MODULERAD AMPLITUD: EGENSKAPER OCH HUR DET FUNGERAR - FYSISK - 2025

Den amplitudmodulerade AM (amplitudmodulering) är en signalöverföringsteknik i vilken en elektromagnetisk våg sinusformig bärfrekvens f _c , som ansvarar för sändning av ett meddelande frekvens f _s << f _c varierar (dvs modulerar) den amplitud enligt signalens amplitud.

Båda signalerna rör sig som en, en total signal (AM-signal) som kombinerar båda: bärvågen (bärarsignalen) och vågen (informationssignalen) som innehåller meddelandet, som visas i följande figur:

Figur 1. Amplitudmodulering. Källa: Wikimedia Commons.

Det noteras att informationsresorna finns i den form som omger AM-signalen, som kallas ett kuvert.

Genom denna teknik kan en signal överföras över långa avstånd, följaktligen används denna typ av modulering i stor utsträckning av kommersiell radio och det civila bandet, även om proceduren kan utföras med vilken typ av signal som helst.

För att få informationen behövs en mottagare, i vilken en process som kallas demodulering utförs med hjälp av en kuvertdetektor.

Kuvertdetektorn är inget annat än en mycket enkel krets, som kallas en likriktare. Proceduren är enkel och billig, men effektförluster uppstår alltid i överföringsprocessen.

Hur fungerar den modulerade amplituden?

För att överföra meddelandet tillsammans med bärarsignalen räcker det inte bara att lägga till båda signalerna.

Det är en icke-linjär process, där överföringen på det ovan beskrivna sättet uppnås genom att multiplicera meddelandesignalen med bärarsignalen, båda kosinus. Och till resultatet av detta lägg till bärarsignalen.

Den matematiska formen som härrör från denna procedur är en variabel signal i tid E (t), vars form är:

Där amplituden E _c är amplituden av bäraren och m är modulationsindex, som ges av:

Således: E _s = mE _c

Meddelandets amplitud är liten jämfört med bärarens amplitud, därför:

Annars skulle AM-signalens kuvert inte ha den exakta formen på meddelandet som ska sändas. Ekvationen för m kan uttryckas som en procentandel av modulering:

Vi vet att sinusformade och kosinus-signaler kännetecknas av att ha en viss frekvens och våglängd.

När en signal moduleras översätts dess frekvensfördelning (spektrum), vilket råkar uppta ett visst område runt bärarsignalens _fc (som inte ändras alls under moduleringsprocessen), kallad bredd band.

Eftersom det är elektromagnetiska vågor, är deras hastighet i vakuum hastighet för ljus, som är relaterat till våglängd och frekvens med:

På detta sätt reser informationen, till exempel, en radiostation mycket snabbt till mottagarna.

Radiosändningar

Radiostationen måste omvandla ord och musik, som alla är ljudsignaler, till en elektrisk signal med samma frekvens, till exempel med mikrofoner.

Denna elektriska signal kallas hörselfrekvenssignalen FA, eftersom den ligger i intervallet 20 till 20 000 Hz, vilket är det hörbara spektrumet (frekvenserna som människor hör).

Bild 2. Många radiostationer sänds i AM. Källa: Pixabay.

Denna signal måste förstärkas elektroniskt. Under de första dagarna av radioen gjordes den med vakuumrör, som senare ersattes av mycket effektivare transistorer.

Den förstärkta signalen kombineras sedan med radiofrekvenssignalen FR med AM-modulatorkretsar för att resultera i en specifik frekvens för varje radiostation. Detta är bärfrekvensen f _c som nämnts ovan.

Bärfrekvenserna för AM-radiostationer är mellan 530 Hz och 1600 Hz, men stationer som använder modulerad frekvens eller FM har högre frekvensbärare: 88-108 MHz.

Nästa steg är att förstärka den kombinerade signalen igen och skicka den till antennen så att den kan sändas som en radiovåg. På detta sätt kan den spridas genom rymden tills den når mottagarna.

Signalmottagning

En radiomottagare har en antenn för att hämta de elektromagnetiska vågorna som kommer från stationen.

En antenn består av ett ledande material som i sin tur har fria elektroner. Det elektromagnetiska fältet utövar kraft på dessa elektroner, som omedelbart vibrerar med samma frekvens som vågorna och ger en elektrisk ström.

Ett annat alternativ är att den mottagande antennen innehåller en trådspole och det elektromagnetiska fältet för radiovågor inducerar en elektrisk ström i den. I båda fallen innehåller denna ström information som kommer från alla radiostationer som har tagits.

Det som följer nu är att radiomottagaren kan skilja varje radiostation, det vill säga att stämma in på den som föredras.

Ställ in på radio och lyssna på musiken

Att välja mellan de olika signalerna utförs av en resonans LC-krets eller LC-oscillator. Detta är en mycket enkel krets som innehåller en variabel induktor L och kondensator C placerade i serie.

För att ställa in radiostationen justeras värdena på L och C så att resonansfrekvensen för kretsen sammanfaller med frekvensen för signalen som ska stämmas in, vilket är ingen annan än radiostationens bärfrekvens: f _c .

När stationen är inställd kommer den demodulatorkrets som nämns i början in i handling. Han är den som ansvarar för att dechiffrera, så att säga, meddelandet som sänds av radiostationen. Det gör detta genom att separera bärarsignalen och meddelandesignalen med en diod och en RC-krets som kallas ett lågpassfilter.

Bild 3. På vänster LC-oscillatorkrets. Till höger en demodulatorkrets. Källa: F. Zapata.

Den redan separerade signalen går igenom en förstärkningsprocess igen och därifrån går den till högtalarna eller hörlurarna så att vi kan höra den.

Processen beskrivs här, eftersom det faktiskt finns fler steg och den är mycket mer komplex. Men det ger oss en god uppfattning om hur amplitudmodulering sker och hur den når mottagarens öron.

Arbetat exempel

En bärvåg har amplitud E _c = 2 V (RMS) och frekvensen f _c = 1,5 MHz. Den moduleras med en signal av frekvensen fs = 500 Hz och amplituden E _s = 1 V (RMS). Vad är ekvationen för AM-signalen?

Lösning

Byt ut lämpliga värden i ekvationen för den modulerade signalen:

Det är dock viktigt att notera att ekvationen inkluderar toppamplituderna, som i detta fall är spänningar. Därför är det nödvändigt att vidarebefordra RMS-spänningarna till toppmultiplikation med √2:

1. Analphabetics. Modulationssystem. Återställd från: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 ^{: e} . Ed Prentice Hall.
3. Quesada, F. Kommunikationslaboratorium. Amplitudmodulering. Återställd från: ocw.bib.upct.es.
4. Santa Cruz, O. Amplitude modulation transmission. Återställd från: professors.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 2. 7 ^ma . Ed. Cengage Learning.
6. Bärvåg. Återställd från: es.wikipedia.org.