Amplitūdas modulācija RF: teorija, laika apgabals, frekvences apgabals

"Radiofrekvence (RF) ir mainīgas elektriskās strāvas vai sprieguma vai magnētiskā, elektriskā vai elektromagnētiskā lauka vai mehāniskās sistēmas svārstību frekvence diapazonā no aptuveni 20 kHz līdz aptuveni 300 GHz. ----- FMUSER"

saturs

● Radiofrekvences modulācija
● Matemātika
● Laika domēns

● Frekvences domēns
● Negatīvas frekvences

● Kopsavilkums

Radiofrekvences modulācija
Uzziniet par visvienkāršāko informācijas kodēšanas veidu nesēja viļņu formā.

Mēs esam redzējuši, ka RF modulācija ir vienkārši apzināta sinusoidālā nesēja signāla amplitūdas, frekvences vai fāzes modifikācija. Šī modifikācija tiek veikta saskaņā ar īpašu shēmu, ko īsteno raidītājs un saprot uztvērējs. Amplitūdas modulācija - kas, protams, ir termina “AM radio” izcelsme - mainās nesēja amplitūdai atbilstoši bāzes joslas signāla momentānai vērtībai.

Matemātika
Amplitūdas modulācijas matemātiskās attiecības ir vienkāršas un intuitīvas: jūs nesēju reiziniet ar bāzes joslas signālu. Pats nesēja frekvence netiek mainīta, bet amplitūda pastāvīgi mainīsies atkarībā no bāzes joslas vērtības. (Tomēr, kā mēs redzēsim vēlāk, amplitūdas variācijas ievieš jaunus frekvences raksturlielumus.) Šeit viena smalka detaļa ir vajadzība mainīt pamatjoslas signālu; mēs to apspriedām iepriekšējā lappusē. Ja mums ir bāzes joslas viļņu forma, kas svārstās no –1 līdz +1, matemātisko sakarību var izteikt šādi:

Skatīt arī: >>Kāda ir atšķirība starp AM un FM radio?

kur xAM ir amplitūdas modulētā viļņa forma, xC ir nesējs, un xBB ir pamatjoslas signāls. Mēs varam to spert soli tālāk, ja uzskatām, ka nesējs ir bezgalīgs, nemainīgas amplitūdas, fiksētas frekvences sinusoīds. Ja pieņemsim, ka nesēja amplitūda ir 1, xC mēs varam aizstāt ar grēku (ωCt).

Pagaidām tik labi, taču šīm attiecībām ir viena problēma: jums nav iespējas kontrolēt modulācijas “intensitāti”. Citiem vārdiem sakot, bāzes joslas maiņas pret nesēju un amplitūdas maiņas attiecības ir fiksētas. 

Mēs, piemēram, nevaram sistēmu noformēt tā, lai nelielas bāzes joslas vērtības izmaiņas radītu lielas pārmaiņas nesēja amplitūdā. Lai novērstu šo ierobežojumu, mēs ieviešam m, kas pazīstams kā modulācijas indekss.

Skatīt arī: >>Kā Novērst troksnis AM un FM uztvērējs 

Tagad, mainot m, mēs varam kontrolēt bāzes joslas signāla ietekmes intensitāti uz nesēja amplitūdu. Tomēr ievērojiet, ka m tiek reizināts ar sākotnējo bāzes joslas signālu, nevis ar nobīdītu bāzes joslu. 

Tādējādi, ja xBB sniedzas no –1 līdz +1, jebkura m vērtība, kas lielāka par 1, izraisīs (1 + mxBB) y ass negatīvajā daļā - bet tas ir tieši tas, no kā mēs mēģinājām izvairīties, pārvietojot tas, pirmkārt, ir uz augšu. Tāpēc atcerieties, ka, ja tiek izmantots modulācijas indekss, signāls jāpārvieto, pamatojoties uz mxBB, nevis xBB maksimālo amplitūdu.

Laika domēns
Iepriekšējā lapā mēs apskatījām AM laika domēna viļņu formas. Šeit bija pēdējais parauglaukums (pamatjosla sarkanā krāsā, AM viļņu forma zilā krāsā):

Tagad apskatīsim modulācijas indeksa efektu. Šeit ir līdzīgs sižets, bet šoreiz es pamainīju bāzes joslas signālu, pievienojot 3, nevis 1 (sākotnējais diapazons joprojām ir –1 līdz +1).

Tagad mēs iekļausim modulācijas indeksu. Nākamais grafiks ir ar m = 3.

Pārvadātāja amplitūda tagad ir “jutīgāka” pret bāzes joslas signāla mainīgo vērtību. Pārvietotā pamatjosla neievada y ass negatīvo daļu, jo es izvēlējos līdzstrāvas nobīdi atbilstoši modulācijas indeksam.

Jums varētu būt jautājums par kaut ko: kā mēs varam izvēlēties pareizo līdzstrāvas nobīdi, nezinot precīzus pamatjoslas signāla amplitūdas raksturlielumus? Citiem vārdiem sakot, kā mēs varam nodrošināt, ka bāzes joslas viļņu formas negatīvās svārstības precīzi izplešas līdz nullei? 

Atbilde: Jums tas nav nepieciešams. Iepriekšējie divi grafiki ir vienlīdz derīgas AM viļņu formas; bāzes joslas signāls tiek ticami nodots abos gadījumos. Jebkuru līdzstrāvas nobīdi, kas paliek pēc demodulācijas, viegli noņem ar virknes kondensatoru. (Nākamajā nodaļā tiks apskatīta demodulācija.)

Skatīt arī: >>Kāda ir atšķirība starp AM un FM?

Frekvences domēns
Kā mēs apspriedām iepriekš, RF attīstībā tiek plaši izmantota frekvenču apgabala analīze. Mēs varam pārbaudīt un novērtēt reālās dzīves modulētu signālu, izmērot to ar spektra analizatoru, taču tas nozīmē, ka mums jāzina, kādam vajadzētu izskatīties spektram.

Sāksim ar nesēj signāla frekvences domēna attēlojumu:

Tas ir tieši tas, ko mēs sagaidām no nemodulēta nesēja: viens smaile pie 10 MHz. Tagad apskatīsim signāla spektru, ko rada nesēja amplitūdas modulēšana ar nemainīgas frekvences 1 MHz sinusoīdu.

Šeit redzami amplitūdas modulētās viļņu formas raksturlielumi: bāzes joslas signāls ir pārvietots atbilstoši nesēja frekvencei. 

Skatīt arī: >>RF Filter pamati Tutorial 

Varētu padomāt arī par bāzes joslas frekvenču “pievienošanu” nesēja signālam, un tas patiešām ir tas, ko mēs darām, kad izmantojam amplitūdas modulāciju - nesējfrekvence paliek, kā redzat laika apgabala viļņu formās, bet amplitūdas variācijas veido jaunu frekvences saturu, kas atbilst bāzes joslas signāla spektrālajiem parametriem.

Ja rūpīgāk aplūkojam modulēto spektru, mēs redzam, ka divas jaunās virsotnes ir 1 MHz (ti, bāzes joslas frekvence) virs un 1 MHz zem nesējfrekvences:

(Ja jums rodas jautājums, asimetrija ir aprēķina procesa artefakts; šie grafiki tika ģenerēti, izmantojot reālus datus, ar ierobežotu izšķirtspēju. Idealizēts spektrs būtu simetrisks.)

>>Atpakaļ uz augšu

Negatīvas frekvences
Rezumējot, amplitūdas modulācija bāzes joslas spektru pārveido frekvences joslā, kuras centrā ir nesējfrekvence. Tomēr ir kaut kas, kas mums jāpaskaidro: Kāpēc ir divas virsotnes - viena pie nesējfrekvences un bāzes joslas frekvences, otra - pie nesējfrekvences, atskaitot bāzes joslas frekvenci? 

Atbilde kļūst skaidra, ja mēs vienkārši atceramies, ka Furjē spektrs ir simetrisks attiecībā pret y asi; kaut arī mēs bieži attēlojam tikai pozitīvās frekvences, x ass negatīvajā daļā ir atbilstošās negatīvās frekvences. 

Šīs negatīvās frekvences tiek viegli ignorētas, kad mēs strādājam ar sākotnējo spektru, taču, mainot spektru, ir svarīgi iekļaut negatīvās frekvences.

Šajā situācijā jāprecizē šī diagramma.

Kā redzat, pamatjoslas spektrs un nesēja spektrs ir simetriski attiecībā pret Y asi. Pamatjoslas signālam rodas spektrs, kas nepārtraukti stiepjas no x ass pozitīvās daļas uz negatīvo; nesējam mums vienkārši ir divi tapas, viens pie + ωC un otrs pie ωC. Un AM spektrs atkal ir simetrisks: tulkotais pamatjoslas spektrs parādās x ass pozitīvajā un negatīvajā daļā.

>>Atpakaļ uzp

Un šeit ir jāpatur prātā vēl viena lieta: amplitūdas modulācija izraisa joslas platuma palielināšanos par koeficientu 2. Joslas platumu mēra, izmantojot tikai pozitīvās frekvences, tāpēc bāzes joslas joslas platums ir vienkārši BWBB (skat. Diagrammu zemāk). Bet pēc visa spektra (pozitīvo un negatīvo frekvenču) tulkošanas visas sākotnējās frekvences kļūst pozitīvas, tā, ka modulētais joslas platums ir 2BWBB.

Kopsavilkums
* Amplitūdas modulācija atbilst nesēja reizināšanai ar nobīdītu bāzes joslas signālu.

* Modulācijas indeksu var izmantot, lai nesēja amplitūdu padarītu jutīgāku (vai mazāk) jutīgu pret bāzes joslas signāla izmaiņām.

* Frekvences jomā amplitūdas modulācija atbilst bāzes joslas spektra pārvēršanai joslā, kas apņem nesējfrekvenci.

* Tā kā pamatjoslas spektrs ir simetrisks attiecībā pret y asi, šī frekvences pārveidošana rada joslas platuma koeficienta 2 pieaugumu.

>>Atpakaļ uzp

Atstāj ziņu 

Message saraksts