МОДУЛИРОВАННАЯ АМПЛИТУДА: ХАРАКТЕРИСТИКИ И КАК ЭТО РАБОТАЕТ - ФИЗИЧЕСКИЙ

Амплитудно - модулированные АМЫ (амплитудная модуляция) представляет собой метод передачи сигнала , в котором электромагнитная волне синусоидальной несущая частота F _с , отвечает за передачу сообщений с частотой F _сек << е _с Различным (то есть модулирует) амплитуда в зависимости от амплитуды сигнала.

Оба сигнала распространяются как один, общий сигнал (сигнал AM), который объединяет как несущую волну (сигнал несущей), так и волну (информационный сигнал), содержащую сообщение, как показано на следующем рисунке:

Рисунок 1. Амплитудная модуляция. Источник: Wikimedia Commons.

Следует отметить, что информация распространяется в форме, окружающей AM-сигнал, которая называется огибающей.

С помощью этого метода сигнал может передаваться на большие расстояния, поэтому этот тип модуляции широко используется в коммерческом радио и в гражданском диапазоне, хотя процедура может выполняться с любым типом сигнала.

Для получения информации необходим приемник, в котором с помощью детектора огибающей выполняется процесс, называемый демодуляцией.

Детектор огибающей - это не что иное, как очень простая схема, называемая выпрямителем. Процедура простая и недорогая, но потери мощности всегда происходят в процессе передачи.

Как работает модулированная амплитуда?

Чтобы передать сообщение вместе с несущим сигналом, недостаточно просто сложить два сигнала.

Это нелинейный процесс, в котором передача описанным выше способом достигается путем умножения сигнала сообщения на сигнал несущей, оба косинусоидальные. И к результату этого добавьте сигнал несущей.

Математическая форма, полученная в результате этой процедуры, представляет собой переменный сигнал во времени E (t), имеющий следующую форму:

Где амплитуда E _c - это амплитуда несущей, а m - индекс модуляции, определяемый по формуле :

Таким образом: E _s = mE _c

Амплитуда сообщения мала по сравнению с амплитудой несущей, поэтому:

В противном случае огибающая AM-сигнала не имела бы точной формы передаваемого сообщения. Уравнение для m может быть выражено в процентах от модуляции:

Мы знаем, что синусоидальные и косинусоидальные сигналы характеризуются определенной частотой и длиной волны.

Когда сигнал модулируется, его частотное распределение (спектр) преобразуется, что занимает определенную область вокруг частоты несущего сигнала f _c (которая вообще не изменяется в процессе модуляции), называемая шириной группа.

Поскольку они представляют собой электромагнитные волны, их скорость в вакууме равна скорости света, которая зависит от длины и частоты волны следующим образом:

Таким образом, информация, которую нужно передать, скажем, радиостанции, очень быстро доходит до приемников.

Радиопередачи

Радиостанция должна преобразовывать слова и музыку, все из которых являются звуковыми сигналами, в электрический сигнал той же частоты, например, с помощью микрофонов.

Этот электрический сигнал называется сигналом слуховой частоты FA, потому что он находится в диапазоне от 20 до 20 000 Гц, который представляет собой звуковой спектр (частоты, которые слышат люди).

Рисунок 2. Многие радиостанции вещают в AM. Источник: Pixabay.

Этот сигнал необходимо усилить электроникой. На заре радио это было сделано из электронных ламп, которые позже были заменены гораздо более эффективными транзисторами.

Затем усиленный сигнал комбинируется с радиочастотным сигналом FR схемами модулятора AM, чтобы получить конкретную частоту для каждой радиостанции. Это упомянутая выше несущая частота f _c .

Несущие частоты AM-радиостанций находятся в диапазоне от 530 Гц до 1600 Гц, но станции, использующие модулированную частоту или FM, имеют более высокие несущие частоты: 88-108 МГц.

Следующим шагом является повторное усиление комбинированного сигнала и передача его на антенну, чтобы его можно было излучать в виде радиоволны. Таким образом, он может распространяться в космосе, пока не достигнет приемников.

Прием сигнала

Радиоприемник имеет антенну для приема электромагнитных волн, исходящих от станции.

Антенна состоит из проводящего материала, который, в свою очередь, имеет свободные электроны. Электромагнитное поле воздействует на эти электроны, которые немедленно колеблются с той же частотой, что и волны, создавая электрический ток.

Другой вариант состоит в том, что приемная антенна содержит катушку с проводом, и электромагнитное поле радиоволн индуцирует в ней электрический ток. В любом случае этот поток содержит информацию, поступающую от всех захваченных радиостанций.

Далее следует то, что радиоприемник может различать каждую радиостанцию, то есть настраиваться на ту, которая предпочтительнее.

Настройтесь на радио и слушайте музыку

Выбор между различными сигналами осуществляется резонансным LC-контуром или LC-генератором. Это очень простая схема, которая содержит последовательно соединенные переменную индуктивность L и конденсатор C.

Для настройки радиостанции значения L и C регулируются таким образом, чтобы резонансная частота контура совпадала с частотой настраиваемого сигнала, которая является не чем иным, как несущей частотой радиостанции: f _c ,

Как только станция настроена, задействуется схема демодулятора, упомянутая в начале. Именно он отвечает за расшифровку, так сказать, сообщения, транслируемого радиостанцией. Это достигается путем разделения несущего сигнала и сигнала сообщения с помощью диода и RC-цепи, называемой фильтром нижних частот.

Рисунок 3. На левой схеме LC-генератора. Справа схема демодулятора. Источник: Ф. Сапата.

Уже разделенный сигнал снова проходит процесс усиления и оттуда попадает в динамики или наушники, чтобы мы могли его услышать.

Здесь описан процесс, потому что на самом деле этапов больше, и он намного сложнее. Но это дает нам хорошее представление о том, как происходит амплитудная модуляция и как она достигает ушей приемника.

Пример работы

Несущая волна имеет амплитуду E _c = 2 В (RMS) и частоту f _c = 1,5 МГц. Он модулируется сигналом с частотой fs = 500 Гц и амплитудой E _s = 1 В (RMS). Каково уравнение сигнала AM?

Решение

Подставьте соответствующие значения в уравнение для модулированного сигнала:

Однако важно отметить, что уравнение включает пиковые амплитуды, которые в данном случае являются напряжениями. Следовательно, необходимо передать среднеквадратичные значения напряжения в пиковое значение умножением на √2:

Analphabetics. Системы модуляции. Получено с: analfatecnicos.net.
Джанколи, Д. 2006. Физика: принципы с приложениями. 6 ^чт . Эд Прентис Холл.
Кесада, Ф. Лаборатория связи. Амплитудная модуляция. Получено с: ocw.bib.upct.es.
Санта-Крус, О. Передача с амплитудной модуляцией. Получено с: Professors.frc.utn.edu.ar.
Сервей, Р., Джуэтт, Дж. (2008). Физика для науки и техники. Том 2. 7 ^ма . Под ред. Cengage Learning.
Несущая волна. Получено с: es.wikipedia.org.

МОДУЛИРОВАННАЯ АМПЛИТУДА: ХАРАКТЕРИСТИКИ И КАК ЭТО РАБОТАЕТ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2024