Amplitudenmodulation

Animation of audio, AM and FM modulated carriers.
Abbildung 1: Ein Audiosignal (oben) kann von a getragen werden Trägersignal Verwenden von AM- oder FM -Methoden.

Amplitudenmodulation (BIN) ist ein Modulation Technik, die in der elektronischen Kommunikation verwendet wird, am häufigsten zur Übertragung von Nachrichten mit a Radiowelle. In der Amplitudenmodulation die Amplitude (Signalstärke) der Welle wird im Verhältnis zu dem des Nachrichtensignals variiert, wie z. Audiosignal. Diese Technik steht im Gegensatz zu Winkelmodulation, in denen entweder die Frequenz der Trägerwelle ist unterschiedlich, wie in Frequenzmodulation, oder es Phase, wie in Phasenmodulation.

AM war die früheste Modulationsmethode, die zur Übertragung von Audio im Radiosendung verwendet wurde. Es wurde im ersten Viertel des 20. Jahrhunderts entwickelt, beginnend mit Roberto Landell de Moura und Reginald Fessenden's Radiotelephone Experimente im Jahr 1900.[1] Diese ursprüngliche Form von AM wird manchmal genannt Doppel-Seitenband-Amplitudenmodulation (DSBAM), weil die Standardmethode auf beiden Seiten der Trägerfrequenz Seitenbänder erzeugt. Ein-Seitenband-Modulation Verwendet Bandpassfilter, um eines der Seitenbänder und möglicherweise das Trägersignal zu beseitigen, wodurch das Verhältnis der Nachrichtenleistung zur Gesamtübertragungsleistung verbessert wird, die Anforderungen an die Stromabwicklung von Leitungen von Linienverträgen verringert und eine bessere Bandbreitenauslastung des Übertragungsmediums ermöglicht.

AM bleibt zusätzlich in vielen Kommunikationsformen verwendet Ich senke: Kurzwellenradio, Amateurradio, Zwei-Wege-Funkgeräte, VHF -Flugzeugradio, Citizens Band Radiound im Computer Modems in Form von QAM.

Formen

Im Elektronik, Telekommunikation und Mechanik, Modulation bedeutet variieren einige Aspekte von a kontinuierliche Welle Trägersignal mit einer Informations-tragenden Modulationswellenform, wie einem Audiosignal welches Klang darstellt oder a Videosignal das repräsentiert Bilder. In diesem Sinne die Trägerwelle, die eine viel höhere Frequenz aufweist als das Nachrichtensignal, trägt die Information. An der Empfangsstation wird das Nachrichtensignal aus dem modulierten Träger von extrahiert Demodulation.

In der Amplitudenmodulation die Amplitude oder Stärke der Funkfrequenzschwingungen sind unterschiedlich. In der AM-Radiokommunikation beispielsweise hat ein kontinuierliches Wellenfunkfrequenzsignal seine Amplitude vor der Übertragung durch eine Audiowellenform moduliert. Die Audiowellenform modifiziert die Amplitude der Funkwelle und bestimmt die Umschlag der Wellenform. In dem FrequenzbereichDie Amplitudenmodulation erzeugt ein Signal mit einer Leistung auf dem Trägerfrequenz und zwei benachbarte Seitenbänder. Jedes Seitenband ist gleich in Bandbreite zu dem des modulierenden Signals und ist ein Spiegelbild des anderen. Standard AM wird daher manchmal als "Doppel-Seitenband-Amplitudenmodulation" (DSBAM) bezeichnet.

Ein Nachteil aller Amplitudenmodulationstechniken, nicht nur Standard AM, ist, dass der Empfänger verstärkt und erkennt Lärm und Elektromagnetische Interferenz im gleichen Verhältnis zum Signal. Erhöhen des Empfangs Signal-Rausch-Verhältnis, sagen wir, um den Faktor 10 (a 10) Dezibel Verbesserung), weshalb die Senderleistung um den Faktor von 10 erhöht werden müsste. Dies steht im Gegensatz zu Frequenzmodulation (Fm) und digitales Radio Wenn der Effekt eines solchen Rauschens nach der Demodulation stark reduziert wird, solange das empfangene Signal weit über dem Empfangsschwellenwert liegt. Aus diesem Grund wird ich nicht für Musik und nicht für Musik bevorzugt und nicht bevorzugt Hi-Fi Rundfunk, sondern für Sprachkommunikation und Sendungen (Sport, Nachrichten, Talk Radio etc.).

AM ist auch ineffizient im Stromverbrauch; Mindestens zwei Drittel der Leistung sind im Trägersignal konzentriert. Das Carrier -Signal enthält keine der ursprünglichen Informationen, die übertragen werden (Sprache, Video, Daten usw.). Sein Vorhandensein bietet jedoch ein einfaches Mittel zur Demodulation mit Verwendung HüllkennungBereitstellung einer Frequenz- und Phasenreferenz, um die Modulation aus den Seitenbändern zu extrahieren. In einigen Modulationssystemen, die auf AM basieren, ist eine niedrigere Senderleistung durch teilweise oder vollständige Eliminierung der Trägerkomponente erforderlich. Empfänger für diese Signale sind jedoch komplexer, da sie ein präzis Zwischenfrequenz) von einem stark reduzierten "Pilot" -Träger (in Übertragung von reduzierter Träger oder DSB-RC) im Demodulationsprozess verwendet. Auch wenn der Träger vollständig beseitigt wurde Doppel-Seitenband-UnterdrückungsübertragungDie Regeneration der Träger ist mit a möglich Costas-Phasenschleife. Dies funktioniert nicht für Ein-Seitenband-Unterdrückungsübertragung (SSB-SC), was zu dem charakteristischen "Donald Duck" -Sound solcher Empfänger führt, wenn sie leicht verstorben sind. Ein-Seitenband-AM wird dennoch weit verbreitet in Amateurradio und andere Sprachkommunikation, weil sie Strom- und Bandbreiteneffizienz hat (die HF -Bandbreite in zwei Hälften im Vergleich zu Standard AM). Andererseits in Mittelwelle und kurze Welle Rundfunk, Standard AM mit dem vollständigen Träger ermöglicht den Empfang mit kostengünstigen Empfängern. Der Sender absorbiert die zusätzlichen Leistungskosten, um das potenzielle Publikum erheblich zu erhöhen.

Eine zusätzliche Funktion des Trägers in Standard AM, die jedoch entweder in einer einzelnen oder in der Übertragung von unterdrückten Unterdrückung von Doppel- oder Doppelbändern verloren geht, ist, dass sie eine Amplitudenreferenz liefert. Im Empfänger die automatische gewinn Kontrolle (AGC) reagiert auf den Träger, so dass der reproduzierte Audioebene in einem festen Verhältnis zur ursprünglichen Modulation bleibt. Andererseits gibt es mit unterdrückten Übertragungen nein Die übertragene Leistung während der Pausen in der Modulation, so Dies beinhaltet typischerweise eine sogenannte Schneller Angriff, langsamer Verfall Schaltung, der den AGC -Wert für eine Sekunde oder mehr nach solchen Peaks zwischen Silben oder kurzen Pausen im Programm hält. Dies ist sehr akzeptabel für Kommunikationsradios, wo Kompression der Audiohilftverständlichkeit. Es ist jedoch absolut unerwünscht für Musik- oder normale Sendungsprogramme, bei denen eine treue Reproduktion des ursprünglichen Programms, einschließlich seiner unterschiedlichen Modulationsniveaus, erwartet wird.

Eine einfache Form der Amplitudenmodulation ist die Übertragung von Sprachsignalen aus dem herkömmlichen analogen Telefonsatz mit einer gemeinsamen lokalen Schleife der Batterie.[2] Der von der Zentralbüro Batterie bereitgestellte Gleichstrom ist ein Träger mit einer Frequenz von 0 Hz, die durch ein Mikrofon moduliert wird (Sender) im Telefonset gemäß dem akustischen Signal aus dem Mund des Lautsprechers. Das Ergebnis ist ein unterschiedlicher Gleichstrom, dessen AC-Komponenten das in der Zentralstelle extrahierte Sprachsignal für die Übertragung auf einen anderen Abonnenten ist.

Eine einfache Form der digitalen Amplitudenmodulation, die zum Senden verwendet werden kann Binärdaten ist Ein-Aus-Taste, die einfachste Form von Amplitudenverschiebungsschlüsselung, in welchem Eins und Nullen werden durch das Vorhandensein oder Fehlen eines Trägers dargestellt. Das Ein-Aus-Tasten wird ebenfalls von Radioamateuren zum Senden verwendet Morse-Code wo es als Continuous Wave (CW) -Operation bekannt ist, obwohl die Übertragung nicht streng "kontinuierlich" ist. Eine komplexere Form von AM, Quadraturamplitudenmodulation wird jetzt häufiger mit digitalen Daten verwendet, während die verfügbare Bandbreite effizienter verwendet wird.

ITU -Bezeichnungen

1982 die Internationale Telekommunikationsunion (ITU) bezeichnete die Arten der Amplitudenmodulation:

Bezeichnung Beschreibung
A3e Doppel-Seitenband Ein Vollträger - das grundlegende Schema für Amplitudenmodulationsmodulations
R3e Ein-Seitenband Reduzierer
H3E Ein-Seitenband Vollträger
J3E Ein-Seitenband-Unterdrückungspfräger
B8E unabhängiges Seitenband Emission
C3f Überbleibsel
Lincompex verknüpft Kompressor und Expander (Ein Untermuster der oben genannten ITU -Emissionsmodi)

Geschichte

Einer der rohen Pre-Vacuum-Röhrchen AM-Sender, ein Telefunkeln Bogensender ab 1906. Die Trägerwelle wird durch 6 elektrische Bögen in den vertikalen Röhrchen erzeugt, die mit a angeschlossen sind abgestimmter Stromkreis. Die Modulation erfolgt durch das große Kohlenstoffmikrofon (Kegelform) in der Antennenführung.
Einer der Ersten Vakuumröhre Am Radio -Sender, der 1913 von Meissner mit einem frühen Triodenröhrchen von Robert von Lieben gebaut wurde. Er benutzte es in einer historischen Sprachübertragung von 36 km von Berlin nach Nauen. Vergleichen Sie seine kleine Größe mit dem obigen Sender.

Obwohl AM in einigen rohen Experimenten in Multiplex -Telegraph und Telefonübertragung Ende des 19. Jahrhunderts verwendet wurde, wurde[3] Die praktische Entwicklung der Amplitudenmodulation ist ein Synonym für die Entwicklung zwischen 1900 und 1920 von "Radiotelephone"Übertragung, dh die Bemühungen, Sound (Audio) nach Radiowellen zu senden. Die ersten Funksender genannt Funkenlückensender, übertragene Informationen von drahtlose TelegraphieVerwenden Sie unterschiedliche Längenimpulse der Trägerwelle, um Textnachrichten in zu buchstabieren Morse-Code. Sie konnten Audio nicht übertragen, weil der Träger aus Saiten von bestand gedämpfte Wellen, Impulse von Radiowellen, die auf Null abnahmen, die in Empfängern wie ein Summen klangen. Tatsächlich waren sie bereits Amplitudenmoduliert.

Kontinuierliche Wellen

Die erste AM -Übertragung wurde vom kanadischen Forscher durchgeführt Reginald Fessenden am 23. Dezember 1900 mit a Funkenspalt Sender mit einer speziell entwickelten Hochfrequenz 10 kHz Unterbrecherüber eine Entfernung von 1,6 km in Cobb Island, Maryland, USA. Seine ersten übertragenen Worte waren: "Hallo. Ein, zwei, drei, vier. Sog es, wo Sie sind, Mr. Thiessen?". Die Wörter waren kaum verständlich über dem Hintergrund des Funkens.

Fessenden war eine bedeutende Zahl bei der Entwicklung von AM -Radio. Er war einer der ersten Forscher, der aus Experimenten wie der oben genannten erkannte, dass die vorhandene Technologie zur Herstellung von Funkwellen, der Spark -Sender, für die Amplitudenmodulation nicht verwendet werden kann und dass eine neue Art von Sender, die produziert wurde sinusförmig kontinuierliche Wellen, wurde benötigt. Dies war zu dieser Zeit eine radikale Idee, da Experten der Ansicht waren, dass der impulsive Funke notwendig sei, um Funkfrequenzwellen zu erzeugen, und Fessenden lächerlich gemacht wurde. Er erfand und half bei der Entwicklung eines der ersten kontinuierlichen Wellensender - die Alexanderson Generator, mit dem er das erste Am -öffentliche Unterhaltungsabschluss an Heiligabend 1906 machte. Er entdeckte auch das Prinzip, auf dem AM basiert, Heterodieund erfand einen der ersten Detektoren fähig beheben und empfangen AM, der elektrolytische Detektor oder "Flüssigkeitsbaretter", 1902. Andere Funkdetektoren, die für drahtlose Telegraphie wie die erfunden wurden, wie die Flemenventil (1904) und die Kristalldetektor (1906) erwiesen sich auch in der Lage, AM -Signale zu korrigieren, sodass die technologische Hürde AM -Wellen erzeugte; Sie zu empfangen war kein Problem.

Frühe Technologien

Frühe Experimente in AM -Funkübertragung, durchgeführt von Fessenden, Valdemar Poulsen, Ernst Ruhmer, Quirino Majorana, Charles Herrold, und Lee de Forest, wurden durch das Fehlen einer Technologie für behindert Verstärkung. Die erste praktische kontinuierliche Welle bin Sender waren entweder auf dem riesigen, teueren Alexanderson Generator, entwickelt 1906–1910 oder Versionen der Poulsen Arc Der Sender (ARC -Wandler), der 1903 erfunden wurde. Die Modulation wurde normalerweise durch einen Kohlenstoff erreicht Mikrofon direkt in die Antenne oder Erdungsdraht eingeführt; Sein unterschiedlicher Widerstand variierte den Strom zur Antenne. Die Fähigkeit zur Begrenzung des Mikrofons mit begrenzter Krafteinführung des Mikrofons begrenzte die Leistung der ersten Radiotelefones erheblich. Viele der Mikrofone waren wassergekühlt.

Vakuumröhren

Die Entdeckung der Verstärkungsfähigkeit von 1912 der Audion Tube, 1906 erfunden von Lee de Forest, löste diese Probleme. Das Vakuumrohr Feedback -Oszillator, 1912 erfunden von Edwin Armstrong und Alexander Meissnerwar eine billige Quelle von kontinuierliche Wellen und könnte leicht sein moduliert einen AM -Sender machen. Die Modulation musste nicht am Ausgang erfolgen, konnte jedoch vor dem endgültigen Verstärkerrohr auf das Signal angewendet werden, sodass das Mikrofon oder andere Audioquelle kein Hochleistungs-Funksignal modulieren musste. Die Kriegsforschung hat die Kunst der AM -Modulation stark fortgeschritten, und nach dem Krieg löste die Verfügbarkeit billiger Röhren eine große Zunahme der Anzahl der Radiosender aus, die mit AM -Übertragung von Nachrichten oder Musik experimentierten. Das Vakuumrohr war für den Aufstieg von verantwortlich Ich senke Um 1920 die erste elektronische Massenkommunikation Mittel. Amplitudenmodulation war praktisch der einzige Typ, für den verwendet wurde Radio Übertragung bis um FM -Rundfunk begann nach dem Zweiten Weltkrieg.

Zur gleichen Zeit zu dem anfing AM Radio, Telefongesellschaften wie zum Beispiel AT&T Entwickelte die andere große Anwendung für AM: Senden mehrerer Telefonanrufe über eine einzelne Kabel, indem sie auf separatem Modulieren modulieren Träger Frequenzen, genannt Frequenzteilung Multiplexing.[3]

Ein-Seitenband

John Renshaw Carson 1915 führte die erste mathematische Analyse der Amplitudenmodulation durch, die zeigt, dass ein in einem nichtlinearer Gerät kombiniertes Signal- und Trägerfrequenz zwei Seitenbänder auf beiden Seiten der Trägerfrequenz erzeugen und das modulierte Signal über ein anderes nichtlineares Gerät übergeben würde Originales Basisbandsignal.[3] Seine Analyse zeigte auch, dass nur ein Seitenband erforderlich war, um das Audiosignal zu übertragen, und Carson patentierte Ein-Seitenband-Modulation (SSB) am 1. Dezember 1915.[3] Diese fortgeschrittenere Variante der Amplitudenmodulation wurde von AT & T für übernommen lange Welle Transatlantischer Telefondienst ab dem 7. Januar 1927. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde sie vom Militär für die Flugzeugkommunikation entwickelt.

Analyse

Abbildung der Amplitudenmodulation

Die Trägerwelle (Sinus) Der Häufigkeit fc und Amplitude A wird ausgedrückt von

.

Das Nachrichtensignal wie ein Audiosignal, das zum Modulieren des Trägers verwendet wird, ist m(t) und hat eine Frequenz fmviel niedriger als fc:

,

wo m ist die Amplitudenempfindlichkeit, M ist die Amplitude der Modulation. Wenn m < 1, (1 + m (t)/a) ist immer positiv für Untermodulation. Wenn m > 1 Dann tritt eine Übermodulation auf, und die Rekonstruktion des Nachrichtensignals aus dem übertragenen Signal würde beim Verlust des ursprünglichen Signals führen. Amplitudenmodulation führt bei der Träger C (t) wird mit der positiven Menge multipliziert (1 + m (t)/a):

In diesem einfachen Fall m ist identisch mit dem Modulationsgrad, nachfolgend diskutiert. Mit m = 0,5 Das amplitudenmodulierte Signal y(t) entspricht also dem oberen Diagramm (mit der "50% -Modulation") in Abbildung 4.

Verwendung Prothaphaerese -Identität, y(t) kann gezeigt werden, dass es sich um die Summe von drei Sinuswellen handelt:

Daher hat das modulierte Signal drei Komponenten: die Trägerwelle C (t) das ist in der Frequenz unverändert und zwei Seitenbänder mit Frequenzen leicht über und unter der Trägerfrequenz fc.

Spektrum

Diagrams of an AM signal, with formulas
Abbildung 2: doppelseitige Spektren von Basisband- und AM-Signalen.

Ein nützliches Modulationssignal m (t) ist normalerweise komplexer als eine einzelne Sinuswelle, wie oben behandelt. Jedoch nach dem Prinzip von Fourier -Zersetzung, m (t) kann als Summe einer Reihe von Sinuswellen verschiedener Frequenzen, Amplituden und Phasen ausgedrückt werden. Durchführung der Multiplikation von 1 + m (t) mit C (t) Wie oben besteht das Ergebnis aus einer Summe von Sinuswellen. Wieder der Träger C (t) ist unverändert, aber jede Frequenzkomponente von m bei fi hat zwei Seitenbänder bei Frequenzen fc + fi und fc - fi. Die Sammlung der früheren Frequenzen über der Trägerfrequenz wird als oberes Seitenband bezeichnet, und die folgenden bilden das untere Seitenband. Die Modulation m (t) Es kann angesehen werden, dass sie aus einer gleichen Mischung aus positiven und negativen Frequenzkomponenten bestehen, wie in der Oberseite in Abbildung 2 gezeigt. Man kann die Seitenbänder als Modulation anzeigen m (t) einfach in der Frequenz durch verschoben wurden durch fc Wie unten rechts in Abbildung 2 dargestellt.

Sonogram of an AM signal, showing the carrier and both sidebands vertically
Abbildung 3: die Spektrogramm einer AM -Stimme zeigt die beiden Seitenbänder (grün) auf beiden Seiten des Trägers (rot) mit der Zeit in vertikaler Richtung.

Das Kurzzeitspektrum der Modulation, das sich beispielsweise für eine menschliche Stimme ändert Da der Modulationsfrequenzgehalt variiert, wird ein Oberband gemäß den Frequenzen erzeugt, die verschoben wurden Oben Die Trägerfrequenz und der gleiche Inhaltspiegel im unteren Seitenband unterhalb der Trägerfrequenz. Zu jeder Zeit bleibt der Träger selbst konstant und von größerer Leistung als die gesamte Seitenbandleistung.

Strom- und Spektrum -Effizienz

Die HF -Bandbreite einer AM -Übertragung (siehe Abbildung 2, aber nur unter Berücksichtigung positiver Frequenzen) ist doppelt so hoch wie die Bandbreite des Moduls (oder "Basisband") Signal, da die obere und untere Seitenbänder um die Trägerfrequenz jeweils eine Bandbreite wie die höchste modulierende Frequenz aufweisen. Obwohl die Bandbreite eines AM -Signals enger ist als eins verwendet Frequenzmodulation (FM) ist es doppelt so breit wie Ein-Seitenband Techniken; Es kann daher als spektral ineffizient angesehen werden. Innerhalb eines Frequenzbandes können so nur halb so viele Übertragungen (oder "Kanäle") berücksichtigt werden. Aus diesem Grund verwendet analoges Fernsehen eine Variante von Single-Sideband (bekannt als Überbänder, etwas Kompromiss in Bezug auf die Bandbreite), um den erforderlichen Kanalabstand zu verringern.

Eine weitere Verbesserung gegenüber Standard AM wird durch Reduktion oder Unterdrückung der Trägerkomponente des modulierten Spektrums erhalten. In Abbildung 2 ist dies der Anstieg zwischen den Seitenbändern; Selbst bei der vollständigen (100%) Sinuswellenmodulation ist die Leistung in der Trägerkomponente in den Seitenbändern doppelt so hoch wie in den Seitenbändern, aber keine eindeutigen Informationen. Daher hat die Effizienz bei der Verringerung oder vollständiger Unterdrückung des Trägers einen großen Vorteil, entweder in Verbindung mit der Beseitigung eines Seitenbands (Ein-Seitenband-Unterdrückungsübertragung) oder mit beiden Seitenbändern verbleiben (Doppel -Seitenband unterdrückte Träger). Diese unterdrückten Trägerübertragungen sind zwar in Bezug auf die Senderleistung effizient, erfordern zwar anspruchsvollere Empfänger, die eingesetzt werden Synchronerkennung und Regeneration der Trägerfrequenz. Aus diesem Grund wird Standard Am weiter Hüllkennung. Sogar (analoge) Fernseher mit einem (weitgehend) unterdrückten unteren Seitenband umfasst eine ausreichende Trägerleistung für die Verwendung der Hüllkennung. Für Kommunikationssysteme, bei denen sowohl Sender als auch Empfänger optimiert werden können, ist die Unterdrückung sowohl eines Seitenbandes als auch des Trägers einen Nettovorteil und wird häufig verwendet.

Eine Technik, die weit verbreitet in Broadcast AM -Sendern verwendet wird, ist eine Anwendung des Hapburger -Fluggesellschaft, die erstmals in den 1930er Jahren vorgeschlagen wurde, aber mit der dann verfügbaren Technologie unpraktisch ist. In Perioden mit geringer Modulation wäre die Trägerleistung sein reduziert und würde in Zeiten mit hohen Modulationsniveaus die volle Leistung zurückkehren. Dies wirkt sich aus, um den Gesamtleistung nach dem Sender zu verringern, und ist bei Sprachtyp -Programmen am effektivsten. Verschiedene Handelsnamen werden ab Ende der 80er Jahre durch die Senderhersteller von den Sendernherstellern verwendet.

Modulationsgrad

Der AM -Modulationsindex ist ein Maß basierend auf dem Verhältnis der Modulationsausflüge des HF -Signals zum Niveau des nicht modulierten Trägers. Es ist also definiert als:

wo und sind die Modulationsamplitude bzw. die Trägeramplitude; Die Modulationsamplitude ist die maximale (positive oder negative) Veränderung der HF -Amplitude von ihrem unmodulierten Wert. Der Modulationsindex wird normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt und kann auf einem Messgerät angezeigt werden, der an einen AM -Sender angeschlossen ist.

Also wenn Die Trägeramplitude variiert um 50% über (und unten) seines unmodulierten Niveaus, wie in der ersten Wellenform unten gezeigt ist. Zum Es variiert um 100%, wie in der darunter liegenden Abbildung gezeigt. Mit 100% Modulation erreicht die Wellenamplitude manchmal Null, und dies stellt die vollständige Modulation unter Verwendung von Standard AM dar und ist häufig ein Ziel (um die höchstmögliche Erreichung zu erhalten Signal-Rausch-Verhältnis) aber nicht überschritten werden. Erhöhen des modulierenden Signals über diesen Punkt hinaus als bekannt als als Übermodulation, verursacht einen Standard -AM -Modulator (siehe unten), da die negativen Exkursionen der Wellenhülle nicht weniger als Null werden können, was dazu führt Verzerrung ("Clipping") der empfangenen Modulation. Sender enthalten typischerweise a Limiter Schaltung, um eine Overmodulation zu vermeiden, und/oder a Kompressor Schaltung (insbesondere für Sprachkommunikation), um sich noch 100% Modulation für maximale Verständlichkeit über dem Rauschen zu nähern. Solche Schaltungen werden manchmal als als bezeichnet Vogad.

Es ist jedoch möglich, über einen Modulationsindex zu sprechen, der 100%übersteigt, ohne Verzerrung bei der Einführung Doppel-Side-Side-Side-Side-Side-Side-Side-Side-Band-Übertragung. In diesem Fall bilden negative Exkursionen über Null hinaus eine Umkehrung der Trägerphase, wie in der dritten Wellenform unten gezeigt. Dies kann nicht unter Verwendung der effizienten hochrangigen Modulationstechniken (Ausgangsstufe) (siehe unten) erzeugt werden, die besonders in hoher Leistung weit verbreitet sind Übertragung Sender. Ein spezieller Modulator erzeugt vielmehr eine solche Wellenform bei niedrigem Niveau, gefolgt von a linearer Verstärker. Darüber hinaus ein Standard -AM -Empfänger mit einem Umschlagdetektor ist nicht in der Lage, ein solches Signal ordnungsgemäß zu demodulieren. Vielmehr ist eine synchrone Erkennung erforderlich. Somit ist die Doppel-Seitenband-Übertragung im Allgemeinen nicht als "Am" bezeichnet, obwohl es eine identische HF -Wellenform als Standard -AM erzeugt, solange der Modulationsindex unter 100%liegt. Solche Systeme versuchen häufiger eine radikale Verringerung des Trägerpegels im Vergleich zu den Seitenbändern (wo die nützlichen Informationen vorhanden sind) bis zum Punkt von Doppel-Seitenband-Unterdrückungsübertragung wo der Träger (idealerweise) auf Null reduziert wird. In all diesen Fällen verliert der Begriff "Modulationsindex" seinen Wert, da er sich auf das Verhältnis der Modulationsamplitude auf eine ziemlich kleine (oder Null) verbleibende Trägeramplitude bezieht.

Graphs illustrating how signal intelligibility increases with modulation index, but only up to 100% using standard AM.
Abbildung 4: Modulationstiefe. Im Diagramm hat der unmodulierte Träger eine Amplitude von 1.

Modulationsmethoden

Anode (Plattenmodulation). Die Platten- und Bildschirmgitterspannung eines Tetrodens wird über einen Audio -Transformator moduliert. Der Widerstand R1 setzt die Gitterverzerrung; Sowohl der Eingang als auch der Ausgang sind abgestimmte Schaltungen mit induktiver Kopplung.

Modulationsschaltungskonstruktionen können als niedrig oder hochrangig eingestuft werden (abhängig davon, ob sie in einer Domäne mit geringer Leistung-der durch Verstärkung für die Übertragung-oder in der Hochleistungsdomäne des übertragenen Signals modulieren).[4]

Generation mit niedriger Ebene

In modernen Funksystemen werden modulierte Signale über generiert digitale Signalverarbeitung (DSP). Bei DSP sind viele Arten von AM mit der Softwarekontrolle möglich (einschließlich DSB mit Träger, SSB unterdrückter Sachgebäude und unabhängiges Seitenband oder ISB). Berechnete digitale Proben werden in Spannungen mit a umgewandelt Digital-Analog-Wandlertypischerweise bei einer Frequenz weniger als die gewünschte RF-Ausgangsfrequenz. Das analoge Signal muss dann in Frequenz verschoben werden und linear verstärkt zur gewünschten Frequenz- und Leistungsniveau (lineare Amplifikation muss verwendet werden, um eine Modulationsverzerrung zu verhindern).[5] Diese Methode auf niedriger Ebene für AM wird in vielen Amateur-Radio-Transceivern verwendet.[6]

AM kann auch auf niedriger Ebene unter Verwendung analoge Methoden erzeugt werden, die im nächsten Abschnitt beschrieben sind.

Hochrangige Generation

High-Power AM Sender (wie diejenigen, die verwendet werden, Ich senke) basieren auf hoher Effizienz Klasse-D und Klasse-e Leistungsverstärker Stufen, moduliert durch Variation der Versorgungsspannung.[7]

Ältere Designs (für Rundfunk und Amateur-Radio) erzeugen AM auch, indem der Verstärker des endgültigen Verstärkers des Senders (im Allgemeinen Klassen-C für Effizienz) gesteuert wird. Die folgenden Typen beziehen sich auf Vakuumröhrendersender (ähnliche Optionen sind bei Transistoren erhältlich):[8][9]

Plattenmodulation
In der Plattenmodulation wird die Plattenspannung des HF -Verstärkers mit dem Audiosignal moduliert. Der Audio-Leistungsbedarf beträgt 50 Prozent der RF-Carrier-Leistung.
Heising-Modulation (konstanter Strom)
HF -Verstärkerplattenspannung wird durch a gespeist Drossel (Hochwertige Induktor). Die AM -Modulationsrohrplatte wird durch denselben Induktor gespeist, sodass der Modulatorröhrchen den Strom vom HF -Verstärker leitet. Der Choke fungiert als konstante Stromquelle im Audiobereich. Dieses System hat eine geringe Leistungseffizienz.
Kontrollgittermodulation
Die operative Verzerrung und Verstärkung des endgültigen HF -Verstärkers können durch Variieren der Spannung des Kontrollgitters gesteuert werden. Diese Methode erfordert wenig Audio -Strom, aber es muss darauf geachtet werden, dass die Verzerrung verringert wird.
Klemmrohrmodulation (Screen Grid)
Die Screen-Grid-Verzerrung kann über a gesteuert werden Klemmröhrchen, was die Spannung gemäß dem Modulationssignal reduziert. Es ist schwierig, eine 100-prozentige Modulation zu nähern und gleichzeitig eine geringe Verzerrung mit diesem System beizubehalten.
Doherty Modulation
Ein Röhrchen liefert die Leistung unter Trägerbedingungen und ein anderes arbeitet nur für positive Modulationspeaks. Die Gesamteffizienz ist gut und Verzerrung ist gering.
Outphasing -Modulation
Zwei Röhrchen werden parallel betrieben, aber teilweise außerhalb der Phase miteinander. Da sie unterschiedlich moduliert sind, ist ihre kombinierte Amplitude größer oder kleiner. Die Effizienz ist gut und verzerrt niedrig, wenn sie richtig eingestellt werden.
Impulsbreitenmodulation (PWM) oder Pulsdauermodulation (PDM)
Auf die Rohrplatte wird eine hocheffiziente Hochspannungsleistung aufgetragen. Die Ausgangsspannung dieser Versorgung ist mit einer Audio -Rate variiert, um dem Programm zu folgen. Dieses System wurde von Pionierarbeit von Pionierarbeit Hilmer Swanson und hat eine Reihe von Variationen, die alle hohe Effizienz und Schallqualität erreichen.
Digitale Methoden
Das Harris Corporation Erhielt ein Patent zur Synthese einer modulierten Hochleistungs-Trägerwelle aus einem Satz digital ausgewählter Verstärker mit geringer Leistung, die in Phase mit derselben Trägerfrequenz ausgeführt wurden.[10] Das Eingangssignal wird von einem herkömmlichen Audio-Analog-Digital-Wandler (ADC) und einem digitalen Erreger gespeist, der die Ausgangsleistung der Gesamttransmitter durch Schalten einer Reihe von RF-Verstärkern mit geringem Stromverstärker ein- und ausschaltet. Der kombinierte Ausgangsanlagen treibt das Antennensystem an.

Demodulationsmethoden

Die einfachste Form des AM -Demodulators besteht aus einer Diode, die so konfiguriert ist Umschlagdetektor. Eine andere Art von Demodulator, die Produktdetektor, kann eine höherwertige Demodulation mit zusätzlicher Kreislaufkomplexität bieten.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Pater Landell de Moura: Rundfunk Pionier: Fabio S. Flosi: Unicamp - Universität Campinas, Bundesstaat São Paulo" (PDF). Aminharadio.com. Abgerufen 15. Juli 2018.
  2. ^ AT & T, Engineering und Betrieb im Glockensystem (1984) S.211
  3. ^ a b c d Bray, John (2002). Innovation und Kommunikationsrevolution: Von den viktorianischen Pionieren bis zum Breitband -Internet. Inst. von Elektroingenieuren. S. 59, 61–62. ISBN 0852962185.
  4. ^ A.P.Godse und U.A.Bakshi (2009). Nachrichtentechnik. Technische Veröffentlichungen. p. 36. ISBN 978-81-8431-089-4.
  5. ^ Silber, Ward, ed. (2011). "Ch. 15 DSP und Software -Radiodesign". Das ARRL -Handbuch für Radiokommunikation (Achtundachtzig Ausgabe). American Radio Relay League. ISBN 978-0-87259-096-0.
  6. ^ Silber, Ward, ed. (2011). "Ch. 14 Transceiver". Das ARRL -Handbuch für Radiokommunikation (Achtundachtzig Ausgabe). American Radio Relay League. ISBN 978-0-87259-096-0.
  7. ^ Frederick H. Raab; et al. (Mai 2003). "RF- und Mikrowellenleistungsverstärker und Sendertechnologien - Teil 2". Hochfrequenzgestaltung: 22ff.
  8. ^ Laurence Gray und Richard Graham (1961). Funksender. McGraw-Hill. S. 141ff.
  9. ^ Cavell, Garrison C. ed. (2018). National Association of Broadcasters Engineering Handbook, 11. Aufl.. Routledge. S. 1099ff.
  10. ^ US 4580111, Swanson, Hilmer, "Amplitudenmodulation unter Verwendung digital ausgewählter Trägerverstärker", veröffentlicht 1986-04-01, zugewiesene Harris Corp 

Literaturverzeichnis

  • Newkirk, David und Karlquist, Rick (2004). Mixer, Modulatoren und Demodulatoren. In D. G. Reed (Hrsg.), Das ARRL -Handbuch für Radiokommunikation (81. ed.), S. 15.1–15.36. Newington: Arrl. ISBN0-87259-196-4.

Externe Links