Moduliavimas yra pranešimo signalo dažnio ir stiprumo didinimo ir stiprinimo procesas. Tai procesas, kuris sujungia pradinį signalą ir nuolatinį aukšto dažnio signalą. Į Amplitudės moduliavimas (AM), nešiklio bangos amplitudė kinta priklausomai nuo pranešimo signalo. AM procesas parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje:

Pavyzdžiui,

Garso signalas

Garso signalai yra signalai su dideliu triukšmu. Nelengva tokius signalus perduoti dideliais atstumais. Taigi, norint sėkmingai perduoti garso signalus, būtinas moduliavimas. AM moduliacija yra procesas, kurio metu pranešimo signalas uždedamas ant radijo bangos kaip nešiklio signalas. Jis derinamas su didelės amplitudės radijo nešiklio banga, kuri padidina garso signalo dydį.

Panašiai, Dažnio moduliavimas (FM) susijęs su nešlio signalo dažnio kaita ir Fazės moduliavimas (PM) nagrinėja nešlio signalo fazės kitimą.

Pirmiausia aptarkime analogą ir su juo susijusius terminus.

Pirmiausia aptarkime analogą ir su juo susijusius terminus.

Analoginis reiškia nuolatinį kitimą laikui bėgant. Analoginį ryšį ir analoginį signalą galime apibrėžti kaip: An analoginis ryšys yra bendravimas, kuris nuolat kinta laikui bėgant. Jis buvo atrastas prieš skaitmeninį ryšį. Norint perduoti naudojant pigius komponentus, reikia mažesnio pralaidumo. An analoginis signalas yra signalas, kuris nuolat kinta laikui bėgant. Analoginio signalo pavyzdžiai yra sinusinės ir kvadratinės bangos.

Paprastas analoginis signalas parodytas žemiau:

Čia aptarsime šiuos dalykus:

Kas yra moduliacija?

Amplitudės moduliacijos tipai

Amplitudės moduliavimo istorija

Moduliacijos poreikis

AM dažnio vertimas

Moduliacijos indeksas

AM efektyvumas

Amplitudės moduliacijos privalumai ir trūkumai

Amplitudės moduliavimo taikymas

tigrinio liūto skirtumas

Skaitiniai pavyzdžiai

Kas yra moduliacija?

Kai pranešimo signalas yra uždėtas ant nešiklio signalo, jis vadinamas moduliacija . Pranešimo signalas dedamas ant nešiklio bangos viršaus. Čia sudėjimas reiškia signalo padėjimą ant kito signalo. Gautas signalas pagerino dažnį ir stiprumą.

Signalo vertimas reikalingas siųstuvo gale tiek analoginiams, tiek skaitmeniniams signalams. Vertimas atliekamas prieš perduodant signalą į kanalą ir perduodant jį į imtuvą.

Pranešimo signalas

Pradinis signalas, kuriame yra pranešimas, kuris turi būti perduotas imtuvui, yra žinomas kaip pranešimo signalas.

Vežėjo signalas

Nešiklio signalas yra pastovaus dažnio signalas, kuris paprastai yra aukštas. Nešančiojo signalo bangoms sklisti nereikia terpės.

Bazinės juostos signalas

Pranešimo signalas, vaizduojantis dažnių juostą, yra žinomas kaip bazinės juostos signalas. Bazinės juostos signalų diapazonas yra nuo 0 Hz iki ribinio dažnio. Jis taip pat vadinamas nemoduliuotu arba žemo dažnio signalu.

Analoginis signalas yra šviesos / garso bangos išvestis, paverčiama elektriniu signalu.

Praleidimo signalas

Jis sutelktas į dažnį, didesnį už didžiausią pranešimo signalo komponentą.

Pavyzdys

Panagrinėkime pavyzdį kalbos signalas . Tai garso signalo tipas.

Kalbos signalo baziniai dažniai yra žemesni nuo 0,3 iki 3,4 kHz. Jei du asmenys nori bendrauti tuo pačiu kanalu, bazinės juostos dažniai trukdys. Taip yra todėl, kad žemesni dažniai negali leisti dviejų bazinių dažnių tame pačiame kanale. Taigi su kalbos signalu naudojamas aukšto dažnio iki 8k Hz nešiklis. Tai padidina kalbos signalo dažnių diapazoną. Tai leidžia dviem asmenims bendrauti tuo pačiu kanalu be jokių trukdžių.

Moduliacijos poreikis

Ryšio sistema siunčia duomenis iš siųstuvo į imtuvą. Duomenys apdorojami ir nukeliauja daugiau nei šimtus mylių, kol pasiekia imtuvą. Triukšmas perdavimo metu gali turėti įtakos perduodamo signalo formai. Tai dar labiau klaidina gautą informaciją, sumažindama signalo dažnį ir stiprumą. Reikalingas procesas, kuris padidina signalo dažnį ir stiprumą. Bendravimo procesas yra žinomas kaip moduliacija .

Bendraujant būtina perduoti signalą iš vienos vietos į kitą. Čia originalus signalas pakeičiamas nauju, padidinant jo dažnį nuo f1 - f2 iki f1' - f2'. Atkuriama forma jis yra imtuvo gale. Moduliavimo reikalavimas grindžiamas šiais veiksniais:

1. Dažnių tankinimas
2. Antenos
3. Siaura juostelė
4. Bendras apdorojimas

Dažnių tankinimas

Multipleksavimas reiškia kelių signalų vertimą tame pačiame kanale. Tarkime, kad turime tris signalus, kuriuos reikia perduoti vienu ryšio kanalu, nedarant įtakos signalo kokybei ir duomenims. Tai reiškia, kad signalai turi būti atskiriami ir atkuriami priėmimo gale. Tai galima padaryti verčiant tris signalus skirtingais dažniais. Tai apsaugo nuo kelių signalų susikirtimo.

Tegul trijų signalų dažnių diapazonas yra nuo -f1 iki f1, -f2 iki f2 ir -f3 iki f3. Signalai yra atskirti apsauga tarp jų, kaip parodyta žemiau:

Jei pasirinkti šių signalų dažniai nesutampa, juos galima lengvai atkurti priėmimo gale, naudojant atitinkamus pralaidumo filtrus.

Antenos

Antenos perduoda ir priima signalus laisvoje erdvėje. Antenos ilgis parenkamas pagal siunčiamo signalo bangos ilgį.

Siaurajuostė

Signalas perduodamas laisvoje erdvėje antenos pagalba. Tarkime, kad dažnių diapazonas yra nuo 50 iki 10⁴Hz. Aukščiausio ir žemiausio dažnio santykis bus 10⁴/50 arba 200. Antenos ilgis tokiu santykiu viename gale bus per ilgas, o kitame – per trumpas. Jis netinka perdavimui. Taigi garso signalas verčiamas į diapazoną (10⁶+ 50) iki (10⁶+ 10⁴). Dabar šis santykis bus apie 1,01. Jis žinomas kaip siaurajuostis .

Taigi vertimo procesas gali būti pakeistas į siaurajuostį arba plačiajuostį, priklausomai nuo reikalavimų.

Bendras apdorojimas

Kartais mums reikia apdoroti skirtingų signalų spektrinį dažnių diapazoną. Jei yra daug signalų, geriau dirbti tam tikru fiksuoto dažnio diapazonu, o ne apdoroti kiekvieno signalo dažnių diapazoną.

Pavyzdžiui,

Superheteroyne imtuvas

Čia bendras apdorojimo blokas sureguliuojamas į kitą dažnį naudojant vietinį generatorių.

Amplitudės moduliacijos tipai

Moduliacijos tipus nustato TAI (Tarptautinė telekomunikacijų sąjunga). Yra trys amplitudės moduliacijos tipai, kurie yra tokie:

• Vienos šoninės juostos moduliacija
• Dviguba šoninės juostos moduliacija
• Vestigialinė šoninės juostos moduliacija

Pradinis AM pavadinimas buvo DSBAM (dvipusės juostos amplitudės moduliacija), nes šoninės juostos gali atsirasti abiejose nešlio dažnio pusėse.

Vienos šoninės juostos moduliavimas (SSB)

SSB AM yra standartinis būdas sukurti šonines juostas tik vienoje nešlio dažnio pusėje. Amplitudės moduliacija gali sukurti šonines juostas abiejose nešlio dažnio pusėse. SSB naudoja pralaidumo filtrus, kad pašalintų vieną šoninę juostą. SSB moduliavimo procesas pagerina perdavimo terpės pralaidumo panaudojimą ir bendrą perdavimo galią.

Dvigubos šoninės juostos slopinamas nešlio moduliavimas (DSB-SCB)

Dvigubas reiškia dvi šonines juostas. AM generuojami DSB dažniai yra simetriški nešlio dažniui. DSB toliau klasifikuojamas kaip DSB-SC ir DSB-C . DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) moduliacija neturi jokios nešlio juostos, todėl jos efektyvumas taip pat yra maksimalus, lyginant su kitais moduliavimo tipais. DSB-SC laikiklio dalis pašalinama iš išvesties komponento. DSB-C (dviguba šoninė juosta su nešikliu) susideda iš nešiklio bangos. DSB-C išvestis turi nešiklį kartu su pranešimu ir nešiklio komponentu.

Vestigialinis šoninės juostos moduliavimas (VSB)

Dalis informacijos yra SSB, todėl DSB gali pasimesti. Taigi, VSB naudojamas šių dviejų tipų AM trūkumams pašalinti. Lieka reiškia signalo atkarpą. VSB signalo dalis yra moduliuojama.

dvejetainis paieškos medis]

Tris AM tipus išsamiai aptarsime vėliau pamokoje.

Amplitudės moduliavimo istorija

• 1831 metais anglų mokslininkas Michaelas Faradėjus atrado elektromagnetą
• 1873 m. matematikas ir mokslininkas Jamesas C Maxwellas aprašė EM bangų sklidimą.
• 1875 m. A Graham Bell atrado telefoną.
• 1887 metais vokiečių fizikas H Hercas atrado radijo bangų egzistavimą.
• 1901 metais kanadietis inžinierius pavadino R Fessendenas išvertė pirmąjį amplitudės moduliuotą signalą.
• R Fessenden jį atrado naudodamas kibirkštinio tarpo siųstuvą, kuris perduoda signalą elektros kibirkšties pagalba.
• Praktinis AM įgyvendinimas pradėtas 1900–1920 m. per radijo telefono perdavimą. Tai buvo bendravimas naudojant garso arba kalbos signalą.
• Pirmasis nuolatinis Am siųstuvas buvo sukurtas maždaug 1906–1910 m.
• 1915 m. amerikiečių teoretikas J. R. Karsonas inicijavo matematinę amplitudės moduliacijos analizę. Jis parodė, kad garso signalui perduoti pakanka vienos juostos.
• 1915 m. gruodžio 1 d. J. R. Carsonas užpatentavo SSB (Single Sideband) Moduliacija.
• Radijo AM transliacija išpopuliarėjo po vakuuminio vamzdžio išradimo apie 1920 m.

Amplitudės moduliacijos dažnio vertimas

Signalas perduodamas padauginus jį iš pagalbinio sinusoidinio signalo. Jį suteikia:

Vm(t) = A_mcosω_mt

Vm(t) = A_mcos2πf_mt

kur,

Am yra amplitudės konstanta

Fm yra moduliavimo dažnis

Fm = ω_m/2p

Spektrinis modelis bus dvipusis amplitudės modelis. Jį sudaro dvi Am/2 amplitudės linijos, kaip parodyta toliau:

Jis yra dažnių diapazone nuo f = fm iki f = -fm.

Tegul pagalbinis sinusoidinis signalas yra Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

Padauginus dvigubą spektrinį modelį su pagalbiniu signalu, gauname:

Vm(t). Vc(t) = A_mcosω_mt x A_Ccosω_Ct

Vm(t). Vc(t) = A_mA_Ccosω_mt cosω_Ct

Dabar yra keturi spektriniai komponentai, kaip parodyta aukščiau.

Tai reiškia, kad dabar spektrinis modelis turi dvi sinusines bangos formas, kurių dažnis yra Fc + Fm ir Fc - Fm. Amplitudė prieš dauginimą buvo Am/2. Tačiau padauginus komponentų skaičius padidėja nuo dviejų iki keturių.

Dabar amplitudė bus tokia:

AmAc/4

1 sinusinė dedamoji = 2 spektriniai komponentai

Taigi kiekvieno sinusoidinio komponento amplitudė bus tokia:

AmAc/2

Spektrinis modelis po daugybos verčiamas tiek teigiamo, tiek neigiamo dažnio kryptimis. Jei šiuos keturis spektrinius modelius padauginsime, gausime 6 spektrinius komponentus aštuonių sinusoidinių bangų formų pavidalu.

Moduliacijos indeksas

Moduliacijos indeksas apibrėžiamas kaip didžiausios pranešimo signalo vertės ir nešiklio signalo santykis.

Jį suteikia:

Moduliacijos indeksas = M/A

kur,

M yra pranešimo signalo amplitudė

A yra nešlio signalo amplitudė

Arba

Moduliacijos indeksas = Am/Ac

AM efektyvumas

Amplitudės moduliacijos efektyvumas apibrėžiamas kaip šoninės juostos galios ir visos galios santykis.

Efektyvumas = Ps/Pt

Bendra galia yra šoninės juostos galios ir nešiklio galios suma.

Pt = Ps + Pc

Taigi efektyvumą galime apibrėžti taip:

Efektyvumas = Ps / Ps + Pc

Am signalas dažnio srityje gali būti pavaizduotas taip:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_Ct

kur,

m(t) yra bazinės juostos signalas

k yra amplitudės jautrumas

s(t) išsaugo bazinio dažnio signalo I savo apvalkalą

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

Pirmasis terminas yra nešiklio terminas, o antrasis terminas yra šoninės juostos terminas.

Galia gali būti pavaizduota taip:

Vežėjo terminui galia =A_C²/2

Šoninės juostos terminui galia =A_C²k²/2 x pm

Pm yra vidutinė pranešimo signalo galia šoninės juostos termine.

Efektyvumas = A_C²k²Pm/2 /( A_C²k²Pm/2 + A_C²/2)

Efektyvumas = k²Pm/1 + k²pm

Tai įprasta išraiška, naudojama amplitudės moduliacijos galios efektyvumui nustatyti.

Kadangi „Double Sideband Suppress Carrier Modulation“ nėra nešiklio, jo efektyvumas yra 50%. Vienu tonu moduliuoto signalo efektyvumas sinusinės bangos formos atveju yra apie 33%. Maksimalus 100% efektyvumas gali būti pasiektas naudojant SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Privalumai

Amplitudės moduliavimo pranašumai yra šie:

• Amplitudės moduliacija padeda signalui nukeliauti didelius atstumus, keisdama pranešimo signalo amplitudę.
• AM imtuvuose ir siųstuvuose naudojami komponentai yra pigūs.
• AM signalus lengva moduliuoti ir demoduliuoti.
• Modifikuoto signalo dažnis yra mažesnis nei nešiklio signalas.
• Amplitudės moduliacijos diegimo procesas yra paprastas.
• Perdavimui naudojamas ryšio kanalas gali būti laidinis arba belaidis kanalas. Jis sujungia siųstuvą su imtuvu. Jis taip pat perduoda informaciją iš siųstuvo į imtuvą.

Trūkumai

AM yra plačiai naudojamas moduliavimas, nepaisant įvairių jos trūkumų. Amplitudės moduliacijos trūkumai yra šie:

• Dėl AM detektorių jis yra jautresnis triukšmui. Tai turi įtakos imtuvą pasiekiančio signalo kokybei.
• Jis turi šonines juostas abiejose nešlio dažnio pusėse. Dviejų šoninių juostų galia neišnaudojama 100%. AM bangų nešama galia yra apie 33%. Tai reiškia, kad išeikvojama daugiau nei pusė galios dvipusėje pusėje.
• AM reikalauja didelio pralaidumo, t. y. dvigubai didesnio už garso dažnį.

Amplitudės moduliavimo taikymas

Amplitudės moduliavimo taikymas yra toks:

Transliavimas
Amplitudės moduliacija padidina pranešimo signalo dažnį dėl didelio dažnio nešiklio signalo buvimo. Todėl dėl šio pranašumo jis plačiai naudojamas transliacijoje.Juostinės radijo imtuvai
Amplitudės moduliacija naudojama nešiojamuose dvipusiuose radijo imtuvuose ir radijo dažnių juostose, kad būtų galima efektyviai bendrauti.

Skaitiniai pavyzdžiai

Aptarkime pavyzdį, pagrįstą amplitudės moduliacija.

Pavyzdys: Raskite bendrą amplitudės moduliuoto signalo galią, kai nešiklio galia yra 400 W ir moduliacijos indeksas 0,8.

Sprendimas : Formulė bendrai amplitudės moduliuoto signalo galiai apskaičiuoti pateikiama taip:

Pt = Pc (1 + m²/2)

kur,

Pt yra bendra galia

Kompiuteris yra nešiklio galia

M yra moduliuotas signalas

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

Pt = 400 (1 + 0,64/2)

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 vatai

Vadinasi, bendra amplitudės moduliuoto signalo galia yra 528 vatai.

2 pavyzdys: Koks yra didžiausias vieno tono moduliavimo signalo efektyvumas?

Sprendimas : Maksimalus vieno tono moduliavimo signalo efektyvumas yra 33%.

Efektyvumas apskaičiuojamas pagal formulę:
Efektyvumas = u²/(2 + u²)

palyginti java eilutes

Esant didžiausiam efektyvumui, u = 1

Efektyvumas = 1²/(2 + 1²)

Efektyvumas = 1/3

Efektyvumas % = 1/3 x 100

Efektyvumas % = 100/3

Naudingumas % = 33,33