МОДУЛИРАНА АМПЛИТУДА: ХАРАКТЕРИСТИКИ И КАК РАБОТИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В амплитуда модулиран АМ (амплитудна модулация) е техника за предаване на сигнал, в който електромагнитната вълна синусоидална носеща честота на е _в, отговорен за предаване на съобщение честота F _и << е _в варира (т.е., модулира) на амплитуда според амплитудата на сигнала.

И двата сигнала пътуват като един, общ сигнал (AM сигнал), който комбинира и двете: носещата вълна (носител сигнал) и вълната (информационен сигнал), която съдържа съобщението, както е показано на следната фигура:

Фигура 1. Амплитудна модулация. Източник: Wikimedia Commons.

Отбелязва се, че информацията пътува, съдържаща се във формата, която заобикаля АМ сигнала, която се нарича обвивка.

Чрез тази техника може да се предава сигнал на дълги разстояния, поради което този тип модулация се използва широко от търговското радио и гражданската лента, въпреки че процедурата може да се извърши с всякакъв тип сигнал.

За получаване на информацията е необходим приемник, в който процес, наречен демодулация, се осъществява с помощта на детектор за обвивка.

Детекторът за пликове не е нищо повече от много проста схема, наречена токоизправител. Процедурата е проста и евтина, но загубите на мощност винаги се случват в процеса на предаване.

Как работи модулираната амплитуда?

За да предадете съобщението заедно с носещия сигнал, не е достатъчно просто да добавите двата сигнала.

Това е нелинеен процес, при който предаването по описания по-горе начин се постига чрез умножаване на сигнала на съобщението по носещия сигнал, и двете косинус. И към резултата от това добавете носещия сигнал.

Математическата форма, която е резултат от тази процедура, е променлив сигнал във времето E (t), чиято форма е:

Където амплитудата E _c е амплитудата на носителя и m е индексът на модулация, даден от:

По този начин: E _s = mE _c

Амплитудата на съобщението е малка в сравнение с амплитудата на носителя, следователно:

В противен случай обвивката на АМ сигнала няма да има точната форма на съобщението, което трябва да бъде предадено. Уравнението за m може да се изрази като процент на модулация:

Знаем, че синусоидалните и косинусните сигнали се характеризират с това, че имат определена честота и дължина на вълната.

Когато един сигнал е модулиран, неговото честотно разпределение (спектър) се превежда, което се случва да заема определен регион около честотата на носещия сигнал f _c (който изобщо не се променя по време на процеса на модулация), наречен ширина банда.

Тъй като те са електромагнитни вълни, тяхната скорост във вакуум е тази на светлината, която е свързана с дължината на вълната и честотата чрез:

По този начин информацията, която трябва да бъде предадена от, да речем, радиостанция, пътува много бързо към приемниците.

Радио предавания

Радиостанцията трябва да преобразува думи и музика, всички те са звукови сигнали, в електрически сигнал със същата честота, например използвайки микрофони.

Този електрически сигнал се нарича слухов честотен сигнал FA, тъй като той е в диапазона от 20 до 20 000 Hz, което е звуковият спектър (честотите, които хората чуват).

Фигура 2. Много радиостанции, излъчвани в AM. Източник: Pixabay

Този сигнал трябва да бъде усилен по електронен път. В ранните дни на радиото се правеше с вакуумни тръби, които по-късно бяха заменени от много по-ефективни транзистори.

След това усилваният сигнал се комбинира с радиочестотен сигнал FR от вериги на AM модулатор, така че да се получи специфична честота за всяка радиостанция. Това е носещата честота f _c, спомената по-горе.

Носещите честоти на AM радиостанциите са между 530 Hz и 1600 Hz, но станциите, които използват модулирана честота или FM, имат носители на по-висока честота: 88-108 MHz.

Следващата стъпка е отново да усилите комбинирания сигнал и да го изпратите към антената, за да може да бъде излъчен като радиовълна. По този начин той може да се разпространи в пространството, докато стигне до приемниците.

Прием на сигнал

Радиоприемникът има антена за приемане на електромагнитните вълни, идващи от станцията.

Антената се състои от проводим материал, който от своя страна има свободни електрони. Електромагнитното поле упражнява сила върху тези електрони, които веднага вибрират със същата честота като вълните, произвеждайки електрически ток.

Друг вариант е приемащата антена да съдържа бобина от жица и електромагнитното поле на радиовълните да предизвиква електрически ток в нея. И в двата случая този поток съдържа информацията, която идва от всички заснети радиостанции.

Това, което следва сега, е, че радиоприемникът е в състояние да различи всяка радиостанция, тоест да настрои тази, която е предпочитана.

Настройте се на радиото и слушайте музиката

Изборът между различните сигнали се осъществява чрез резонансна LC верига или LC осцилатор. Това е много проста схема, която съдържа променлива индуктор L и кондензатор C, поставени последователно.

За да настроите радиостанцията, стойностите на L и C се регулират така, че резонансната честота на веригата да съвпада с честотата на сигнала, който трябва да бъде настроен, която е не различна от носещата честота на радиостанцията: f _c, След като станцията е настроена, схемата на демодулатора, спомената в началото, влиза в действие. Той е този, който отговаря за дешифрирането, така да се каже, съобщението, излъчвано от радиостанцията. Това става чрез разделяне на носещия сигнал и сигнала на съобщението, като се използва диод и RC верига, наречена нискочестотен филтър.

Фигура 3. В лявата верига на осцилатора на LC. Вдясно демодулаторна верига. Източник: Ф. Сапата.

Вече отделеният сигнал преминава отново през процес на усилване и оттам преминава към високоговорителите или слушалките, за да можем да го чуем.

Процесът е очертан тук, защото всъщност има повече етапи и той е много по-сложен. Но ни дава добра представа как се случва амплитудната модулация и как тя достига до ушите на приемника.

Работен пример

Носещата вълна има амплитуда E _c = 2 V (RMS) и честота f _c = 1,5 MHz. Той се модулира от сигнал с честота fs = 500 Hz и амплитуда E _s = 1 V (RMS). Какво е уравнението на AM сигнала?

Решение

Заместете съответните стойности в уравнението на модулирания сигнал:

Важно е обаче да се отбележи, че уравнението включва пиковите амплитуди, които в този случай са напрежения. Следователно е необходимо да се предадат RMS напреженията до максимално умножение по √2:

1. Analphabetics. Модулационни системи. Възстановена от: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Физика: Принципи на приложение. 6 ^-та. Ед Прентис Хол.
3. Quesada, F. Communications Laboratory. Модулация на амплитудата Възстановени от: ocw.bib.upct.es.
4. Санта Крус, О. Амплитудно предаване на модулация. Възстановено от: profesors.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Физика за наука и инженерство. Том 2. 7 ^ма. Ed. Cengage Learning.
6. Превозна вълна. Възстановено от: es.wikipedia.org.