- Ako funguje modulovaná amplitúda?
- Rádiové prenosy
- Príjem signálu
- Nalaďte si rádio a počúvajte hudbu
- Spracovaný príklad
- Riešenie
Amplitúdovou moduláciou AM (amplitúdová modulácia) je prenos signálu technika v ktorom elektromagnetická vlna sínusovej nosnej frekvencie f c , ktorý je zodpovedný za prenos frekvencií správ f s << f c máva (to znamená, moduluje) Tento amplitúda podľa amplitúdy signálu.
Oba signály sa pohybujú ako jeden, celkový signál (signál AM), ktorý kombinuje: nosnú vlnu (nosný signál) a vlnu (informačný signál), ktorá obsahuje správu, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:
Obrázok 1. Amplitúdová modulácia. Zdroj: Wikimedia Commons.
Poznamenáva sa, že informácia putuje obsiahnutá vo forme, ktorá obklopuje AM signál, ktorý sa nazýva obálka.
Prostredníctvom tejto techniky sa môže signál prenášať na veľké vzdialenosti, preto je tento typ modulácie široko využívaný komerčným rádiom a civilným pásmom, hoci postup sa môže vykonávať s akýmkoľvek typom signálu.
Na získanie informácií je potrebný prijímač, v ktorom sa pomocou detektora obálky vykonáva proces nazývaný demodulácia.
Detektor obálky nie je ničím iným ako veľmi jednoduchým obvodom, ktorý sa nazýva usmerňovač. Tento postup je jednoduchý a lacný, ale počas prenosu sa vždy vyskytujú straty energie.
Ako funguje modulovaná amplitúda?
Na prenos správy spolu s nosným signálom nestačí jednoducho len pridať dva signály.
Je to nelineárny proces, v ktorom je prenos vyššie opísaným spôsobom dosiahnutý vynásobením signálu správy nosným signálom, obidvomi cosínmi. A k výsledku tohto pridajte nosný signál.
Matematická forma, ktorá je výsledkom tohto postupu, je premenlivý signál v čase E (t), ktorého forma je:
V prípade, že amplitúda E c je amplitúda nosiča a m je modulačné index, daný ako:
Takto: E s = mE c
Amplitúda správy je malá v porovnaní s amplitúdou nosiča, a preto:
Inak by obálka signálu AM nemala presný tvar správy, ktorá sa má prenášať. Rovnicu pre m možno vyjadriť ako percento modulácie:
Vieme, že sínusové a kosínové signály sa vyznačujú určitou frekvenciou a vlnovou dĺžkou.
Keď je modulovaný signál, jeho distribúcia frekvencie (spektrum) je preložený, ktorý sa stane zaujímajú určitú oblasť okolo frekvencie nosného signálu, f c (čo nie je zmenený vôbec počas modulácie), nazýva šírka band.
Keďže sa jedná o elektromagnetické vlny, ich rýchlosť vo vákuu je rýchlosť svetla, ktorá súvisí s vlnovou dĺžkou a frekvenciou pomocou:
Týmto spôsobom sa informácie, ktoré sa majú vysielať, povedzme z rozhlasovej stanice, dostanú veľmi rýchlo k prijímačom.
Rádiové prenosy
Rádiová stanica musí transformovať slová a hudbu, z ktorých všetky sú zvukové signály, na elektrický signál s rovnakou frekvenciou, napríklad pomocou mikrofónov.
Tento elektrický signál sa nazýva zvukový frekvenčný signál FA, pretože je v rozsahu 20 až 20 000 Hz, čo je zvukové spektrum (frekvencie, ktoré ľudia počujú).
Obrázok 2. Veľa rádiových staníc vysiela v AM. Zdroj: Pixabay.
Tento signál musí byť elektronicky zosilnený. V prvých dňoch rozhlasu bol vyrobený pomocou vákuových trubíc, ktoré boli neskôr nahradené oveľa účinnejšími tranzistormi.
Zosilnený signál je potom kombinovaný s vysokofrekvenčným signálom FR pomocou modulačných obvodov AM tak, aby výsledkom bola špecifická frekvencia pre každú rozhlasovú stanicu. To je nosná frekvencia f c je uvedené vyššie.
Nosné frekvencie rozhlasových staníc AM sú medzi 530 Hz a 1600 Hz, ale stanice, ktoré používajú modulovanú frekvenciu alebo FM, majú nosiče vyššej frekvencie: 88 - 108 MHz.
Ďalším krokom je opätovné zosilnenie kombinovaného signálu a jeho odoslanie do antény, aby mohol byť vysielaný ako rádiová vlna. Týmto spôsobom sa môže šíriť priestorom, až kým nedosiahne prijímače.
Príjem signálu
Rádiový prijímač má anténu na zachytávanie elektromagnetických vĺn prichádzajúcich zo stanice.
Anténa sa skladá z vodivého materiálu, ktorý má zase voľné elektróny. Elektromagnetické pole vyvíja silu na tieto elektróny, ktoré okamžite vibrujú na rovnakej frekvencii ako vlny a vytvárajú elektrický prúd.
Ďalšou možnosťou je, že prijímacia anténa obsahuje cievku drôtu a elektromagnetické pole rádiových vĺn v nej indukuje elektrický prúd. V obidvoch prípadoch tento tok obsahuje informácie, ktoré pochádzajú zo všetkých zachytených rádiových staníc.
Teraz nasleduje to, že rádiový prijímač je schopný rozlíšiť každú rozhlasovú stanicu, to znamená, naladiť sa na tú, ktorá je preferovaná.
Nalaďte si rádio a počúvajte hudbu
Výber medzi rôznymi signálmi sa uskutočňuje pomocou rezonančného LC obvodu alebo LC oscilátora. Jedná sa o veľmi jednoduchý obvod, ktorý obsahuje variabilný induktor L a kondenzátor C umiestnené do série.
Na ladenie rozhlasovej stanice sa hodnoty L a C nastavia tak, aby rezonančná frekvencia obvodu súhlasila s frekvenciou signálu, ktorý sa má naladiť, čo nie je nič iné ako nosná frekvencia rozhlasovej stanice: f c ,
Po naladení stanice sa spustí demodulátorový obvod uvedený na začiatku. Je to ten, kto má na starosti dešifrovanie správy vysielanej rozhlasovou stanicou. Urobí to oddelením nosného signálu a signálu správy pomocou diódy a obvodu RC nazývaného dolnopriepustný filter.
Obrázok 3. Na ľavom obvode LC oscilátora. Vpravo demodulátorový obvod. Zdroj: F. Zapata.
Už oddelený signál prechádza zosilňovacím procesom a odtiaľ vedie do reproduktorov alebo slúchadiel, aby sme ho počuli.
Tento proces je načrtnutý tu, pretože v skutočnosti existuje viac etáp a je oveľa zložitejší. Ale dáva nám dobrú predstavu o tom, ako sa amplitúdová modulácia odohráva a ako zasahuje uši prijímača.
Spracovaný príklad
Nosné vlny má amplitúdu E c = 2 V (RMS) a frekvencia f c = 1,5 MHz. Je modulovaný signálom s frekvenciou fs = 500 Hz a amplitúdou E s = 1 V (RMS). Aká je rovnica signálu AM?
Riešenie
Nahraďte príslušné hodnoty do rovnice pre modulovaný signál:
Je však dôležité si uvedomiť, že špičkové amplitúdy, ktorými sú v tomto prípade napätia, sú zahrnuté v rovnici. Z tohto dôvodu je potrebné prejsť napätím RMS na vrchol, ktorý sa vynásobí √2:
- Analphabetics. Modulačné systémy. Obnovené z: analfatecnicos.net.
- Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6 th . Ed Prentice Hall.
- Quesada, F. Communications Laboratory. Amplitúdová modulácia. Získané z: ocw.bib.upct.es.
- Santa Cruz, O. Amplitúdový modulačný prenos. Obnovené od: professors.frc.utn.edu.ar.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fyzika pre vedu a techniku. Zväzok 2. 7 ma . Ed. Cengage Learning.
- Carrier Wave. Obnovené z: es.wikipedia.org.