Модуляція — це процес збільшення та посилення частоти та сили сигналу повідомлення. Це процес, який накладає вихідний сигнал і безперервний високочастотний сигнал. в Амплітудна модуляція (AM), амплітуда несучої хвилі змінюється разом із сигналом повідомлення. Процес AM показано на зображенні нижче:

Наприклад,

Аудіосигнал

Звукові сигнали - це сигнали з високим рівнем шуму. Передавати такі сигнали на великі відстані непросто. Отже, для успішної передачі необхідна модуляція звукових сигналів. АМ-модуляція — це процес, у якому сигнал повідомлення накладається на радіохвилю як несучий сигнал. Він поєднується з радіонесучою хвилею великої амплітуди, що збільшує величину звукового сигналу.

Так само Частотна модуляція (FM) має справу зі зміною частоти несучого сигналу, і Фазова модуляція (PM) має справу зі зміною фази несучого сигналу.

Давайте спочатку обговоримо аналог і пов’язані з ним терміни.

Давайте спочатку обговоримо аналог і пов’язані з ним терміни.

Аналоговий відноситься до безперервної зміни з часом. Ми можемо визначити аналоговий зв'язок і аналоговий сигнал як: An аналоговий зв'язок це спілкування, яке постійно змінюється з часом. Це було відкрито ще до цифрового зв'язку. Це вимагає меншої пропускної здатності для передачі з недорогими компонентами. Ан аналоговий сигнал це сигнал, який постійно змінюється з часом. Приклади аналогового сигналу включають синусоїдальні та квадратні хвилі.

Простий аналоговий сигнал показаний нижче:

Тут ми обговоримо наступне:

Що таке модуляція?

Види амплітудної модуляції

Історія амплітудної модуляції

Потреба в модуляції

Перетворення частоти AM

Індекс модуляції

Ефективність АМ

Переваги та недоліки амплітудної модуляції

Застосування амплітудної модуляції

Числові приклади

Що таке модуляція?

Коли сигнал повідомлення накладається на сигнал несучої, це називається модуляція . Сигнал повідомлення накладається на вершину несучої хвилі. Тут накладання означає розміщення сигналу на іншому сигналі. Результуючий сигнал має покращену частоту та силу.

Трансляція сигналу необхідна на кінці передавача як для аналогових, так і для цифрових сигналів. Трансляція здійснюється до того, як сигнал виводиться на канал для передачі в приймач.

Сигнал повідомлення

Оригінальний сигнал, який містить повідомлення, яке має бути передане отримувачу, називається сигналом повідомлення.

Несучий сигнал

Несучий сигнал — це сигнал із постійною частотою, яка зазвичай висока. Хвилі несучого сигналу не потребують середовища для поширення.

Основний сигнал

Сигнал повідомлення, який представляє смугу частот, називається сигналом базової смуги. Діапазон базових сигналів становить від 0 Гц до частоти зрізу. Його також називають немодульованим сигналом або низькочастотним сигналом.

Аналоговий сигнал – це світлова/звукова хвиля, перетворена на електричний сигнал.

Смуга пропускання сигналу

Він зосереджений на частоті, вищій за максимальну складову сигналу повідомлення.

приклад

Розглянемо приклад мовний сигнал . Це тип звукового сигналу.

Мовний сигнал має нижчі частоти основної смуги в діапазоні від 0,3 до 3,4 кГц. Якщо двоє людей хочуть спілкуватися на одному каналі, частоти базової смуги будуть заважати. Це тому, що нижчі частоти не можуть дозволити дві основні частоти на одному каналі. Таким чином, з мовним сигналом використовується носій високої частоти до 8 кГц. Збільшує частотний діапазон мовного сигналу. Це дозволяє двом людям спілкуватися по одному каналу без будь-яких перешкод.

Потреба в модуляції

Система зв'язку передає дані від передавача до приймача. Дані обробляються і долають понад сотні миль, перш ніж досягти приймача. Шум під час передачі може вплинути на форму сигналу зв’язку. Це ще більше вводить в оману отриману інформацію, зменшуючи частоту та силу сигналу. Необхідний процес, який збільшує частоту та силу сигналу. Процес спілкування відомий як модуляція .

При спілкуванні важливо передати сигнал з одного місця в інше. Тут вихідний сигнал замінюється на новий, збільшуючи його частоту від f1 - f2 до f1' - f2'. Він присутній у відновлюваній формі на кінці приймача. Вимога модуляції базується на таких факторах:

1. Частотне мультиплексування
2. антени
3. Вузька смуга
4. Загальна обробка

Частотне мультиплексування

Мультиплексування означає трансляцію кількох сигналів на одному каналі. Припустимо, у нас є три сигнали, які потрібно передати по одному каналу зв’язку, не впливаючи на якість сигналу та дані. Це означає, що сигнали повинні бути розрізненими та відновлюваними на приймальному кінці. Це можна зробити шляхом трансляції трьох сигналів на різних частотах. Це запобігає перетину кількох сигналів.

Нехай частотний діапазон трьох сигналів буде від -f1 до f1, від -f2 до f2 і від -f3 до f3. Сигнали розділені огородженням між ними, як показано нижче:

Якщо вибрані частоти цих сигналів не перекриваються, це можна легко відновити на приймальному кінці за допомогою відповідних смугових фільтрів.

антени

Антени передають і приймають сигнали у вільному просторі. Довжина антени вибирається відповідно до довжини хвилі сигналу, що передається.

Вузькість

Сигнал передається у вільний простір за допомогою антени. Припустимо, діапазон частот становить від 50 до 10⁴Гц Співвідношення найвищої частоти до найнижчої буде 10⁴/50 або 200. Довжина антени при цьому співвідношенні стане занадто довгою на одному кінці та надто короткою на іншому кінці. Він не придатний для передачі. Таким чином, аудіосигнал перекладається в діапазон (10⁶+ 50) до (10⁶+ 10⁴). Коефіцієнт зараз буде приблизно 1,01. Він відомий як вузькосмуговість .

Таким чином, залежно від вимог процес трансляції можна змінити на вузькосмуговий або широкосмуговий.

Загальна обробка

Іноді нам потрібно обробити спектральний діапазон частот різних сигналів. Якщо є велика кількість сигналів, краще працювати в якомусь фіксованому діапазоні частот, а не обробляти діапазон частот кожного сигналу.

Наприклад,

Супергетероїнний приймач

Тут загальний блок обробки налаштовується на іншу частоту за допомогою гетеродина.

Види амплітудної модуляції

Типи модуляції позначаються ТО (Міжнародний союз електрозв'язку). Існує три типи амплітудної модуляції, а саме:

• Модуляція однієї бічної смуги
• Подвійна бічна смуга модуляції
• Рудиментарна модуляція бічної смуги

Початкова назва АМ була DSBAM (двосмугова амплітудна модуляція), оскільки бічні смуги можуть з’являтися по обидві сторони від несучої частоти.

Односмугова модуляція (SSB)

SSB AM - це стандартний метод створення бічних смуг лише з одного боку несучої частоти. Амплітудна модуляція може створювати бічні смуги по обидва боки несучої частоти. У SSB він використовує смугові фільтри для відкидання однієї бічної смуги. Процес модуляції SSB покращує використання смуги пропускання та загальну потужність передачі середовища передачі.

Модуляція подвійної бічної смуги з придушенням несучої (DSB-SCB)

Double означає дві бічні смуги. Частоти, створювані AM в DSB, симетричні відносно несучої частоти. DSB далі класифікується як DSB-SC і DSB-C . Модуляція DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) не містить смуги несучої, завдяки чому її ефективність також максимальна порівняно з іншими типами модуляції. Несуча частина в DSB-SC видалена з вихідного компонента. DSB-C (подвійна бічна смуга з несучою) складається з несучої хвилі. Вихід, створений DSB-C, має несучу в поєднанні з повідомленням і компонентом несучої.

Рудиментарна модуляція бічної смуги (VSB)

Частина інформації є SSB, а DSB може бути втрачено. Отже, VSB використовується для подолання недоліків цих двох типів АМ. Вестидж означає частину сигналу. У VSB частина сигналу модулюється.

Далі в підручнику ми детально обговоримо три типи АМ.

Історія амплітудної модуляції

• У 1831 році англійський вчений Майкл Фарадей відкрив електромагніт
• У 1873 році математик і вчений Джеймс Максвелл описав поширення електромагнітних хвиль.
• У 1875 році Грем Белл відкрив телефон.
• У 1887 році німецький фізик Г. Герц відкрив існування радіохвиль.
• У 1901 р. канадський інженер ім Р. Фессенден переведений перший амплітудно-модульований сигнал.
• Р. Фессенден виявив це за допомогою передавача іскрового проміжку, який передає сигнал за допомогою електричної іскри.
• Практичне впровадження АМ почалося між 1900 і 1920 роками через радіотелефонну передачу. Це було спілкування за допомогою звукового або мовного сигналу.
• Перший безперервний передавач Am був розроблений приблизно в 1906-1910 роках.
• У 1915 р. американський теоретик Дж. Р. Карсон започаткував математичний аналіз амплітудної модуляції. Він показав, що однієї смуги достатньо для передачі звукового сигналу.
• 1 грудня 1915 року Дж. Р. Карсон запатентував SSB (Одна бічна смуга) Модуляція.
• Радіомовлення в діапазоні AM стало популярним після винаходу вакуумної лампи приблизно в 1920 році.

Перетворення частоти амплітудної модуляції

Сигнал передається шляхом його множення на допоміжний синусоїдальний сигнал. Він надається:

Vm(t) = A_мcosω_мt

Vm(t) = A_мcos2πf_мt

Де,

Am — постійна амплітуди

Fm — частота модуляції

Fm = ω_м/2п

Спектральна картина буде двосторонньою амплітудною. Він складається з двох ліній кожна з амплітудою Am/2, як показано нижче:

Він розташований в діапазоні частот від f = fm до f = -fm.

Команди Linux створити папку

Нехай допоміжний синусоїдальний сигнал буде Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

Помноживши подвійну спектральну картину на допоміжний сигнал, отримаємо:

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

Vm(t). Vc(t) = A_мА_Ccosω_мt cosω_Ct

Тепер є чотири спектральні компоненти, як показано вище.

Це означає, що спектральна картина тепер має дві синусоїдальні форми хвилі частоти Fc + Fm і Fc - Fm. Амплітуда перед множенням була Am/2. Але компоненти після множення мають збільшення від двох до чотирьох.

Тепер амплітуда буде:

AmAc/4

1 синусоїдальна складова = 2 спектральні складові

Таким чином, амплітуда кожної синусоїдальної складової буде:

AmAc/2

Спектральна картина після множення транслюється як в позитивному, так і в негативному напрямках частоти. Якщо ці чотири спектральні моделі помножити на посилення, то в результаті буде 6 спектральних компонентів у формі восьми синусоїдальних форм хвилі.

Індекс модуляції

Індекс модуляції визначається як відношення максимального значення сигналу повідомлення і несучого сигналу.

Він надається:

Індекс модуляції = M/A

Де,

М - амплітуда сигналу повідомлення

А – амплітуда несучого сигналу

Або

Індекс модуляції = Am/Ac

Ефективність АМ

Ефективність амплітудної модуляції визначається як відношення потужності бічної смуги до повної потужності.

ККД = Ps/Pt

Загальна потужність є сумою потужності бічної смуги та потужності несучої.

Pt = Ps + Pc

Таким чином, ми також можемо визначити ефективність як:

Ефективність = Ps/ Ps + Pc

Сигнал Am у частотній області можна представити як:

S(t) = А_C[1 + km(t)] cosω_Ct

Де,

m(t) - сигнал основної смуги

k – амплітудна чутливість

s(t) зберігає сигнал базової смуги I його огинаючу

s(t) = А_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

Перший член - це термін несучої, а другий - член бічної смуги.

Потужність можна представити як:

Для оператора, потужність = A_C²/2

Для члена бічної смуги потужність = A_C²k²/2 x Pm

Pm – це середня потужність сигналу повідомлення, присутнього в члені бічної смуги.

Ефективність = A_C²k²Pm/2 /( А_C²k²Pm/2 + A_C²/2)

Ефективність= k²Pm/1 + k²Pm

Це загальний вираз, який використовується для визначення ефективності потужності амплітудної модуляції.

Оскільки в модуляції подвійної бічної смуги придушення несучої немає несучої, її ефективність становить 50%. Ефективність однотонального модульованого сигналу у випадку синусоїдальної форми становить приблизно 33%. Максимальна ефективність 100% може бути досягнута за допомогою SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Переваги

Переваги амплітудної модуляції наступні:

• Амплітудна модуляція допомагає сигналу поширюватися на великі відстані, змінюючи амплітуду сигналу повідомлення.
• Компоненти, що використовуються в приймачах і передавачах AM, мають низьку вартість.
• AM сигнали легко модулювати та демодулювати.
• Модульований сигнал має нижчу частоту, ніж сигнал несучої.
• Процес реалізації амплітудної модуляції простий.
• Канал зв'язку, який використовується для передачі, може бути дротовим або бездротовим каналом. Він з'єднує передавач з приймачем. Він також передає інформацію від передавача до приймача.

Недоліки

AM є широко використовуваною модуляцією, незважаючи на її різноманітні недоліки. Недоліки амплітудної модуляції наступні:

• Він більш сприйнятливий до шуму через наявність AM-детекторів. Це впливає на якість сигналу, що надходить до приймача.
• Він має бічні смуги по обидва боки від несучої частоти. Потужність подвійних бічних смуг не використовується на 100%. Потужність хвиль AM становить близько 33%. Це означає, що більше половини потужності в подвійній стороні витрачається даремно.
• AM вимагає високої пропускної здатності, тобто вдвічі більшої за частоту аудіо.

Застосування амплітудної модуляції

Застосування амплітудної модуляції такі:

мовлення
Амплітудна модуляція збільшує частоту сигналу повідомлення завдяки наявності високочастотного несучого сигналу. Отже, завдяки цій перевагі він широко використовується в мовленні.Діапазон радіо
Амплітудна модуляція використовується в портативних двосторонніх радіостанціях і діапазонних радіостанціях для ефективного зв’язку.

Числові приклади

Давайте обговоримо приклад на основі амплітудної модуляції.

приклад: Знайти повну потужність амплітудно-модульованого сигналу з потужністю несучої 400 Вт і індексом модуляції 0,8.

Рішення : Формула для обчислення загальної потужності амплітудно-модульованого сигналу визначається так:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Де,

Pt – повна потужність

Pc є носієм живлення

М - модульований сигнал

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

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

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 Вт

Отже, загальна потужність амплітудно-модульованого сигналу становить 528 Вт.

приклад 2: Яка максимальна ефективність однотонального модуляційного сигналу?

Рішення : Максимальна ефективність однотонального модуляційного сигналу становить 33%.

Ефективність визначається формулою:
Ефективність = u²/(2 + u²)

При максимальному ККД u = 1

ККД = 1²/(2 + 1²)

ККД = 1/3

ККД % = 1/3 x 100

ККД % = 100/3

ККД % = 33,33