Amplitudmodulering

Figur 1: En ljudsignal (överst) kan bäras av en bärsignal med AM- eller FM-metoder.

Amplitudmodulering ( AM ) är en moduleringsteknik som används i elektronisk kommunikation, oftast för att sända meddelanden med en radiovåg . Vid amplitudmodulering amplituden (signalstyrkan) för vågen i proportion till den för meddelandesignalen, såsom en ljudsignal . Denna teknik står i kontrast till vinkelmodulering , där antingen frekvensen av bärvågen varieras, som i frekvensmodulering , eller dess fas , som i fasmodulering .

AM var den tidigaste moduleringsmetoden som användes för att överföra ljud i radiosändningar. Den utvecklades under det första kvartalet av 1900-talet med början av Roberto Landell de Moura och Reginald Fessendens radiotelefonexperiment 1900. Denna ursprungliga form av AM kallas ibland dubbelsidbandsamplitudmodulering ( DSBAM ), eftersom standardmetoden producerar sidband på vardera sidan av bärvågsfrekvensen. Enkelsidobandsmodulering använder bandpassfilter för att eliminera ett av sidbanden och möjligen bärvågssignalen, vilket förbättrar förhållandet mellan meddelandeeffekt och total sändningseffekt, minskar effekthanteringskraven för linjerepeterare och tillåter bättre bandbreddsanvändning av överföringsmediet.

AM återstår i bruk i många former av kommunikation utöver AM-sändningar : kortvågsradio , amatörradio , tvåvägsradio , VHF-flygplansradio , radio för medborgarband och i datormodem i form av QAM .

fundament

Inom elektronik , telekommunikation och mekanik betyder modulering att man varierar någon aspekt av en kontinuerlig vågbärarsignal med en informationsbärande moduleringsvågform, såsom en ljudsignal som representerar ljud eller en videosignal som representerar bilder. I denna mening bär bärvågen, som har en mycket högre frekvens än meddelandesignalen, informationen . Vid den mottagande stationen extraheras meddelandesignalen från den modulerade bärvågen genom demodulering .

I allmän form kan en moduleringsprocess av en sinusformad bärvåg beskrivas med följande ekvation:

$m(t)=A(t)\cdot \cos(\omega t+\phi (t))\,$ .

A(t) representerar den tidsvarierande amplituden för den sinusformade bärvågen och cosinustermen är bärvågen vid dess cirkulära frekvens $\omega$ , och den momentana fasavvikelsen $\phi ( t)$ . Denna beskrivning tillhandahåller direkt de två huvudgrupperna modulering, amplitudmodulering och vinkelmodulering . Vid vinkelmodulering är termen A(t) konstant och den andra termen i ekvationen har ett funktionellt förhållande till den modulerande meddelandesignalen. Vinkelmodulering tillhandahåller två metoder för modulering, frekvensmodulering och fasmodulering .

Vid amplitudmodulering hålls vinkeltermen konstant och den första termen, A(t) , i ekvationen har ett funktionellt förhållande till den modulerande meddelandesignalen.

Den modulerande meddelandesignalen kan vara analog till sin natur, eller så kan den vara en digital signal, i vilket fall tekniken i allmänhet kallas amplitud-shift keying .

Till exempel, i AM-radiokommunikation har en kontinuerlig radiofrekvenssignal sin amplitud modulerad av en ljudvågform före sändning. Meddelandesignalen bestämmer enveloppen för den sända vågformen. I frekvensdomänen producerar amplitudmodulering en signal med effekt koncentrerad till bärvågsfrekvensen och två intilliggande sidband . Varje sidband är lika i bandbredd som den för den modulerande signalen och är en spegelbild av den andra. Standard AM kallas sålunda ibland "double-sideband amplitude modulation" (DSBAM).

En nackdel med alla amplitudmoduleringstekniker, inte bara standard AM, är att mottagaren förstärker och detekterar brus och elektromagnetiska störningar i lika proportion till signalen. Att öka det mottagna signal-brusförhållandet , låt oss säga, med en faktor 10 (en förbättring på 10 decibel ), skulle således kräva att sändareffekten ökas med en faktor på 10. Detta är i motsats till frekvensmodulering (FM) och digital radio där effekten av sådant brus efter demodulering reduceras kraftigt så länge som den mottagna signalen ligger långt över tröskelvärdet för mottagning. Av denna anledning är AM-sändningar inte gynnade för musik och high fidelity -sändningar, utan snarare för röstkommunikation och sändningar (sport, nyheter, pratradio etc.).

AM är också ineffektiv i energianvändning; åtminstone två tredjedelar av effekten är koncentrerad i bärvågssignalen. Bärsignalen innehåller ingen av den ursprungliga informationen som sänds (röst, video, data, etc.). Emellertid tillhandahåller dess närvaro ett enkelt sätt att demodulera med användning av enveloppdetektering , vilket ger en frekvens- och fasreferens för att extrahera moduleringen från sidbanden. I vissa moduleringssystem baserade på AM krävs en lägre sändareffekt genom partiell eller total eliminering av bärvågskomponenten, men mottagare för dessa signaler är mer komplexa eftersom de måste ge en exakt bärvågsfrekvensreferenssignal (vanligtvis skiftad till mellanfrekvensen ) från en kraftigt reducerad "pilot"-bärvåg (vid reducerad bärvågsöverföring eller DSB-RC) för användning i demoduleringsprocessen. Även med bärvågen helt eliminerad i dubbelsidbandsundertryckt bärvågsöverföring, är bärvågsregenerering möjlig med hjälp av en Costas faslåst slinga . Detta fungerar inte för sändning med undertryckt bärvåg med enstaka sidband (SSB-SC), vilket leder till det karakteristiska "Donald Duck"-ljudet från sådana mottagare när de är något avstämt. Enkelsidobands AM används ändå i stor utsträckning i amatörradio och annan röstkommunikation eftersom den har effekt- och bandbreddseffektivitet (halverar RF-bandbredden jämfört med standard AM). Å andra sidan, i medelvågs- ​​och kortvågssändningar , tillåter standard AM med full bärvåg mottagning med billiga mottagare. Sändningsföretaget absorberar den extra energikostnaden för att kraftigt öka den potentiella publiken.

Skift-nyckel

En enkel form av digital amplitudmodulering som kan användas för att överföra binär data är on-off-nyckel , den enklaste formen av amplitud-skiftnyckel, där ettor och nollor representeras av närvaron eller frånvaron av en bärvåg. På-av-nyckel används också av radioamatörer för att sända morsekod där det är känt som kontinuerlig vågdrift (CW), även om sändningen inte är strikt "kontinuerlig". En mer komplex form av AM, kvadraturamplitudmodulering, används nu mer allmänt med digital data, samtidigt som den tillgängliga bandbredden används mer effektivt.

Analog telefoni

En enkel form av amplitudmodulering är överföringen av talsignaler från en traditionell analog telefon med hjälp av en gemensam batterislinga. Likström som tillhandahålls av centralstationens batteri är en bärare med en frekvens på 0 Hz. Den moduleras av en mikrofon ( sändare ) i telefonapparaten enligt den akustiska signalen från högtalaren. Resultatet är en likström med varierande amplitud, vars växelströmskomponent är den talsignal som extraheras på centralstationen för överföring till en annan abonnent.

Amplitudreferens

En ytterligare funktion som tillhandahålls av bärvågen i standard AM, men som går förlorad i antingen enkel- eller dubbelsidbandsundertryckt bärvågsöverföring, är att den tillhandahåller en amplitudreferens. I mottagaren reagerar den automatiska förstärkningskontrollen (AGC) på bärvågen så att den återgivna ljudnivån förblir i en fast proportion till den ursprungliga moduleringen. Å andra sidan, med undertryckta bärvågssändningar finns det ingen sänd effekt under pauser i moduleringen, så AGC måste svara på toppar av den sända effekten under toppar i moduleringen. Detta involverar vanligtvis en så kallad snabb attack, långsam avklingningskrets som håller AGC-nivån i en sekund eller mer efter sådana toppar, mellan stavelser eller korta pauser i programmet. Detta är mycket acceptabelt för kommunikationsradio, där komprimering av ljudet underlättar förståelsen. Det är dock absolut oönskat för musik eller normal sändningsprogram, där en trogen återgivning av originalprogrammet, inklusive dess varierande moduleringsnivåer, förväntas.

ITU-typbeteckningar

1982 utsåg International Telecommunication Union (ITU) typerna av amplitudmodulering:

Beteckning	Beskrivning
A3E	dubbelsidband en fullbärare – det grundläggande amplitudmoduleringsschemat
R3E	enkelsidband reducerad bärvåg
H3E	enkelsidband fullbärare
J3E	ensidigt undertryckt bärvåg
B8E	oberoende sidoband- emission
C3F	rudimentiellt sidoband
Lincompex	länkad kompressor och expander (ett underläge av något av ovanstående ITU-emissionslägen)

Historia

En av de råa pre-vakuumrör AM-sändarna, en Telefunken- bågsändare från 1906. Bärvågen genereras av 6 elektriska ljusbågar i de vertikala rören, kopplade till en avstämd krets . Modulering görs av den stora kolmikrofonen (konform) i antennkabeln.

En av de första AM-radiosändarna med vakuumrör , byggd av Meissner 1913 med ett tidigt triodrör av Robert von Lieben. Han använde den i en historisk 36 km (24 mi) röstöverföring från Berlin till Nauen, Tyskland. Jämför dess ringa storlek med ovanstående sändare.

Amplitudmodulering användes i experiment med multiplex telegraf och telefonöverföring i slutet av 1800-talet. Den praktiska utvecklingen av denna teknik identifieras dock med perioden mellan 1900 och 1920 av radiotelefonöverföring , det vill säga ansträngningen att skicka ljudsignaler med radiovågor. De första radiosändarna, kallade gnistgapssändare , överförde information via trådlös telegrafi , med hjälp av pulser från bärvågen för att stava textmeddelanden i morsekod . De kunde inte sända ljud eftersom bäraren bestod av strängar av dämpade vågor , pulser av radiovågor som sjönk till noll och lät som ett surr i mottagare. I själva verket var de redan amplitudmodulerade.

Kontinuerliga vågor

Den första AM-sändningen gjordes av den kanadensiska forskaren Reginald Fessenden den 23 december 1900 med hjälp av en gnistgapssändare med en specialdesignad högfrekvent 10 kHz- avbrytare , över en sträcka av en mil (1,6 km) vid Cobb Island, Maryland, USA. Hans första överförda ord var: "Hej. Ett, två, tre, fyra. Snöar det där du är, herr Thiessen?". Orden var knappt begripliga ovanför bakgrundsbruset av gnistan.

Fessenden var en betydande figur i utvecklingen av AM-radio. Han var en av de första forskarna som, från experiment som ovan, insåg att den befintliga tekniken för att producera radiovågor, gnistsändaren, inte var användbar för amplitudmodulering, och att en ny typ av sändare, en som producerade sinusformade kontinuerliga vågor , behövdes. Detta var en radikal idé på den tiden, eftersom experter trodde att den impulsiva gnistan var nödvändig för att producera radiofrekvensvågor, och Fessenden blev förlöjligad. Han uppfann och hjälpte till att utveckla en av de första sändarna för kontinuerliga vågor – Alexanderson-generatorn , med vilken han gjorde vad som anses vara den första AM-underhållningssändningen på julafton 1906. Han upptäckte också principen som AM är baserad på, heterodyning , och uppfann en av de första detektorerna som kunde likrikta och ta emot AM, den elektrolytiska detektorn eller "vätskebaretter", 1902. Andra radiodetektorer som uppfanns för trådlös telegrafi, såsom Fleming- ventilen (1904) och kristalldetektorn ( 1906) visade sig också kunna korrigera AM-signaler, så det tekniska hindret genererade AM-vågor; att ta emot dem var inget problem.

Tidiga tekniker

Tidiga experiment i AM-radiosändning, utförda av Fessenden, Valdemar Poulsen , Ernst Ruhmer , Quirino Majorana , Charles Herrold och Lee de Forest , hämmades av bristen på en teknik för förstärkning . De första praktiska AM- sändarna för kontinuerlig våg var baserade på antingen den enorma, dyra Alexanderson-generatorn , utvecklad 1906–1910, eller versioner av Poulsen- bågsändaren (bågomvandlare), som uppfanns 1903. De modifieringar som var nödvändiga för att sända AM var klumpiga och resulterade i mycket låg ljudkvalitet. Modulering åstadkoms vanligtvis med en kolmikrofon som sattes in direkt i antennen eller jordledningen; dess varierande motstånd varierade strömmen till antennen. Mikrofonens begränsade effekthanteringsförmåga begränsade kraftigt kraften hos de första radiotelefonerna; många av mikrofonerna var vattenkylda.

Vakuumrör

Upptäckten 1912 av förstärkningsförmågan hos Audion-röret , uppfann 1906 av Lee de Forest , löste dessa problem. Vakuumrörets återkopplingsoscillator , uppfann 1912 av Edwin Armstrong och Alexander Meissner , var en billig källa för kontinuerliga vågor och kunde enkelt moduleras för att göra en AM-sändare. Modulering behövde inte göras vid utgången utan kunde appliceras på signalen före det slutliga förstärkarröret, så mikrofonen eller annan ljudkälla behövde inte modulera en radiosignal med hög effekt. Krigsforskningen utvecklade i hög grad konsten att modulera AM, och efter kriget utlöste tillgången på billiga rör en stor ökning av antalet radiostationer som experimenterade med AM-överföring av nyheter eller musik. Vakuumröret var ansvarigt för uppkomsten av AM-sändningar runt 1920, det första elektroniska masskommunikationsmediet . Amplitudmodulering var praktiskt taget den enda typen som användes för radiosändningar tills FM-sändningar började efter andra världskriget.

Samtidigt som AM-radion började utvecklade telefonbolag som AT&T den andra stora applikationen för AM: att skicka flera telefonsamtal genom en enda tråd genom att modulera dem på separata bärfrekvenser , kallad frekvensdelningsmultiplexering .

Enkelsidoband

År 1915 formulerade John Renshaw Carson den första matematiska beskrivningen av amplitudmodulering, som visar att en signal och en bärvågsfrekvens kombinerad i en icke-linjär enhet skapar ett sidoband på båda sidor om bärvågsfrekvensen. Att passera den modulerade signalen genom en annan icke-linjär enhet kan extrahera den ursprungliga basbandssignalen. Hans analys visade också att endast ett sidband behövdes för att sända ljudsignalen, och Carson patenterade single-sideband modulering (SSB) den 1 december 1915. Denna avancerade variant av amplitudmodulering antogs av AT&T för långvågstransatlantiska telefontjänster med början den 7 januari 1927 Efter andra världskriget utvecklades den för kommunikation med militära flygplan.

Analys

Illustration av amplitudmodulering

Bärvågen ( sinusvåg ) med frekvens f _c och amplitud A uttrycks av

$c(t)=A\sin(2\pi f_{c}t)\,$ .

Meddelandesignalen, såsom en ljudsignal som används för att modulera bärvågen, är fm _m fc ₍ t ) och har en frekvens , mycket lägre än :

$m(t)=M\cos \left(2\pi f_{ m}t+\phi \right)=Am\cos \left(2\pi f_{m}t+\phi \right)\,$ ,

där m är amplitudkänsligheten, M är moduleringens amplitud. Om m < 1 är (1 + m(t)/A) alltid positivt för undermodulering. Om m > 1 inträffar övermodulering och rekonstruktion av meddelandesignalen från den sända signalen skulle leda till förlust av den ursprungliga signalen. Amplitudmodulering resulterar när bärvågen c(t) multipliceras med den positiva kvantiteten (1 + m(t)/A) :

${\ start{aligned}y(t)&=\left[1+{\frac {m(t)}{A}}\right]c(t)\\&=\left[1+m\cos \left( 2\pi f_{m}t+\phi \right)\right]A\sin \left(2\pi f_{c}t\right)\end{aligned}}$

I detta enkla fall är m identisk med moduleringsindexet , som diskuteras nedan. Med m = 0,5 motsvarar den amplitudmodulerade signalen y ( t ) alltså den översta grafen (märkt "50% Modulation") i figur 4.

Med hjälp av prostafaeresidentiteter kan y ( t ) visas vara summan av tre sinusvågor:

$y(t)=A\sin(2\pi f_{c}t)+{\frac {1}{2}}Am\left[\sin \left(2\pi \left[f_{c }+f_{m}\right]t+\phi \right)+\sin \left(2\pi \left[f_{c}-f_{m}\right]t-\phi \right)\right]. \,$

Därför har den modulerade signalen tre komponenter: bärvågen c(t) som är oförändrad i frekvens, och två fc _sidband med frekvenser något över och under bärvågsfrekvensen .

Spektrum

Figur 2: Dubbelsidiga spektra av basbands- och AM-signaler.

En användbar moduleringssignal m(t) är vanligtvis mer komplex än en enkel sinusvåg, som behandlats ovan. Genom principen om Fourierupplösning kan emellertid m(t) uttryckas som summan av en uppsättning sinusvågor med olika frekvenser, amplituder och faser . Genom att multiplicera 1 + m(t) med c(t) enligt ovan, består resultatet av summan av sinusvågor. Återigen är bärvågen c(t) närvarande oförändrad, men varje frekvenskomponent av m vid f _i har två sidband vid frekvenserna f _c + fi _och f c _- f _i . Samlingen av de tidigare frekvenserna ovanför bärvågsfrekvensen är känd som det övre sidbandet, och de nedanför utgör det nedre sidbandet. Moduleringen m(t) kan anses bestå av en lika blandning av positiva och negativa frekvenskomponenter, som visas i toppen av figur 2. Man kan se sidbanden som att moduleringen m(t) helt enkelt har skiftats i frekvens med f _c som avbildas längst ner till höger i figur 2.

Figur 3: Spektrogrammet för en AM-röstsändning visar de två sidbanden (gröna) på vardera sidan av bärvågen (röd) med tiden i vertikal riktning.

Det kortsiktiga spektrumet av modulering, som förändras som det skulle göra för en mänsklig röst till exempel, frekvensinnehållet (horisontell axel) kan plottas som en funktion av tiden (vertikal axel), som i figur 3. Det kan återigen ses att då moduleringsfrekvensinnehållet varierar genereras ett övre sidoband enligt de frekvenser som skiftas över bärvågsfrekvensen, och samma innehåll spegelbildas i det nedre sidobandet under bärvågsfrekvensen. Hela tiden förblir bärvågen själv konstant och har större effekt än den totala sidbandseffekten.

Effekt- och spektrumeffektivitet

RF-bandbredden för en AM-sändning (se figur 2, men endast med tanke på positiva frekvenser) är dubbelt så stor som bandbredden för den modulerande (eller " basband ") signalen, eftersom de övre och nedre sidbanden runt bärfrekvensen var och en har en lika bred bandbredd som den högsta moduleringsfrekvensen. Även om bandbredden för en AM-signal är smalare än en som använder frekvensmodulering (FM), är den dubbelt så bred som enkelsidbandstekniker ; den kan således ses som spektralt ineffektiv. Inom ett frekvensband kan alltså bara hälften så många sändningar (eller "kanaler") rymmas. Av denna anledning använder analog TV en variant av enkelsidband (känd som rudimentiellt sidoband , något av en kompromiss när det gäller bandbredd) för att minska det erforderliga kanalavståndet.

En annan förbättring jämfört med standard AM erhålls genom reduktion eller undertryckning av bärvågskomponenten i det modulerade spektrumet. I figur 2 är detta spetsen mellan sidobanden; även med full (100 %) sinusvågsmodulering är effekten i bärvågskomponenten dubbelt så stor som i sidbanden, men den bär ingen unik information. Det finns således en stor fördel i effektiviteten när det gäller att reducera eller helt undertrycka bärvågen, antingen i samband med eliminering av ett sidband ( enkelsidbandsundertryckt bärvågsöverföring ) eller med båda sidbanden kvar ( dubbel sidbandsundertryckt bärvåg ). Även om dessa undertryckta bärvågssändningar är effektiva i termer av sändareffekt, kräver de mer sofistikerade mottagare som använder synkron detektering och regenerering av bärvågsfrekvensen. Av den anledningen fortsätter standard AM att användas i stor utsträckning, särskilt vid sändning, för att möjliggöra användningen av billiga mottagare som använder enveloppdetektering . Även (analog) TV, med ett (i stort sett) undertryckt nedre sidband, inkluderar tillräckligt med bärareffekt för användning av enveloppdetektering. Men för kommunikationssystem där både sändare och mottagare kan optimeras, utgör undertryckning av både ett sidband och bärvåg en nettofördel och används ofta.

En teknik som används allmänt i sända AM-sändare är en tillämpning av Hapburg-bäraren, som först föreslogs på 1930-talet men opraktisk med den teknik som då fanns tillgänglig. Under perioder med låg modulering skulle bärvågseffekten reduceras och skulle återgå till full effekt under perioder med höga moduleringsnivåer. Detta har effekten att minska det totala effektbehovet för sändaren och är mest effektivt på program av taltyp. Olika handelsnamn används för dess implementering av sändartillverkarna från slutet av 80-talet och framåt.

Modulationsindex

AM-modulationsindex är ett mått baserat på förhållandet mellan modulationsavvikelserna för RF-signalen och nivån för den omodulerade bärvågen. Det definieras alltså som:

$m={\frac {\mathrm {peak\ value\ of\ } m(t)}{A}}= {\frac {M}{A}}$

där $M\,$ och $A\,$ är moduleringsamplituden respektive bärvågsamplituden; moduleringsamplituden är den maximala (positiva eller negativa) förändringen i RF-amplituden från dess omodulerade värde. Modulationsindex uttrycks normalt i procent och kan visas på en mätare ansluten till en AM-sändare.

Så om $m=0,5$ varierar bärvågsamplituden med 50 % över (och under) dess omodulerade nivå, som visas i den första vågformen nedan. För $m=1.0$ varierar det med 100 % som visas i illustrationen nedan. Med 100 % modulering når vågamplituden ibland noll, och detta representerar full modulering med standard AM och är ofta ett mål (för att få högsta möjliga signal-brusförhållande) men får inte överskridas. Ökning av moduleringssignalen bortom den punkten, känd som övermodulation , gör att en standard AM-modulator (se nedan) misslyckas, eftersom de negativa avvikelserna för vågenveloppen inte kan bli mindre än noll, vilket resulterar i distorsion ("klippning") av den mottagna moduleringen . Sändare innehåller vanligtvis en begränsarkrets för att undvika övermodulering och/eller en kompressorkrets (särskilt för röstkommunikation) för att fortfarande närma sig 100 % modulering för maximal förståelse över bruset. Sådana kretsar kallas ibland för en vogad .

Det är dock möjligt att tala om ett moduleringsindex som överstiger 100 %, utan att införa distorsion, i fallet med dubbelsidbandsöverföring med reducerad bärvåg . I så fall medför negativa avvikelser bortom noll en omkastning av bärarfasen, som visas i den tredje vågformen nedan. Detta kan inte produceras med hjälp av de effektiva moduleringsteknikerna på hög nivå (utgångssteg) (se nedan) som används i stor utsträckning, särskilt i högeffektssändare . Snarare producerar en speciell modulator en sådan vågform på en låg nivå följt av en linjär förstärkare . Dessutom är en standard AM-mottagare som använder en enveloppdetektor oförmögen att korrekt demodulera en sådan signal. Snarare krävs synkron detektering. Sålunda kallas dubbelsidbandsöverföring i allmänhet inte som "AM" även om den genererar en identisk RF-vågform som standard AM så länge som moduleringsindexet är under 100%. Sådana system försöker oftare en radikal minskning av bärvågsnivån jämfört med sidbanden (där användbar information finns) till punkten för dubbelsidbandsundertryckt bärvågsöverföring där bärvågen (helst) reduceras till noll. I alla sådana fall förlorar termen "modulationsindex" sitt värde eftersom den hänvisar till förhållandet mellan moduleringsamplituden och en ganska liten (eller noll) kvarvarande bärvågsamplitud.

Figur 4: Modulationsdjup. I diagrammet har den omodulerade bärvågen en amplitud på 1.

Moduleringsmetoder

Anod (plåt) modulering. En tetrodes platta och skärmnätspänningen moduleras via en ljudtransformator. Motståndet R1 ställer in nätförspänningen; både ingången och utgången är avstämda kretsar med induktiv koppling.

Modulationskretsdesigner kan klassificeras som låg- eller högnivå (beroende på om de modulerar i en lågeffektdomän — följt av förstärkning för överföring — eller i högeffektdomänen för den överförda signalen).

Generation på låg nivå

I moderna radiosystem genereras modulerade signaler via digital signalbehandling (DSP). Med DSP är många typer av AM möjliga med mjukvarustyrning (inklusive DSB med bärvåg, SSB undertryckt bärvåg och oberoende sidband, eller ISB). Beräknade digitala sampel omvandlas till spänningar med en digital-till-analog-omvandlare , vanligtvis vid en frekvens som är mindre än den önskade RF-utgångsfrekvensen. Den analoga signalen måste sedan skiftas i frekvens och linjärt förstärkas till önskad frekvens och effektnivå (linjär förstärkning måste användas för att förhindra modulationsdistorsion). Denna lågnivåmetod för AM används i många amatörradiosändtagare.

AM kan också genereras på en låg nivå med hjälp av analoga metoder som beskrivs i nästa avsnitt.

Generering på hög nivå

Högeffekts AM- sändare (som de som används för AM-sändningar ) är baserade på högeffektiva klass-D och klass-E effektförstärkarsteg , modulerade genom att variera matningsspänningen.

Äldre konstruktioner (för sändningar och amatörradio) genererar också AM genom att styra förstärkningen av sändarens slutliga förstärkare (vanligtvis klass-C, för effektivitet). Följande typer är för vakuumrörsändare (men liknande alternativ finns tillgängliga med transistorer):

Plattmodulering

Vid plattmodulering moduleras plattspänningen för RF-förstärkaren med ljudsignalen. Ljudeffektbehovet är 50 procent av RF-bärareffekten.

Heising (konstant ström) modulering

RF-förstärkarplattans spänning matas genom en choke (högvärdesinduktor). AM-modulationsrörplattan matas genom samma induktor, så modulatorröret avleder ström från RF-förstärkaren. Choken fungerar som en konstant strömkälla i ljudområdet. Detta system har en låg effekteffektivitet.

Styrnätsmodulering

Driftförspänningen och förstärkningen för den slutliga RF-förstärkaren kan styras genom att variera spänningen på styrnätet. Denna metod kräver lite ljudkraft, men försiktighet måste iakttas för att minska distorsion.

Modulering av klämrör (skärmgaller)

Skärmnätsförspänningen kan styras genom ett klämrör , vilket minskar spänningen enligt moduleringssignalen. Det är svårt att närma sig 100-procentig modulering med bibehållen låg distorsion med detta system.

Doherty-modulering

Ett rör ger ström under bärvågsförhållanden och ett annat fungerar endast för positiva moduleringstoppar. Den totala effektiviteten är god och distorsionen är låg.

Utfasmodulering

Två rör drivs parallellt men delvis ur fas med varandra. Eftersom de är differentiellt fasmodulerade är deras kombinerade amplitud större eller mindre. Effektiviteten är god och distorsionen låg när den justeras korrekt.

Pulsbreddsmodulering (PWM) eller pulslängdsmodulering (PDM)

En högeffektiv strömförsörjning med hög spänning appliceras på rörplattan. Utspänningen från denna försörjning varieras med en ljudhastighet för att följa programmet. Detta system var pionjärer av Hilmer Swanson och har ett antal varianter, som alla uppnår hög effektivitet och ljudkvalitet.

Digitala metoder

Harris Corporation erhöll ett patent för att syntetisera en modulerad högeffektsbärvåg från en uppsättning digitalt utvalda lågeffektsförstärkare, som körs i fas med samma bärvågsfrekvens. Ingångssignalen samplas av en konventionell audio analog-till-digital-omvandlare (ADC) och matas till en digital exciter, som modulerar sändarens totala uteffekt genom att koppla på en serie lågeffekts halvledar-RF-förstärkare och av. Den kombinerade utgången driver antennsystemet.

Demodulationsmetoder

Den enklaste formen av AM-demodulator består av en diod som är konfigurerad att fungera som enveloppdetektor . En annan typ av demodulator, produktdetektorn , kan ge demodulering av bättre kvalitet med ytterligare kretskomplexitet.

Se även

• AM stereo
• Kortvågsradio
• Amplitudmodulationssignaleringssystem (AMSS)
• Modulationssfär
• Typer av radioemissioner
• Luftband
• DSB-SC

Bibliografi

•   Newkirk, David och Karlquist, Rick (2004). Blandare, modulatorer och demodulatorer. I GD Reed (red.), The ARRL Handbook for Radio Communications (81:a upplagan), s. 15.1–15.36. Newington: ARRL. ISBN 0-87259-196-4 .

externa länkar

• Amplitudmodulering av Jakub Serych, Wolfram Demonstrations Project .
• Amplitude Modulation , av S Sastry.
• Amplitude Modulation , en introduktion av Federation of American Scientists .
• Handledning för amplitudmodulering inklusive relaterade ämnen om modulatorer, demodulatorer, etc...
• Analog Modulation online interaktiv demonstration med Python i Google Colab Platform , av C Foh.