La modulation d'amplitude
- Connaître deux raisons d'utiliser une fréquence porteuse
- Être en mesure d'utiliser un spectre de densité de puissance pour trouver:
- Efficacité
- bande passante
- Connaître la relation de fréquence porteuse, la fréquence de modulation et l'indice de modulation à:
- Efficacité
- bande passante
- Être en mesure d'expliquer pourquoi AM est limitée à 33% d'efficacité et la conséquence d'essayer de dépasser cette
Le signal d'information peut être transmise rarement comme il est, il doit être traité. Pour utiliser une transmission électromagnétique, il doit d'abord être converti d'audio en un signal électrique. La conversion est accomplie par un transducteur. Après la conversion, il est utilisé pour moduler un signal porteur.
Un signal de porteuse est utilisé pour deux raisons:- Pour réduire la longueur d'onde pour la transmission et la réception efficace (la taille optimale de l'antenne est de ½ ou ¼ de longueur d'onde). Une fréquence audio typique de 3000 Hz aura une longueur d'onde de 100 km et aurait besoin d'une longueur effective de l'antenne de 25 km! Par comparaison, un support typique pour FM est de 100 MHz, avec une longueur d'onde de 3 m, et pourrait utiliser une antenne à 80 cm de long.
- Pour permettre l'utilisation simultanée du même canal, appelé multiplexage. Chaque signal unique peut être attribué une fréquence porteuse différente (comme les stations de radio) et partager toujours le même canal. La compagnie de téléphone inventée pour permettre la modulation des conversations téléphoniques à transmettre sur des lignes communes.
Le processus de modulation signifie d'utiliser systématiquement le signal d'information (ce que vous voulez transmettre) pour modifier certains paramètres du signal porteur. Le signal de porteuse est généralement juste un simple sinusoïde à fréquence unique (varie dans le temps comme une onde sinusoïdale).
L'onde sinusoïdale de base va comme V (t) = sin Vo (2 p f t + f) où les paramètres sont définis ci-dessous: V (t) la tension du signal en fonction du temps. Vo l'amplitude du signal (représente la valeur maximale obtenue à chaque cycle) f la fréquence d'oscillation, le nombre de cycles par seconde (également connu sous le cycle Hertz = 1 par seconde)- la phase du signal, ce qui représente le point de départ du cycle.
AM: modulation d'amplitude
FM: modulation de fréquence ou
PM: modulation de phase
modulation d'amplitude est la plus simple des trois à comprendre. L'émetteur utilise seulement le signal d'information, Vm (t) pour faire varier l'amplitude de la porteuse, Vco pour produire un signal modulé, VAM (t). Voici les trois signaux sous forme mathématique:- Information: Vm (t)
- Carrier: Vc (t) = sin Vco (2 p fc t + f)
- AM: VAM (t) = < Vco + Vm (t) >sin (2 p fc t + f)
Ici, nous voyons que le terme d'amplitude a été remplacée par la combinaison de l'amplitude d'origine ainsi que le signal d'information. La quantité de modulation dépend de l'amplitude du signal d'information. Ceci est généralement exprimé comme un rapport entre le signal d'information à l'amplitude maximale du support. Nous définissons:
Si le signal d'information est également une onde sinusoïdale simple l'indice de modulation a une forme simple:
Voici un signal AM typique, montrant les parties. Notez que les informations du module l'enveloppe du signal porteur.
Dans cet exemple, l'indice de modulation est < 1.0.
Dans cet exemple, le support a 8 Hz et de sorte que le spectre présente un seul composant ayant une valeur de 1,0 à 8 Hz.
Maintenant, le signal modulé en amplitude la plus basique a un spectre assez simple. Dans cet exemple, une sinusoïde pur est utilisé comme signal d'information (comme le signal de test EBS).
Il est utile de mesurer la gamme de fréquences que le signal entier occupe. Ceci est connu comme la bande passante (BW). Dans cet exemple, la bande passante serait de 10 Hz (70 Hz - 60 Hz). Vous pouvez prédire la bande passante dans ce cas en utilisant la formule simple: BW = 2fm où fm est la fréquence de simple onde sinusoïdale utilisée pour moduler avec.
Le support est à 65 Hz et le signal d'information utilisé pour moduler a son propre spectre allant d'environ 1 à 11 Hz. Le spectre a l'apparence habituelle: un signal de porteuse est forte au milieu, et les deux bandes latérales symétriques. Si vous deviez prendre seulement la bande latérale supérieure (USB), et il rétrogradage à partir de zéro, vous récupérer le signal d'information. C'est, en substance, ce que le récepteur fait quand il démodule.
Etant donné que le signal d'information est simplement « ajoutée » au transporteur, on peut facilement prédire la bande passante: BW = 2 fm. où fm est maintenant la fréquence de modulation maximale utilisée (par opposition à la fréquence de modulation quand un signal simple est utilisé).
La radio AM est l'exemple le plus courant de ce type de modulation. La bande de fréquences utilisée pour la radio AM est d'environ 550 à 1720 kHz. Ceci est la gamme de fréquences porteuses disponibles. Les informations transmises sont la musique et de parler qui tombe dans le spectre audio. Le spectre audio complet va jusqu'à 20 kHz, mais la radio AM limite la fréquence de modulation supérieure à 5 kHz. Il en résulte une bande passante maximale de 10 kHz. Par conséquent, la FCC peut attribuer des stations des fréquences de 10 kHz à part sans crainte de chevauchement (en réalité, il peut encore y avoir un certain chevauchement parce que le spectre ne se termine pas juste à côté de la bande, ce genre réel de se rétrécit lentement. Ces « queues » peuvent se chevaucher si le signal est assez fort. vous pouvez vous faire votre récepteur plus sélectif en changeant le paramètre « distant » au « local » pour éliminer ce au détriment de la sensibilité). Donc, si nous remplissons la bande AM, les stations attribuant chaque tranche de 10 kHz, il y a 107 fréquences d'émission disponibles.
La pratique consistant à limiter la fréquence supérieure à 5 kHz supprime une partie des informations d'origine (ce qui tombe dans la 5-20 kHz) plage. Étant donné que la capacité de reproduire exactement le signal est appelé fidélité, il y a une perte de fidélité dans les émissions AM. C'est l'une des raisons pour lesquelles la radio AM ne semble pas bon (par rapport à la radio FM, comme nous le verrons plus loin). Talk Radio est relativement peu touchée parce que la conversation a très peu de son signal au-dessus de 5 kHz de toute façon. Cela pourrait expliquer pourquoi la radio talk est beaucoup plus fréquent sur AM que FM.
Maintenant que les outils sont en place, nous pouvons commencer à faire des évaluations de la performance des signaux AM. Le premier exemple est la bande passante.
La bande passante d'un signal est toujours d'importance pour de nombreuses raisons, mais principalement, il détermine le nombre de canaux (ou stations) sont disponibles dans une bande spécifique. Nous avons vu qu'il pourrait y avoir un maximum de 107 stations de radio AM. Si vous avez amélioré la fidélité de la radio AM en faisant la fréquence de modulation supérieure à 10 kHz, vous doubler la bande passante du signal, et par conséquent être autorisé que 53 stations de radio. Si vous avez essayé d'augmenter la bande AM, vous perdez une autre bande, comme la radio amateur.
La bande passante des signaux AM peut être facilement prédite en utilisant la formule désormais familière: BW = 2 fm.
Étant donné que nous sommes en fin de compte ne concerne que les informations et non le transporteur, nous ne voulons pas perdre beaucoup d'énergie dans le signal porteur. Vous pouvez définir une mesure d'efficacité comme suit:
où: PSB = la puissance dans toutes les bandes latérales
PTOT = la puissance d'émission totale (y compris porteuse et les bandes latérales)
Il est possible de moduler de plus de 100%. Voici un signal représentatif en utilisant m = 2,0:
Les paramètres sont les suivants: support = 65 Hz, modulation = tonalité unique à 5 Hz, m = 2,0
C'est ce que nous avons commencé avec:
Mais après démodulation dans le récepteur, nous avons ceci:
- Un support est utilisé pour rendre la longueur d'onde plus petite pour la transmission pratique et pour permettre le multiplexage.
- Le spectre est utilisé pour mesurer la largeur de bande (la gamme de fréquences) et l'efficacité (la puissance dans les bandes latérales par rapport à la puissance totale)
- La bande passante peut être prédite en utilisant BW = 2 fm où fm = la fréquence de modulation maximale
- L'efficacité ne dépend que de l'indice de modulation, m (la fraction du support vous moduler par)
- AM est limitée à une efficacité de 33% parce que l'indice de modulation ne peut pas être augmenté à> 1,0 sans introduire de distorsion dans le récepteur.