MODULIERTE AMPLITUDE: EIGENSCHAFTEN UND FUNKTIONSWEISE - KÖRPERLICH - 2025

Das amplitudenmodulierte AM (Amplitudenmodulation) ist eine Signalübertragungstechnik, bei der eine sinusförmige Trägerfrequenz f _c einer elektromagnetischen Welle , die für die Übertragung einer Nachrichtenfrequenz f _s << f _{c verantwortlich ist, die} variiert (d. H. Moduliert) Amplitude entsprechend der Amplitude des Signals.

Beide Signale laufen als eins, ein Gesamtsignal (AM-Signal), das beide kombiniert: die Trägerwelle (Trägersignal) und die Welle (Informationssignal), die die Nachricht enthält, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Abbildung 1. Amplitudenmodulation. Quelle: Wikimedia Commons.

Es wird angemerkt, dass die Informationen in der Form übertragen werden, die das AM-Signal umgibt, das als Hüllkurve bezeichnet wird.

Durch diese Technik kann ein Signal über große Entfernungen übertragen werden, daher wird diese Art der Modulation von kommerziellem Funk und dem Zivilband weit verbreitet verwendet, obwohl das Verfahren mit jeder Art von Signal durchgeführt werden kann.

Um die Informationen zu erhalten, wird ein Empfänger benötigt, bei dem ein als Demodulation bezeichneter Prozess mittels eines Hüllkurvendetektors ausgeführt wird.

Der Hüllkurvendetektor ist nichts anderes als eine sehr einfache Schaltung, die als Gleichrichter bezeichnet wird. Das Verfahren ist einfach und kostengünstig, jedoch treten beim Übertragungsprozess immer Leistungsverluste auf.

Wie funktioniert die modulierte Amplitude?

Um die Nachricht zusammen mit dem Trägersignal zu übertragen, reicht es nicht aus, nur die beiden Signale zu addieren.

Es ist ein nichtlinearer Prozess, bei dem die Übertragung auf die oben beschriebene Weise durch Multiplizieren des Nachrichtensignals mit dem Trägersignal, beide Cosinus, erreicht wird. Und zum Ergebnis addieren Sie das Trägersignal.

Die mathematische Form, die sich aus dieser Prozedur ergibt, ist ein variables Signal in der Zeit E (t), dessen Form ist:

Wobei die Amplitude E _c die Amplitude des Trägers und m der Modulationsindex ist, gegeben durch:

So: E _s = mE _c

Die Amplitude der Nachricht ist im Vergleich zur Amplitude des Trägers klein, daher:

Andernfalls hätte die Hüllkurve des AM-Signals nicht die genaue Form der zu sendenden Nachricht. Die Gleichung für m kann als Prozentsatz der Modulation ausgedrückt werden:

Wir wissen, dass Sinus- und Cosinussignale durch eine bestimmte Frequenz und Wellenlänge gekennzeichnet sind.

Wenn ein Signal moduliert wird, wird seine Frequenzverteilung (Spektrum) übersetzt, die zufällig einen bestimmten Bereich um die Frequenz des Trägersignals f _c einnimmt (der während des Modulationsprozesses überhaupt nicht verändert wird), der als Breite bezeichnet wird Band.

Da es sich um elektromagnetische Wellen handelt, entspricht ihre Geschwindigkeit im Vakuum der des Lichts, die mit Wellenlänge und Frequenz in Beziehung steht durch:

Auf diese Weise gelangen die Informationen, die beispielsweise von einem Radiosender übertragen werden sollen, sehr schnell zu den Empfängern.

Funkübertragungen

Der Radiosender muss Wörter und Musik, die alle Tonsignale sind, in ein elektrisches Signal derselben Frequenz umwandeln, beispielsweise unter Verwendung von Mikrofonen.

Dieses elektrische Signal wird als Hörfrequenzsignal FA bezeichnet, da es im Bereich von 20 bis 20.000 Hz liegt, was das hörbare Spektrum (die Frequenzen, die Menschen hören) ist.

Abbildung 2. Viele Radiosender senden in AM. Quelle: Pixabay.

Dieses Signal muss elektronisch verstärkt werden. In den frühen Tagen des Radios wurde es mit Vakuumröhren hergestellt, die später durch viel effizientere Transistoren ersetzt wurden.

Das verstärkte Signal wird dann durch AM-Modulatorschaltungen mit dem Hochfrequenzsignal FR kombiniert, um eine spezifische Frequenz für jeden Radiosender zu ergeben. Dies ist die oben erwähnte Trägerfrequenz f _c .

Die Trägerfrequenzen von AM-Radiosendern liegen zwischen 530 Hz und 1600 Hz, aber Sender, die modulierte Frequenz oder FM verwenden, haben Träger mit höheren Frequenzen: 88-108 MHz.

Der nächste Schritt besteht darin, das kombinierte Signal erneut zu verstärken und an die Antenne zu senden, damit es als Funkwelle ausgesendet werden kann. Auf diese Weise kann es sich im Raum ausbreiten, bis es die Empfänger erreicht.

Signalempfang

Ein Funkempfänger hat eine Antenne, um die von der Station kommenden elektromagnetischen Wellen aufzunehmen.

Eine Antenne besteht aus einem leitenden Material, das wiederum freie Elektronen aufweist. Das elektromagnetische Feld übt eine Kraft auf diese Elektronen aus, die sofort mit der gleichen Frequenz wie die Wellen schwingen und einen elektrischen Strom erzeugen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Empfangsantenne eine Drahtspule enthält und das elektromagnetische Feld von Funkwellen einen elektrischen Strom in ihr induziert. In beiden Fällen enthält dieser Stream die Informationen, die von allen erfassten Radiosendern stammen.

Was nun folgt, ist, dass der Funkempfänger jeden Radiosender unterscheiden kann, dh auf den bevorzugten einstellen kann.

Schalten Sie das Radio ein und hören Sie Musik

Die Wahl zwischen den verschiedenen Signalen erfolgt durch einen Resonanz-LC-Schaltkreis oder einen LC-Oszillator. Dies ist eine sehr einfache Schaltung, die einen variablen Induktor L und einen in Reihe geschalteten Kondensator C enthält.

Um den Radiosender abzustimmen, werden die Werte von L und C so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz des Schaltkreises mit der Frequenz des abzustimmenden Signals übereinstimmt, die nichts anderes als die Trägerfrequenz des Radiosenders ist: f _c .

Sobald der Sender eingestellt ist, wird die zu Beginn erwähnte Demodulatorschaltung aktiviert. Er ist derjenige, der sozusagen die vom Radiosender ausgestrahlte Nachricht entschlüsselt. Dies geschieht durch Trennen des Trägersignals und des Nachrichtensignals unter Verwendung einer Diode und einer RC-Schaltung, die als Tiefpassfilter bezeichnet wird.

Abbildung 3. Auf der linken LC-Oszillatorschaltung. Rechts eine Demodulatorschaltung. Quelle: F. Zapata.

Das bereits getrennte Signal durchläuft erneut einen Verstärkungsprozess und gelangt von dort zu den Lautsprechern oder Kopfhörern, damit wir es hören können.

Der Prozess wird hier beschrieben, da es tatsächlich mehr Stufen gibt und er viel komplexer ist. Aber es gibt uns eine gute Vorstellung davon, wie Amplitudenmodulation stattfindet und wie sie die Ohren des Empfängers erreicht.

Gearbeitetes Beispiel

Eine Trägerwelle hat eine Amplitude E _c = 2 V (RMS) und eine Frequenz f _c = 1,5 MHz. Sie wird durch ein Signal mit einer Frequenz von fs = 500 Hz und einer Amplitude von E _s = 1 V (RMS) moduliert . Was ist die Gleichung des AM-Signals?

Lösung

Setzen Sie die entsprechenden Werte in die Gleichung für das modulierte Signal ein:

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Gleichung die Spitzenamplituden enthält, die in diesem Fall Spannungen sind. Daher ist es notwendig, die Effektivspannungen an die Spitzenmultiplikation mit √2 weiterzuleiten:

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