A moduláció az üzenetjel frekvenciájának és erősségének növelésének és fokozásának folyamata. Ez az a folyamat, amely egymásra helyezi az eredeti jelet és a folyamatos nagyfrekvenciás jelet. Ban ben Amplitúdó moduláció (AM), a vivőhullám amplitúdója az üzenetjeltől függően változik. Az AM folyamata az alábbi képen látható:

Például,

Audiojel

Az audiojelek nagy zajú jelek. Nem könnyű ilyen jeleket nagy távolságra továbbítani. Ezért az audiojelek modulációja szükséges a sikeres átvitelhez. Az AM moduláció egy olyan folyamat, amelyben egy üzenet jelet helyeznek a rádióhullámra vivőjelként. Kombinálják a nagy amplitúdójú rádió vivőhullámmal, ami növeli az audiojel nagyságát.

Hasonlóképpen, Frekvencia moduláció (FM) a vivőjel frekvenciaváltozásával foglalkozik, ill Fázis moduláció (PM) a vivőjel fázisváltozásával foglalkozik.

Először beszéljük meg az analógot és a kapcsolódó kifejezéseket.

Először beszéljük meg az analógot és a kapcsolódó kifejezéseket.

Analóg az időben történő folyamatos változásra utal. Az analóg kommunikációt és analóg jelet a következőképpen határozhatjuk meg: An analóg kommunikáció egy olyan kommunikáció, amely időben folyamatosan változik. A digitális kommunikáció előtt fedezték fel. Kisebb sávszélességet igényel az olcsó alkatrészekkel történő átvitelhez. An analóg jel egy olyan jel, amely időben folyamatosan változik. Az analóg jelekre példák a szinuszos hullámok és a négyszöghullámok.

Az alábbiakban egy egyszerű analóg jel látható:

Itt a következőkről fogunk beszélni:

Mi a moduláció?

Az amplitúdómoduláció típusai

Az amplitúdómoduláció története

Moduláció szükségessége

AM frekvencia fordítása

Modulációs index

Az AM hatékonysága

Az amplitúdómoduláció előnyei és hátrányai

Az amplitúdómoduláció alkalmazásai

Numerikus példák

Mi a moduláció?

Ha az üzenetjelet a vivőjelre helyezzük, akkor az úgynevezett moduláció . Az üzenetjel a vivőhullám tetejére kerül. Itt a szuperponálás azt jelenti, hogy egy jelet helyezünk a másik jelre. Az így létrejövő jel frekvenciája és erőssége javult.

A jel fordítása szükséges az adó végén mind az analóg, mind a digitális jelek esetében. A fordítást azelőtt hajtják végre, hogy a jelet a csatornán továbbítanák a vevőhöz.

Üzenet jelzés

A vevőnek továbbítandó üzenetet tartalmazó eredeti jelet üzenetjelnek nevezzük.

Fuvarozó jel

A vivőjel állandó frekvenciájú jel, amely általában magas. A vivő jelhullámok terjedéséhez nincs szükség közegre.

Alapsávi jel

A frekvenciasávot képviselő üzenetjelet alapsávi jelnek nevezzük. Az alapsávi jelek tartománya 0 Hz-től a vágási frekvenciáig terjed. Modulálatlan jelnek vagy alacsony frekvenciájú jelnek is nevezik.

Az analóg jel egy fény/hanghullám elektromos jellé alakított kimenete.

Passband jel

Az üzenetjel maximális komponensénél magasabb frekvencián van középre állítva.

Példa

általános védelmi hiba

Tekintsünk egy példát beszédjel . Ez egyfajta hangjel.

A beszédjel alacsonyabb alapsávi frekvenciákkal rendelkezik, a 0,3 és 3,4 kHz közötti tartományban. Ha két személy ugyanazon a csatornán akar kommunikálni, az alapsávi frekvenciák zavarni fognak. Ez azért van, mert az alacsonyabb frekvenciák nem engedhetnek meg két alapsávi frekvenciát ugyanazon a csatornán. Ennélfogva a beszédjelhez 8 kHz-ig terjedő nagyfrekvenciás vivőt használnak. Növeli a beszédjel frekvenciatartományát. Lehetővé teszi, hogy két személy interferencia nélkül kommunikáljon ugyanazon a csatornán.

Moduláció szükségessége

Egy kommunikációs rendszer küldi az adatokat az adóról a vevőnek. Az adatok feldolgozása megtörténik, és több mint száz mérföldet tesz meg, mielőtt elérné a vevőt. Az átvitel során fellépő zaj befolyásolhatja a kommunikáló jel alakját. Tovább félrevezeti a kapott információt azáltal, hogy csökkenti a jel frekvenciáját és erősségét. Olyan eljárásra van szükség, amely növeli a jel frekvenciáját és erősségét. A kommunikáció folyamatát ún moduláció .

A kommunikáció során elengedhetetlen a jel továbbítása egyik helyről a másikra. Itt egy eredeti jelet lecserélnek az újra, és ennek frekvenciáját f1-f2-ről f1'-f2'-re növelik. Helyrehozható formában van jelen a vevő oldalon. A moduláció követelménye a következő tényezőkön alapul:

1. Frekvencia multiplexelés
2. Antennák
3. Keskeny sávozás
4. Közös feldolgozás

Frekvencia multiplexelés

A multiplexelés több jel lefordítását jelenti ugyanazon a csatornán. Tegyük fel, hogy három jelet kell továbbítani egyetlen kommunikációs csatornán anélkül, hogy ez befolyásolná a jel minőségét és adatait. Ez azt jelenti, hogy a jeleknek megkülönböztethetőnek és helyreállíthatónak kell lenniük a vevő oldalon. Megtehető a három jel különböző frekvenciájú fordításával. Megakadályozza a több jel keresztezését.

Legyen három jel frekvenciatartománya -f1-től f1-ig, -f2-től f2-ig, és -f3-tól f3-ig. A jeleket védőburkolat választja el egymástól, az alábbiak szerint:

Ha ezeknek a jeleknek a kiválasztott frekvenciái nem fedik át egymást, akkor a megfelelő sávszűrők segítségével könnyen visszaállíthatók a vevő oldalon.

Antennák

Az antennák a szabad térben adják és fogadják a jeleket. Az antenna hosszát az átvitt jel hullámhosszának megfelelően kell kiválasztani.

Keskenysávú

A jel továbbítása szabad térben antenna segítségével történik. Tegyük fel, hogy a frekvenciatartomány 50 és 10 között van⁴Hz. A legmagasabb és a legalacsonyabb frekvencia aránya 10 lesz⁴/50 vagy 200. Az antenna hossza ennél az aránynál túl hosszú lesz az egyik végén, és túl rövid lesz a másik végén. Nem alkalmas átvitelre. Így az audiojelet a (10⁶+ 50) - (10⁶+ 10⁴). Az arány most 1,01 körül lesz. Úgy ismert keskenysávú .

Így a fordítási folyamat a követelményektől függően változtatható keskeny- vagy szélessávúvá.

Közös feldolgozás

Néha fel kell dolgoznunk a különböző jelek spektrális frekvenciatartományát. Ha nagy számú jel van, akkor jobb valamilyen rögzített frekvenciatartományban működni, nem pedig az egyes jelek frekvenciatartományának feldolgozása.

Például,

Superheteroyne vevő

Itt egy közös feldolgozó blokkot egy helyi oszcillátor segítségével más frekvenciára hangolunk.

Az amplitúdómoduláció típusai

A moduláció típusait a HOGY (Nemzetközi Távközlési Unió). Az amplitúdómodulációnak három típusa van, amelyek a következők:

• Egyoldali sávos moduláció
• Dupla oldalsávos moduláció
• Vestigiális oldalsáv moduláció

Az AM eredeti neve DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation) volt, mivel az oldalsávok a vivőfrekvencia mindkét oldalán megjelenhetnek.

Egyoldalsávos moduláció (SSB)

Az SSB AM a szabványos módszer az oldalsávok előállítására a vivőfrekvencia egyik oldalán. Az amplitúdómoduláció oldalsávokat tud létrehozni a vivőfrekvencia mindkét oldalán. Az SSB-ben sávszűrőket használ az egyik oldalsáv eldobására. Az SSB modulációs folyamat javítja az átviteli közeg sávszélesség-kihasználását és teljes átviteli teljesítményét.

Dupla oldalsávos elnyomott vivőmoduláció (DSB-SCB)

A dupla két oldalszalagot jelent. Az AM által a DSB-ben előállított frekvenciák szimmetrikusak a vivőfrekvenciára. A DSB további kategóriába sorolható DSB-SC és DSB-C . A DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) moduláció nem tartalmaz vivősávot, ennek köszönhetően a hatékonysága is maximális a többi modulációtípushoz képest. A DSB-SC hordozórészét eltávolítják a kimeneti komponensből. A DSB-C (Double Sideband with Carrier) a vivőhullámból áll. A DSB-C által előállított kimenetnek van egy vivője az üzenettel és a vivőkomponenssel kombinálva.

Vestigiális oldalsávmoduláció (VSB)

Az információk egy része SSB, és a DSB elveszhet. Ezért a VSB-t e két típusú AM hátrányainak kiküszöbölésére használják. A nyom a jel egy szakaszát jelenti. A VSB-ben a jel egy része modulálva van.

Az oktatóanyag későbbi részében részletesen tárgyaljuk az AM három típusát.

Az amplitúdómoduláció története

• 1831-ben Michael Faraday angol tudós felfedezte az elektromágneses
• 1873-ban James C Maxwell matematikus és tudós leírta az EM-hullámok terjedését.
• 1875-ben A Graham Bell fedezte fel a telefont.
• 1887-ben egy német fizikus, H Hertz felfedezte a rádióhullámok létezését.
• 1901-ben egy kanadai mérnök nevezett R Fessenden lefordította az első amplitúdómodulált jelet.
• R Fessenden a szikraközű jeladó segítségével fedezte fel, amely elektromos szikra segítségével továbbítja a jelet.
• Az AM gyakorlati megvalósítása 1900 és 1920 között kezdődött rádiótelefonos átvitellel. A kommunikáció hang- vagy beszédjel segítségével történt.
• Az első folyamatos Am adót 1906-1910 körül fejlesztették ki.
• 1915-ben amerikai teoretikus JR Carson elindította az amplitúdómoduláció matematikai elemzését. Megmutatta, hogy az egyetlen sáv elegendő az audiojel átviteléhez.
• 1915. december 1-jén JR Carson szabadalmaztatta a SSB (Single Sideband) Moduláció.
• Az AM rádiós műsorszórás a vákuumcső feltalálása után vált népszerűvé 1920 körül.

Az amplitúdómoduláció frekvenciafordítása

A jelet úgy továbbítják, hogy megszorozzák egy szinuszos segédjellel. Ezt adja:

Vm(t) = A_mcosω_mt

Vm(t) = A_mcos2πf_mt

Ahol,

Am az amplitúdó állandó

Fm a modulációs frekvencia

Fm = ω_m/2p

A spektrális mintázat kétoldalas amplitúdóminta lesz. Két Am/2 amplitúdójú vonalból áll, az alábbiak szerint:

Az f = fm és f = -fm közötti frekvenciatartományban található.

Legyen a szinuszos segédjel Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

A kettős spektrális mintát a segédjellel megszorozva a következőt kapjuk:

Vm(t). Vc(t) = A_mcosω_mt x A_Ccosω_Ct

Vm(t). Vc(t) = A_mA_Ccosω_mt cosω_Ct

Jelenleg négy spektrális komponens létezik, amint az fent látható.

Ez azt jelenti, hogy a spektrális mintának most két szinuszos hullámalakja van, amelyek frekvenciája Fc + Fm és Fc - Fm. A szorzás előtti amplitúdó Am/2 volt. A szorzás utáni összetevők azonban kettőről négyre nőnek.

Az amplitúdó most a következő lesz:

AmAc/4

1 szinuszos komponens = 2 spektrális komponens

Így az egyes szinuszos komponensek amplitúdója a következő lesz:

AmAc/2

A szorzás utáni spektrális mintázat pozitív és negatív frekvencia irányban is lefordításra kerül. Ha ezt a négy spektrális mintát megszorozzuk, az eredmény 6 spektrális komponens lesz nyolc szinuszos hullámforma formájában.

Modulációs index

A modulációs index az üzenetjel és a vivőjel maximális értékének aránya.

Ezt adja:

Modulációs index = M/A

Ahol,

M az üzenetjel amplitúdója

A a vivőjel amplitúdója

Vagy

Modulációs index = Am/Ac

Az AM hatékonysága

Az amplitúdómoduláció hatékonysága az oldalsáv teljesítményének a teljes teljesítményhez viszonyított aránya.

Hatékonyság = Ps/Pt

A teljes teljesítmény az oldalsáv teljesítményének és a vivőteljesítménynek az összege.

készlet vs térkép

Pt = Ps + Pc

Így a hatékonyságot a következőképpen is meghatározhatjuk:

Hatékonyság = Ps/ Ps + Pc

Az Am jel a frekvenciatartományban a következőképpen ábrázolható:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_Ct

Ahol,

m(t) az alapsávi jel

k az amplitúdó érzékenysége

s(t) megőrzi az I alapsávi jel burkológörbéjét

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

Az első tag a hordozó kifejezés, a második tag pedig az oldalsáv kifejezés.

A hatalom a következőképpen ábrázolható:

A vivőkifejezéshez teljesítmény =A_C²/2

Az oldalsáv kifejezéshez teljesítmény =A_C²k²/2 x pm

Pm az üzenetjel átlagos teljesítménye az oldalsávban.

Hatékonyság = A_C²k²Pm/2 /( A_C²k²Pm/2 + A_C²/2)

Hatékonyság= k²Pm/1 + k²Délután

Ez az általános kifejezés az amplitúdómoduláció energiahatékonyságának meghatározására.

Mivel a Double Sideband Suppress Carrier Modulation-ban nincs vivő, a hatékonysága 50%. Az egyhangú modulált jel hatásfoka szinuszos hullámforma esetén 33% körüli. A maximális 100%-os hatékonyság az SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier) használatával érhető el.

Előnyök

Az amplitúdómoduláció előnyei a következők:

• Az amplitúdómoduláció az üzenetjel amplitúdójának változtatásával segíti a jelet nagy távolságok megtételében.
• Az AM vevőkben és adókban használt alkatrészek alacsonyak.
• Az AM jelek könnyen modulálhatók és demodulálhatók.
• A modulált jel frekvenciája alacsonyabb, mint a hordozók jele.
• Az amplitúdómoduláció megvalósítási folyamata egyszerű.
• Az átvitelhez használt kommunikációs csatorna lehet vezetékes vagy vezeték nélküli csatorna. Összeköti az adót a vevővel. Ezenkívül információkat továbbít az adóról a vevőre.

Hátrányok

Az AM széles körben használt moduláció, számos hátránya ellenére. Az amplitúdómoduláció hátrányai a következők:

• Az AM érzékelők jelenléte miatt érzékenyebb a zajra. Ez befolyásolja a vevőt érő jel minőségét.
• Oldalsávja van a vivőfrekvencia mindkét oldalán. A dupla oldalsávok teljesítménye nincs 100%-ban kihasználva. Az AM hullámok által hordozott teljesítmény 33% körüli. Ez azt jelenti, hogy a kétoldali erő több mint fele elvész.
• Az AM nagy sávszélességet igényel, azaz kétszer akkora, mint a hangfrekvencia.

Az amplitúdómoduláció alkalmazásai

Az amplitúdómoduláció alkalmazásai a következők:

Műsorszórás
Az amplitúdómoduláció növeli az üzenetjel frekvenciáját a nagyfrekvenciás vivőjel jelenléte miatt. Ezért ennek az előnynek köszönhetően széles körben használják a műsorszórásban.Zenekar rádiók
Az amplitúdómodulációt hordozható kétirányú rádiókban és sávos rádiókban használják a hatékony kommunikáció érdekében.

Numerikus példák

Beszéljünk egy példát az amplitúdómoduláció alapján.

Példa: Határozza meg az amplitúdómodulált jel teljes teljesítményét 400 W vivőteljesítménnyel és 0,8 modulációs indexszel.

Megoldás : Az amplitúdómodulált jel összteljesítményének kiszámítására szolgáló képlet a következőképpen adja meg:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Ahol,

Pt a teljes teljesítmény

A PC a vivőteljesítmény

M a modulált jel

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

Pt = 400 (1 + 0,64/2)

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 watt

Ezért az amplitúdómodulált jel teljes teljesítménye 528 watt.

2. példa: Mekkora az egyhangú modulációs jel maximális hatásfoka?

Megoldás : Az egyhangú modulációs jel maximális hatásfoka 33%.

A hatékonyságot a következő képlet adja meg:
Hatékonyság = u²/(2 + u²)

Maximális hatásfokon u = 1

Hatékonyság = 1²/(2 + 1²)

Hatékonyság = 1/3

Hatékonyság % = 1/3 x 100

Hatásfok % = 100/3

Hatásfok % = 33,33