Amplitude des Signals (repräsentiert den Maximalwert in jedem Zyklus erreicht wird) f die Frequenz der Schwingung, die Anzahl der Zyklen pro Sekunde (Hertz auch als = 1 Zyklus pro Sekunde bekannt)- die Phase des Signals, um den Startpunkt des Zyklus darstellt.
AM: Amplitudenmodulation
FM: Frequenzmodulation oder
PM: Phasenmodulation
Amplitudenmodulation ist die einfachste der drei zu verstehen. Der Sender verwendet nur das Informationssignal, Vm (t), um die Amplitude des Trägers zu variieren, um ein moduliertes Signal Vco, VAM (t) zu erzeugen. Hier sind die drei Signale in mathematischer Form:- Information: Vm (t)
- Träger: Vc (t) = Vco sin (2 p fc t + f)
- AM: VAM (t) = < Vco + Vm (t) >sin (2 p t fc + f)
Hier sehen wir, dass die Amplitude Begriff wurde bei der Kombination der ursprünglichen Amplitude und das Informationssignal ersetzt. Die Menge der Modulation hängt von der Amplitude des Informationssignals. Dies wird in der Regel als Verhältnis des maximalen Informationssignals auf die Amplitude des Trägers ausgedrückt. Wir definieren:
Wenn das Informationssignal des Modulationsindex hat eine einfache Form auch eine einfache Sinuswelle ist:
Hier ist ein typisches AM-Signal, die Teile zeigt. Man beachte, dass die Informationen, um die Hülle des Trägersignals moduliert.
In diesem Beispiel ist der Modulationsindex < 1.0.
In diesem Beispiel weist der Träger 8 Hz und so besitzt das Spektrum eine einzige Komponente mit dem Wert 1,0 bei 8 Hz.
Nun hat das grundlegendsten amplitudenmodulierten Signal ein ziemlich einfaches Spektrum. In diesem Beispiel wird eine reine Sinuswelle als das Informationssignal (wie das Testsignal EBS) verwendet.
Es ist sinnvoll, den Bereich von Frequenzen, die das gesamte Signal nimmt zu messen. Dies wird als die Bandbreite (BW) bekannt. In diesem Beispiel würde die Bandbreite 10 Hz (- 60 Hz 70 Hz) sein. Sie können die Bandbreite in diesem Fall sagen die einfache Formel: BW = 2FM wobei fm die Frequenz der einfachen Sinuswelle mit zu modulieren ist.
Der Träger ist bei 65 Hz und das Informationssignal verwendet hat von etwa 1 bis 11 Hz reicht sein eigenes Spektrum zu modulieren. Das Spektrum hat die übliche Erscheinung: ein starkes Trägersignal die Mitte, und die beiden symmetrischen Seitenbänder. Wenn Sie nur das obere Seitenband (USB) nehmen waren, und Herunterschalten es bei Null beginnt, würden Sie das Informationssignal wiederherzustellen. Das ist im Wesentlichen, was der Empfänger tut, wenn es demoduliert.
Da das Informationssignal gerade ist „hinzugefügt“ auf den Träger, können wir leicht die Bandbreite vorhersagen: BW = 2 fm. wobei fm nun die maximale Modulationsfrequenz verwendet wird, ist (im Gegensatz zu der Modulationsfrequenz gegenüber, wenn ein einfaches Signal verwendet wird).
AM-Radio ist das häufigste Beispiel für diese Art der Modulation. Das Frequenzband für die AM-Rundfunk verwendet wird, ungefähr 550 bis 1720 kHz. Dies ist der Bereich von Trägerfrequenzen zur Verfügung. Die übermittelten Informationen sind Musik und Talk, die im Audiospektrum fällt. Das vollständige Audiospektrum reicht bis 20 kHz, aber begrenzt die AM-Radio obere Modulationsfrequenz bis 5 kHz. Dies führt zu einer maximalen Bandbreite von 10 kHz. Daher kann die FCC-Stationen Frequenzen zuzuweisen, die 10 kHz auseinander, ohne Angst vor Überlappung sind (in der Realität kann es immer noch eine gewisse Überlappung, da das Spektrum der nicht nur an der Seitenband-Ende ist es tatsächliche Art von Abschrägungen langsam ab. Diese „Schwänze“ können sich überlappen, wenn das Signal stark genug ist. Sie können Sie selektiver machen Empfänger von aus dem „fernen“ auf die „lokale“ andere Einstellung auf Kosten der Empfindlichkeit zu beseitigen). Also, wenn wir die AM-Band füllen, Zuweisen von Stationen alle 10 kHz gibt es 107 verfügbare Sendefrequenzen.
Die Praxis der obere Frequenz bis 5 kHz Begrenzung entfernt einige der ursprünglichen Information (das, was im 5-20 kHz fällt) reicht. Da die Fähigkeit, das Signal genau zu reproduzieren Treue genannt wird, gibt es einen Verlust von Treue in AM-Sendungen. Dies ist einer der Gründe, dass Radio AM nicht so gut klingen (im Vergleich zu UKW-Radio, wie wir später sehen werden). Talk-Radio ist relativ unberührt, weil Gespräch ohnehin sehr wenig von ihrem Signal über 5 kHz hat. Dies könnte erklären, warum Talk-Radio viel häufiger auf als AM-FM ist.
Nun, da die Werkzeuge vorhanden sind, können wir beginnen, einige Auswertungen der Leistung von AM-Signale zu machen. Das erste Beispiel ist die Bandbreite.
Die Bandbreite eines Signals ist immer von Bedeutung für viele Gründe, aber hauptsächlich, bestimmt sie, wie viele Kanäle (oder Stationen) in einem bestimmten Frequenzband zur Verfügung stehen. Wir sahen, dass es maximal 107 MW-Radiosender sein könnte. Wenn Sie die Genauigkeit des AM-Radios verbessert, indem die oberen Modulationsfrequenz 10 kHz, würden Sie die Signalbandbreite verdoppeln, und als Folge nur 53 Radiosender zugelassen werden. Wenn Sie die AM-Band zu erhöhen versucht, würden Sie eine andere Band, wie Amateurfunk verlieren.
Die Bandbreite der AM-Signale können leicht mit dem inzwischen bekannten Formel vorhergesagt werden: BW = 2 fm.
Da wir letztlich nur mit der Information und nicht der Träger betroffen sind, wollen wir nicht viel Energie in dem Trägersignal verschwenden. Sie können ein gewisses Maß an Effizienz wie folgt definieren:
wobei: PSB = die Leistung in allen Seitenbänder
PTOT = die gesamte übertragene Leistung (enthält Träger und Seitenbänder)
Es ist möglich, um mehr als 100% zu modulieren. Hier ist ein repräsentatives Signal unter Verwendung von m = 2.0:
Die Parameter sind: Träger = 65 Hz, Modulation = single tone bei 5 Hz, m = 2,0
Das ist, was wir begonnen mit:
Aber nach der Demodulation im Empfänger, haben wir diese:
- Ein Träger wird verwendet, um die Wellenlänge kleiner ist für eine praktische Übertragung zu machen, und das Multiplexen ermöglicht wird.
- Das Spektrum wird verwendet, Bandbreite (der Bereich von Frequenzen) zu messen und die Effizienz (die Leistung in den Seitenbändern im Vergleich zur Gesamtleistung)
- Bandbreite kann unter Verwendung von BW = 2 fm vorhergesagt wird, in dem fm = die maximale Modulationsfrequenz
- Effizienz hängt nur von dem Modulationsindex m (der Anteil des Trägers Sie modulieren, indem)
- AM ist auf 33% begrenzt, weil die Effizienz des Modulationsindex nicht auf> 1,0 erhöht werden kann, ohne Verzerrung im Empfänger einzuführen.