Amplituda modulyatsiya Amplitude modulation

Bir tomonlama tarmoqli

John Renshaw Carson 1915 yilda amplituda modulyatsiyaning birinchi matematik tahlilini o'tkazdi, bu chiziqli bo'lmagan qurilmada birlashtirilgan signal va tashuvchisi chastotasi tashuvchi chastotaning har ikki tomonida ikkita yonbag'ir hosil qilishini va modulyatsiya qilingan signalni boshqa chiziqli bo'lmagan qurilmadan o'tkazib yuborishini ko'rsatdi. original tayanch tasmasi signali.^[3] Uning tahlillari, shuningdek, audio signalni uzatish uchun faqat bitta yon tasma kerakligini ko'rsatdi va Karson patent oldi bir tomonlama tarmoqli modulyatsiya (SSB) 1915 yil 1-dekabrda.^[3] Amplituda modulyatsiyaning ushbu yanada takomillashtirilgan varianti AT&T tomonidan qabul qilingan uzun to'lqin transatlantik telefon xizmati 1927 yil 7-yanvarda boshlangan. Ikkinchi Jahon Urushidan keyin harbiylar tomonidan samolyot aloqasi uchun ishlab chiqilgan.

Standart AMni soddalashtirilgan tahlili

Amplituda modulyatsiyaning tasviri

Tashuvchi to'lqin (sinus to'lqin) chastotasi f_v va amplituda A tomonidan ifodalanadi

.

Xabar signali, masalan, tashuvchini modulyatsiya qilish uchun ishlatiladigan audio signal m(t) va chastotaga ega f_m, nisbatan ancha past f_v:

,

qayerda m amplituda sezgirlik, M modulyatsiya amplitudasi. Agar m < 1, (1 + m (t) / A) modulyatsiyani kamaytirish uchun har doim ijobiy bo'ladi. Agar m > 1 keyin ortiqcha modulyatsiya sodir bo'ladi va uzatilgan signaldan xabar signalining qayta tiklanishi asl signalning yo'qolishiga olib keladi. Amplituda modulyatsiya natijasida transportyor paydo bo'ladi c (t) ijobiy miqdorga ko'paytiriladi (1 + m (t) / A):

Ushbu oddiy holatda m bilan bir xil modulyatsiya ko'rsatkichi, quyida muhokama qilinadi. Bilan m = 0,5 amplituda modulyatsiyalangan signal y(t) shunday qilib 4-rasmdagi yuqori grafaga ("50% Modulyatsiya" belgisi bilan) mos keladi.

Foydalanish prosthaferesis identifikatsiyalari, y(t) uchta sinus to'lqinlarining yig'indisi sifatida ko'rsatilishi mumkin:

Shuning uchun modulyatsiya qilingan signal uchta tarkibiy qismga ega: tashuvchi to'lqin c (t) chastotada o'zgarmas va ikkitasi yon tasmalar tashuvchisi chastotasidan biroz yuqoriroq va pastroq chastotalar bilan f_v.

Spektr

Shakl 2: Asosiy tarmoqli va AM signallarining ikki tomonlama spektrlari.

Foydali modulyatsiya signali m (t) yuqorida aytib o'tilganidek, odatda bitta sinus to'lqindan ko'ra murakkabroq. Biroq, printsipiga ko'ra Furye parchalanishi, m (t) turli chastotalar, amplituda va fazalar sinus to'lqinlari to'plamining yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin. Ning ko'paytirilishini amalga oshirish 1 + m (t) bilan c (t) yuqoridagi kabi, natija sinus to'lqinlarining yig'indisidan iborat. Shunga qaramay, tashuvchi c (t) mavjud, lekin har bir chastota komponenti m da f_men chastotalarda ikkita yon tasma mavjud f_v + f_men va f_v - f_men. Yuk tashuvchisi chastotasi ustidagi avvalgi chastotalar yig'indisi yuqori yonbosh deb nomlanadi va quyida joylashganlar pastki yon chiziqni tashkil qiladi. Modulyatsiya m (t) 2-rasmning yuqorisida ko'rsatilganidek, musbat va manfiy chastotali tarkibiy qismlarning teng aralashmasidan iborat deb hisoblash mumkin. m (t) shunchaki chastotani o'zgartirgan f_v 2-rasmning pastki o'ng qismida tasvirlanganidek.

Shakl 3: The spektrogram AM ovozli eshittirishida vertikal yo'nalishda davom etadigan vaqt bilan tashuvchining har ikki tomonidagi (qizil) ikkita yonbosh lenta (yashil) ko'rsatilgan.

Qisqa muddatli modulyatsiya spektri, masalan, inson ovozi kabi o'zgarib turadi, chastota tarkibi (gorizontal o'q) vaqtga qarab (vertikal o'q), 3-rasmda tasvirlangan bo'lishi mumkin. Buni yana ko'rish mumkin modulyatsiya chastotasi tarkibi turlicha bo'lganligi sababli, ushbu chastotalar siljiganiga qarab yuqori yon tasma hosil bo'ladi yuqorida tashuvchining chastotasi va xuddi shu tarkib tashuvchisi chastotasi ostidagi pastki yonbag'irda tasvirlangan. Har doim ham tashuvchining o'zi doimiy bo'lib qoladi va umumiy yon tarmoqli quvvatidan kattaroq quvvatga ega.

Quvvat va spektr samaradorligi

AM uzatilishining chastota o'tkazuvchanligi (2-rasmga qarang, lekin faqat ijobiy chastotalarni hisobga olgan holda) modulyatsiya o'tkazuvchanligidan ikki baravar ko'p (yoki "tayanch tasma") signal, chunki tashuvchi chastotaning atrofidagi yuqori va pastki bantlar har birining o'tkazuvchanligi eng yuqori modulyatsion chastotadan kengroq. Garchi AM signalining o'tkazuvchanligi foydalanilganidan torroq bo'lsa ham chastota modulyatsiyasi (FM), u ikki baravar kengroq bir tomonlama tarmoqli texnikalar; shuning uchun uni spektral jihatdan samarasiz deb hisoblash mumkin. Shunday qilib chastota diapazonida translyatsiyalarning faqat yarmi (yoki "kanallar") joylashishi mumkin. Shu sababli analog televideniye bir tomonlama tarmoqli variantini ishlatadi (nomi ma'lum vestigial yon tasma, tarmoqli kengligi jihatidan bir oz murosaga kelgan), kerakli kanal oralig'ini kamaytirish uchun.

Standart AMga nisbatan yana bir yaxshilanish modulyatsiya qilingan spektrning tashuvchi komponentini kamaytirish yoki bostirish orqali erishiladi. 2-rasmda bu yonbosh chiziqlar orasidagi boshoq; to'liq (100%) sinus to'lqinli modulyatsiya bilan ham, tashuvchi komponentdagi quvvat yon bantlardan ikki baravar ko'p, ammo u hech qanday noyob ma'lumotga ega emas. Shunday qilib, tashuvchini qisqartirish yoki butunlay bostirishda yoki bitta yonboshni yo'q qilish bilan birgalikda samaradorlikda katta ustunlik mavjud (bir tomonlama tarmoqli bostirilgan tashuvchi uzatish) yoki ikkala yon tasma qolgan holda (ikki tomonlama tarmoqli bostirilgan tashuvchi). Ushbu bostirilgan tashuvchi uzatmalar transmitter quvvati jihatidan samarali bo'lishiga qaramay, ular yanada murakkab qabul qiluvchilarni talab qiladi sinxron aniqlash va tashuvchisi chastotasining yangilanishi. Shu sababli, standart AM keng foydalanishda davom etmoqda, ayniqsa, translyatsiya uzatishda, arzon qabul qilgichlardan foydalanishga imkon beradi. konvertni aniqlash. Hatto (analog) televizor ham (asosan) bosilgan pastki yonbandga ega bo'lib, konvertni aniqlash uchun etarli tashuvchi quvvatni o'z ichiga oladi. Ikkala uzatuvchi va qabul qiluvchini ham optimallashtirish mumkin bo'lgan aloqa tizimlari uchun ikkala yon tarmoqli va tashuvchining bostirilishi aniq ustunlikni anglatadi va tez-tez ishlatib turiladi.

Eshitadigan AM transmitterlarida keng qo'llaniladigan usul - bu 1930 yillarda taklif qilingan, ammo keyinchalik mavjud bo'lgan texnologiya bilan amaliy bo'lmagan Hapburg tashuvchisining qo'llanilishi. Kam modulyatsiya davrida tashuvchining quvvati bo'ladi kamaytirilgan va yuqori modulyatsiya darajalarida to'liq quvvatga qaytadi. Bu transmitterning umumiy quvvat talabini kamaytirishga ta'sir qiladi va nutq turidagi dasturlarda eng samarali hisoblanadi. Transmitter ishlab chiqaruvchilari tomonidan 80-yillarning oxiridan boshlab uni amalga oshirish uchun turli xil savdo nomlari qo'llaniladi.

Modulyatsiya indeksi

AM modulyatsiya ko'rsatkichi - bu chastotali signalning modulyatsion ekskursiyalarining modulyatsiya qilinmagan tashuvchisi darajasiga nisbati. Shunday qilib quyidagicha ta'riflanadi:

qayerda   va   mos ravishda modulyatsiya amplitudasi va tashuvchi amplituda; modulyatsiya amplitudasi - bu modulyatsiyalanmagan qiymatidan RF amplitudasining eng yuqori (ijobiy yoki salbiy) o'zgarishi. Modulyatsiya indekslari odatda foizlarda ifodalanadi va AM transmitteriga ulangan hisoblagichda ko'rsatilishi mumkin.

Shunday qilib, agar  , tashuvchi amplituda modulyatsiya qilinmagan darajadan 50% yuqoriroq (va pastda) o'zgaradi, bu quyida birinchi to'lqin shaklida ko'rsatilgan. Uchun  , u quyidagi rasmda ko'rsatilgandek 100% ga o'zgarib turadi. 100% modulyatsiya bilan to'lqin amplitudasi ba'zida nolga etadi va bu standart AM yordamida to'liq modulyatsiyani ifodalaydi va ko'pincha maqsad (mumkin bo'lgan eng yuqori darajaga erishish uchun) signal-shovqin nisbati) lekin oshmasligi kerak. Ushbu nuqtadan tashqarida modulyatsiya signalini oshirish haddan tashqari modulyatsiya, standart AM modulyatorining ishlamay qolishiga olib keladi (pastga qarang), chunki to'lqin konvertining salbiy ekskursiyalari noldan kam bo'lmasligi mumkin, natijada buzilish; xato ko'rsatish Olingan modulyatsiyaning ("qirqish"). Transmitterlar odatda a ni o'z ichiga oladi cheklovchi haddan tashqari modulyatsiyani oldini olish uchun elektron va / yoki a kompressor shovqindan yuqori darajada tushunarli bo'lish uchun 100% modulyatsiyaga yaqinlashish uchun (ayniqsa, ovozli aloqa uchun) elektron. Bunday sxemalar ba'zan a deb nomlanadi vogad.

Biroq, buzilishlarni keltirib chiqarmagan holda, 100% dan yuqori bo'lgan modulyatsiya indekslari haqida gapirish mumkin ikki tomonlama tarmoqli qisqartirilgan tashuvchi uzatish. Bunday holda, noldan yuqori bo'lgan salbiy ekskursiyalar, quyida uchinchi to'lqin shaklida ko'rsatilgandek, tashuvchi fazaning o'zgarishiga olib keladi. Buni yuqori darajadagi (chiqish bosqichi) samarali modulyatsiya texnikasi yordamida ishlab chiqarish mumkin emas (quyida ko'rib chiqing), ayniqsa yuqori quvvatda keng qo'llaniladi. translyatsiya transmitterlar

. Aksincha, maxsus modulyator bunday to'lqin shaklini past darajada ishlab chiqaradi, so'ngra a chiziqli kuchaytirgich. Bundan tashqari, an ishlatadigan standart AM qabul qiluvchisi konvert detektori bunday signalni to'g'ri demodulatsiyalashga qodir emas. Aksincha, sinxron aniqlash kerak. Shunday qilib, ikki tomonlama tarmoqli uzatish odatda emas modulyatsiya ko'rsatkichi 100% dan past bo'lsa, standart AM kabi bir xil chastotali to'lqin shaklini yaratishiga qaramay, "AM" deb nomlanadi. Bunday tizimlar tez-tez tashuvchisi darajasini (foydali ma'lumotlar mavjud bo'lgan) darajaga qadar yon chiziqlar bilan taqqoslaganda tubdan pasaytirishga harakat qilishadi. ikki tomonlama tarmoqli bostirilgan tashuvchisi uzatish bu erda tashuvchi (ideal) nolga tushiriladi. Bunday holatlarning barchasida "modulyatsiya indekslari" atamasi o'z qiymatini yo'qotadi, chunki modulyatsiya amplitudasining qolgan tashuvchi amplituda (yoki nol) ga nisbatan nisbati nazarda tutiladi.

Shakl 4: Modulyatsiya chuqurligi. Diagrammada modulyatsiya qilinmagan tashuvchi 1 amplituda.

Modulyatsiya usullari

Anod (plastinka) modulyatsiyasi. Tetrod plastinkasi va ekran panjarasining kuchlanishi audio transformator orqali modulyatsiya qilinadi. R1 qarshiligi tarmoqning yon tomonini o'rnatadi; ikkala kirish va chiqish induktiv bog'langan sozlangan davralardir.

Modulyatsiya davri konstruktsiyalari past yoki yuqori darajadagi (kam quvvatli domenda modulyatsiya qilinishiga qarab, keyin uzatish uchun kuchaytirilgandan keyin yoki uzatilgan signalning yuqori quvvatli domeniga qarab) tasniflanishi mumkin.^[4]