MODULIRANA AMPLITUDA: ZNAČILNOSTI IN NAČIN DELOVANJA - FIZIČNO - 2026

Amplitudno modulirani AM (amplitudna modulacija) je prenos signala tehnika, pri kateri elektromagnetno valovanje sinusoidno nosilno frekvenco f _c , odgovoren za prenos frekvenci sporočilo F _s << f _c razlikuje (npr modulira) amplituda glede na amplitudo signala.

Oba signala potujeta kot eno, skupni signal (AM signal), ki združuje oboje: nosilni val (nosilec signal) in val (informacijski signal), ki vsebuje sporočilo, kot je prikazano na naslednji sliki:

Slika 1. Amplitudna modulacija. Vir: Wikimedia Commons.

Opozoriti je treba, da informacije potujejo v obliki, ki obdaja signal AM, kar imenujemo ovojnica.

S to tehniko se signal lahko oddaja na dolge razdalje, zato to vrsto modulacije pogosto uporabljajo komercialni radio in civilni pas, čeprav se postopek lahko izvaja s katero koli vrsto signala.

Za pridobitev informacij je potreben sprejemnik, v katerem se s pomočjo detektorja ovojnic izvede postopek, imenovan demodulacija.

Detektor ovojnic ni nič drugega kot zelo preprosto vezje, imenovano usmernik. Postopek je preprost in poceni, vendar se v postopku prenosa vedno pojavijo izgube energije.

Kako deluje modulirana amplituda?

Za prenos sporočila skupaj z nosilnim signalom ni dovolj, da dva signala preprosto dodate.

Gre za nelinearen postopek, pri katerem se prenos na zgoraj opisan način doseže z množenjem sporočilnega signala z nosilnim signalom, oba kosinusa. In na rezultat dodajte signal nosilca.

Matematična oblika, ki izhaja iz tega postopka, je spremenljiv signal v času E (t), katerega oblika je:

Kjer je amplituda E _c amplituda nosilca in m je indeks modulacije, ki ga poda:

Tako: E _s = mE _c

Amplituda sporočila je majhna v primerjavi z amplitudo nosilca, zato:

V nasprotnem primeru ovojnica AM signala ne bi imela natančne oblike sporočila, ki ga je treba poslati. Enačba za m lahko izrazimo kot odstotek modulacije:

Vemo, da je za sinusne in kosinusne signale značilno, da imajo določeno frekvenco in valovno dolžino.

Ko je signal moduliran, se njegova frekvenčna porazdelitev (spekter) prevede, kar zasede določeno območje okoli frekvence nosilnega signala f _c (ki med postopkom modulacije sploh ni spremenjeno), imenovano širina zasedba.

Ker so elektromagnetni valovi, je njihova hitrost v vakuumu hitrost svetlobe, ki je povezana z valovno dolžino in frekvenco:

Na ta način informacije, ki jih je treba posredovati od recimo radijske postaje, zelo hitro potujejo do sprejemnikov.

Radijski prenosi

Radijska postaja mora besede in glasbo, ki so zvočni signali, pretvoriti v električni signal iste frekvence, na primer z uporabo mikrofonov.

Ta električni signal se imenuje slušni frekvenčni signal FA, ker je v območju od 20 do 20 000 Hz, kar je slišni spekter (frekvence, ki jih človek sliši).

Slika 2. Veliko radijskih postaj predvaja v AM. Vir: Pixabay.

Ta signal mora biti elektronsko ojačan. V zgodnjih dneh radia so ga izdelovali z vakuumskimi cevmi, ki so jih kasneje nadomestili veliko učinkovitejši tranzistorji.

Ojačani signal nato združujejo z radiofrekvenčnim signalom FR po tokokrogih modulatorja AM, tako da nastane določena frekvenca za vsako radio postajo. To je omenjena nosilna frekvenca f _c .

Nosilne frekvence AM radijskih postaj znašajo med 530 Hz in 1600 Hz, vendar imajo postaje, ki uporabljajo modulirano frekvenco ali FM, nosilce višjih frekvenc: 88-108 MHz.

Naslednji korak je, da kombinirani signal še enkrat ojačate in ga pošljete anteni, da ga lahko oddaja kot radijski val. Na ta način se lahko širi skozi prostor, dokler ne doseže sprejemnikov.

Sprejem signala

Radijski sprejemnik ima anteno za sprejemanje elektromagnetnih valov, ki prihajajo iz postaje.

Antena je sestavljena iz prevodnega materiala, ki ima proste elektrone. Elektromagnetno polje deluje na te elektrone, ki takoj vibrirajo z enako frekvenco kot valovi in ​​proizvajajo električni tok.

Druga možnost je, da sprejemna antena vsebuje tuljavo žice in elektromagnetno polje radijskih valov v njej sproži električni tok. V obeh primerih ta tok vsebuje informacije, ki prihajajo iz vseh zajetih radijskih postaj.

Zdaj sledi, da lahko radijski sprejemnik razlikuje vsako radijsko postajo, torej da se prilagodi tistemu, ki je prednostni.

Priključite se radiu in poslušajte glasbo

Izbira med različnimi signali se izvede z resonančnim LC vezjem ali LC oscilatorjem. To je zelo preprosto vezje, ki vsebuje spremenljiv induktor L in kondenzator C, ki sta nameščena zaporedno.

Za nastavitev radijske postaje se vrednosti L in C prilagodita tako, da resonančna frekvenca vezja sovpada s frekvenco signala, ki ga je treba uglasiti, kar ni nič drugega kot nosilna frekvenca radijske postaje: f _c .

Ko je postaja uglašena, začne delovati vezje demodulatorja na začetku. On je tisti, ki je odgovoren za dešifriranje, tako rekoč sporočila, ki ga oddaja radijska postaja. To stori tako, da z diodo loči nosilni signal in signal sporočila in RC vezje, imenovano nizkoprepustni filter.

Slika 3. Na levem vezju oscilatorja LC. Na desni strani vezje demodulatorja. Vir: F. Zapata.

Že ločeni signal gre spet skozi proces ojačanja in od tam prehaja v zvočnike ali slušalke, da ga slišimo.

Tu je opisan postopek, ker je dejansko več faz in je veliko bolj zapleten. Ampak nam daje dobro predstavo o tem, kako se zgodi amplitudna modulacija in kako pride do sprejemnika do ušes.

Delani primer

Nosilni val ima amplitudo E _c = 2 V (RMS) in frekvenco f _c = 1,5 MHz. Modulira ga signal s frekvenco fs = 500 Hz in amplitudo E _s = 1 V (RMS). Kakšna je enačba signala AM?

Rešitev

V enačbo moduliranega signala vstavite ustrezne vrednosti:

Pomembno pa je omeniti, da enačba vključuje vrhove amplitude, ki so v tem primeru napetosti. Zato je potrebno, da se napetosti RMS prenesejo na največjo množitev z √2:

1. Analfabetiki. Modulacijski sistemi. Pridobljeno: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela z aplikacijami. 6. ^st . Dvorana Ed Prentice.
3. Quesada, F. Komunikacijski laboratorij. Amplitudna modulacija. Pridobljeno: ocw.bib.upct.es.
4. Santa Cruz, O. Amplitudni modulacijski prenos. Pridobljeno: profesorji.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 2. 7 ^ma . Ed Cengage Learning.
6. Nosilni val. Pridobljeno: es.wikipedia.org.