MODULOITU AMPLITUDI: OMINAISUUDET JA MITEN SE TOIMII - FYYSINEN - 2026

Amplitudimoduloitu AM (amplitudi modulaatio) on signaalin lähetyksen tekniikka, jossa sähkömagneettisen aallon sinimuotoista kantoaaltoa taajuudella f _c, joka vastaa viestin lähettämiseksi taajuus f _s << f _c vaihtelee (ts moduloi) amplitudi signaalin amplitudin mukaan.

Molemmat signaalit kulkevat yhtenä kokonaissignaalina (AM-signaali), joka yhdistää sekä kantoaallon (kantoaaltosignaali) että aallon (informaatiosignaalin), joka sisältää viestin, seuraavan kuvan mukaisesti:

Kuva 1. Amplitudimodulaatio. Lähde: Wikimedia Commons.

On huomattava, että tiedot kulkevat muodossa, joka ympäröi AM-signaalia, jota kutsutaan kirjekuoreksi.

Tämän tekniikan avulla signaali voidaan lähettää pitkiä matkoja, joten kaupallisessa radiossa ja siviilikaistassa käytetään laajalti tämän tyyppistä modulaatiota, vaikka toimenpide voidaan suorittaa minkä tahansa tyyppisillä signaaleilla.

Tietojen saamiseksi tarvitaan vastaanotin, jossa demodulointi nimeltä prosessi suoritetaan kirjekuoren ilmaisimen avulla.

Kirjekuoren ilmaisin ei ole muuta kuin hyvin yksinkertainen piiri, jota kutsutaan tasasuuntaajaksi. Menetelmä on yksinkertainen ja edullinen, mutta tehonhäviöitä tapahtuu aina siirtoprosessissa.

Kuinka moduloitu amplitudi toimii?

Viestin lähettämiseksi yhdessä kantoaaltosignaalin kanssa ei riitä, että vain lisätään kaksi signaalia.

Se on epälineaarinen prosessi, jossa lähetys yllä kuvatulla tavalla saavutetaan kertomalla viestisignaali kantoaaltosignaalilla, molemmat kosinus. Ja tämän tulokseen lisää kantoaaltosignaali.

Tästä menettelystä johtuva matemaattinen muoto on muuttuva signaali ajassa E (t), jonka muoto on:

Jossa amplitudi E _c on kantoaallon amplitudi ja m on modulointi-indeksi, joka saadaan:

Siten: E _s = mE _c

Viestin amplitudi on pieni verrattuna kantoaallon amplitudiin, siksi:

Muuten AM-signaalin kirjekuorella ei olisi lähetettävän viestin tarkka muoto. M: n yhtälö voidaan ilmaista prosentteina moduloinnista:

Tiedämme, että sinimuotoisille ja kosinussignaaleille on ominaista tietty taajuus ja aallonpituus.

Kun signaalia moduloidaan, sen taajuuden jakauma (spektri) käännetään, joka sattuu miehittämään tietyn kantoaaltosignaalin f _c taajuuden (jota ei muutu ollenkaan modulointiprosessin aikana), kutsutaan leveydeksi. bändi.

Koska ne ovat sähkömagneettisia aaltoja, niiden nopeus tyhjiössä on valon nopeus, joka liittyy aallonpituuteen ja taajuuteen:

Tällä tavalla esimerkiksi radioasemalta lähetettävä tieto kulkee erittäin nopeasti vastaanottimiin.

Radiolähetykset

Radioaseman on muutettava sanat ja musiikki, jotka kaikki ovat äänisignaaleja, saman taajuuden sähköiseksi signaaliksi, esimerkiksi käyttämällä mikrofoneja.

Tätä sähkösignaalia kutsutaan kuulotaajuussignaaliksi FA, koska se on alueella 20 - 20 000 Hz, mikä on kuuluva spektri (taajuudet, jotka ihmiset kuulevat).

Kuva 2. Monet radioasemat lähettävät AM: ssä. Lähde: Pixabay.

Tämä signaali on vahvistettava elektronisesti. Radion alkuaikoina se tehtiin tyhjiöputkilla, jotka myöhemmin korvattiin paljon tehokkaammilla transistoreilla.

Sitten vahvistettu signaali yhdistetään radiotaajuussignaaliin FR AM-modulaattoripiireillä, jotta saadaan tietty taajuus kullekin radioasemalle. Tämä on yllä mainittu kantoaaltotaajuus f _c.

AM-radioasemien kantoaaltotaajuudet ovat välillä 530 Hz - 1600 Hz, mutta moduloitua taajuutta tai FM: tä käyttävissä asemissa on korkeammat taajuuskantoaallot: 88-108 MHz.

Seuraava vaihe on vahvistaa yhdistetty signaali uudelleen ja lähettää se antennille, jotta se voidaan lähettää radioaallona. Tällä tavoin se voi levitä avaruudessa, kunnes saavuttaa vastaanottimet.

Signaalin vastaanotto

Radiovastaanottimella on antenni, jolla poistetaan asemalta tulevat sähkömagneettiset aallot.

Antenni koostuu johtavasta materiaalista, jossa puolestaan ​​on vapaita elektroneja. Sähkömagneettinen kenttä kohdistaa voimaa näihin elektroneihin, jotka värähtelevät välittömästi samalla taajuudella kuin aallot, tuottaen sähkövirran.

Toinen vaihtoehto on, että vastaanottavaantenni sisältää lankakelan ja radioaaltojen sähkömagneettinen kenttä indusoi siinä sähkövirran. Kummassakin tapauksessa tämä virta sisältää tiedot, jotka tulevat kaikista sieppatuista radioasemista.

Seuraavaksi seuraa, että radiovastaanotin pystyy erottamaan jokaisen radioaseman eli virittämään sen, joka on edullinen.

Viritä radio ja kuuntele musiikkia

Valinta eri signaalien välillä suoritetaan resonanssilla LC-piirillä tai LC-oskillaattorilla. Tämä on hyvin yksinkertainen piiri, joka sisältää sarjaan sijoitetun muuttuvan induktorin L ja kondensaattorin C.

Radioaseman virittämiseksi L: n ja C: n arvot säädetään siten, että piirin resonanssitaajuus osuu viritettävän signaalin taajuuteen, joka ei ole mikään muu kuin radioaseman kantoaaltotaajuus: f _c.

Kun asema on viritetty, alussa mainittu demodulaattoripiiri käynnistyy. Hän on vastuussa radioaseman lähettämän viestin salauksen purkamisesta. Se tekee tämän erottamalla kantoaaltosignaalin ja viestisignaalin diodilla ja RC-piirin, jota kutsutaan alipäästösuodattimeksi.

Kuva 3. Vasemmassa LC-oskillaattoripiirissä. Oikealla demodulaattoripiiri. Lähde: F. Zapata.

Jo erotettu signaali käy läpi vahvistusprosessin uudelleen ja sieltä se kulkee kaiuttimiin tai kuulokkeisiin, jotta kuulemme sen.

Prosessi hahmotellaan tässä, koska vaiheita on tosiasiallisesti enemmän ja se on paljon monimutkaisempi. Mutta se antaa meille hyvän kuvan siitä, kuinka amplitudimodulaatio tapahtuu ja kuinka se saavuttaa vastaanottimen korvat.

Toiminut esimerkki

Kantoaallon aalto on amplitudi E _c = 2 V (RMS) ja taajuus f _c = 1,5 MHz. Sitä moduloi signaali, jonka taajuus on fs = 500 Hz ja amplitudi E _s = 1 V (RMS). Mikä on AM-signaalin yhtälö?

Ratkaisu

Korvaa asianmukaiset arvot moduloidun signaalin yhtälöön:

On kuitenkin tärkeää huomata, että yhtälö sisältää piikkien amplitudit, jotka tässä tapauksessa ovat jännitteitä. Siksi on tarpeen siirtää RMS-jännitteet piikkiin kertomalla √2: lla:

1. Analphabetics. Modulointijärjestelmät. Palautettu osoitteesta: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Fysiikka: Periaatteet ja sovellukset. 6 ^th. Ed Prentice Hall.
3. Quesada, F. Viestinnän laboratorio. Amplitudimodulaatio. Palautettu: ocw.bib.upct.es.
4. Santa Cruz, O. Amplitudimodulaation siirto. Palautettu seuraavasta kielestä: teachers.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysiikka tiedettä ja tekniikkaa varten. Nide 2. 7 ^ma. Ed. Cengage Learning.
6. Carrier Wave. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org.