- Jak funguje modulovaná amplituda?
- Rádiové přenosy
- Příjem signálu
- Nalaďte si rádio a poslouchejte hudbu
- Příklad práce
- Řešení
Amplitudově modulovaná AM (amplitudová modulace) je přenos signálu technika ve kterém elektromagnetická vlna sinusové nosné frekvence f c, který je zodpovědný za přenos frekvencí zpráv f s << f c mívá (to znamená, moduluje) Tento amplituda podle amplitudy signálu.
Oba signály cestují jako jeden, celkový signál (AM signál), který kombinuje jak: nosnou vlnu (nosný signál), tak vlnu (informační signál), která obsahuje zprávu, jak je znázorněno na následujícím obrázku:
Obrázek 1. Amplitudová modulace. Zdroj: Wikimedia Commons.
Je třeba poznamenat, že informace putuje ve formě obklopující signál AM, který se nazývá obálka.
Prostřednictvím této techniky může být signál přenášen na velké vzdálenosti, proto je tento typ modulace běžně používán komerčním rozhlasem a civilním pásmem, ačkoli postup lze provádět s jakýmkoli typem signálu.
K získání informací je zapotřebí přijímač, ve kterém se provádí proces nazývaný demodulace pomocí detektoru obálky.
Detektor obálky není nic jiného než velmi jednoduchý obvod, nazývaný usměrňovač. Tento postup je jednoduchý a levný, ale během přenosu vždy dochází ke ztrátám energie.
Jak funguje modulovaná amplituda?
K přenosu zprávy společně s nosným signálem nestačí jednoduše přidat oba signály.
Je to nelineární proces, ve kterém je přenos výše popsaným způsobem dosažen vynásobením signálu zprávy nosným signálem, což je kosinus. A k výsledku tohoto přidejte nosný signál.
Matematická forma, která je výsledkem tohoto postupu, je proměnný signál v čase E (t), jehož forma je:
V případě, že amplituda E c je amplituda nosiče a m je modulační index, dán vztahem:
Takto: E s = mE c
Amplituda zprávy je ve srovnání s amplitudou nosiče malá.
Jinak by obálka signálu AM neměla přesný tvar zprávy, která má být vysílána. Rovnice pro m může být vyjádřena jako procento modulace:
Víme, že sinusové a kosinové signály se vyznačují určitou frekvencí a vlnovou délkou.
Když je modulovaný signál, jeho distribuce frekvence (spektrum) je přeložen, který se stane zaujímají určitou oblast kolem frekvence nosného signálu, f c (což není změněn vůbec během modulace), nazývá šířka kapela.
Protože jsou to elektromagnetické vlny, jejich rychlost ve vakuu je rychlostí světla, která souvisí s vlnovou délkou a frekvencí:
Tímto způsobem informace, které mají být vysílány, řekněme, z rozhlasové stanice cestuje velmi rychle k přijímačům.
Rádiové přenosy
Radiová stanice musí transformovat slova a hudbu, z nichž všechny jsou zvukové signály, na elektrický signál stejné frekvence, například pomocí mikrofonů.
Tento elektrický signál se nazývá zvukový frekvenční signál FA, protože je v rozsahu 20 až 20 000 Hz, což je slyšitelné spektrum (frekvence, které lidé slyší).
Obrázek 2. Mnoho rozhlasových stanic vysílaných v AM. Zdroj: Pixabay.
Tento signál musí být elektronicky zesílen. V prvních dnech rozhlasu byl vyroben pomocí vakuových trubic, které byly později nahrazeny mnohem účinnějšími tranzistory.
Amplifikovaný signál je pak kombinován s vysokofrekvenčním signálem FR obvody modulátoru AM tak, aby výsledkem byla specifická frekvence pro každou rozhlasovou stanici. To je nosná frekvence f c je uvedeno výše.
Nosné frekvence rozhlasových stanic AM jsou mezi 530 Hz a 1600 Hz, ale stanice, které používají frekvenční modulaci nebo FM, mají vyšší frekvenční nosiče: 88-108 MHz.
Dalším krokem je opětovné zesílení kombinovaného signálu a jeho odeslání do antény, aby mohl být vysílán jako radiová vlna. Tímto způsobem se může šířit vesmírem, dokud nedosáhne přijímačů.
Příjem signálu
Rádiový přijímač má anténu pro zachycení elektromagnetických vln přicházejících ze stanice.
Anténa se skládá z vodivého materiálu, který má zase volné elektrony. Elektromagnetické pole vyvíjí sílu na tyto elektrony, které okamžitě vibrují na stejné frekvenci jako vlny a vytvářejí elektrický proud.
Další možností je, že přijímací anténa obsahuje cívku drátu a elektromagnetické pole rádiových vln v ní indukuje elektrický proud. V obou případech tento tok obsahuje informace, které pocházejí ze všech zachycených rozhlasových stanic.
Nyní následuje to, že rádiový přijímač je schopen rozlišit každou rozhlasovou stanici, to znamená, naladit se na tu, která je preferována.
Nalaďte si rádio a poslouchejte hudbu
Výběr mezi různými signály se provádí rezonančním LC obvodem nebo LC oscilátorem. Jedná se o velmi jednoduchý obvod, který obsahuje variabilní induktor L a kondenzátor C umístěné v sérii.
Pro naladění rozhlasové stanice se hodnoty L a C upraví tak, aby rezonanční frekvence obvodu souhlasila s frekvencí signálu, který má být naladěn, což není nic jiného než nosná frekvence rozhlasové stanice: f c.
Jakmile je stanice naladěna, aktivuje se demodulátorový obvod uvedený na začátku. On je ten, kdo má na starosti rozluštit, tak řečeno, zprávu vysílanou rozhlasovou stanicí. To se děje oddělením nosného signálu od signálu zprávy pomocí diody a obvodu RC nazývaného dolní propust.
Obrázek 3. Na levém obvodu LC oscilátoru. Vpravo demodulátorový obvod. Zdroj: F. Zapata.
Již oddělený signál prochází procesem zesílení znovu a odtud jde do reproduktorů nebo sluchátek, abychom jej mohli slyšet.
Tento proces je nastíněn zde, protože ve skutečnosti existuje více fází a je mnohem složitější. Ale dává nám dobrou představu o tom, jak se amplitudová modulace děje a jak dosahuje uší přijímače.
Příklad práce
Nosné vlny má amplitudu E c = 2 V (RMS) a frekvence f c = 1,5 MHz. Je modulován signálem o frekvenci fs = 500 Hz a amplitudě E s = 1 V (RMS). Jaká je rovnice signálu AM?
Řešení
Nahraďte příslušné hodnoty do rovnice pro modulovaný signál:
Je však důležité si uvědomit, že rovnice zahrnuje vrcholové amplitudy, kterými jsou v tomto případě napětí. Proto je nutné předat napětí RMS na vrchol násobení √2:
- Analphabetics. Modulační systémy. Obnoveno z: analfatecnicos.net.
- Giancoli, D. 2006. Fyzika: Principy s aplikacemi. 6 th. Ed Prentice Hall.
- Quesada, F. Communications Laboratory. Amplitudová modulace. Obnoveno z: ocw.bib.upct.es.
- Santa Cruz, O. Amplitudový modulační přenos. Obnoveno od: professors.frc.utn.edu.ar.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fyzika pro vědu a techniku. Svazek 2. 7 ma. Ed. Cengage Learning.
- Carrier Wave. Obnoveno z: es.wikipedia.org.