instrukcja - Politechnika Warszawska

Politechnika Warszawska
Wydział Elektryczny
Laboratorium Teletechniki
Skrypt do ćwiczenia T.08
Zasady wytwarzania sygnałów zmodulowanych za pomocą
modulacji AM
1. Zasady wytwarzania sygnałów zmodulowanych za pomocą modulacji
AM
Ćwiczenie to ma na celu poznanie zasady opisu sygnału zmodulowanego za pomocą
modulacji AM w dziedzinie czasu i częstotliwości z wykorzystaniem do tego celu Generatora
AM / DSB / SSB.
1.1. Część teoretyczna
Komunikacja za pomocą fal radiowych, odbywająca się na duże odległości wymaga
wykonania pewnych działań na sygnale elektrycznym przenoszącym informację, jeszcze
przed jego przesyłem. W odbiorze sygnału zmodulowanego stosowane są działania odwrotne
mające na celu odzyskanie umieszczonej w nim informacji. W modulacji amplitudy, zmiany
amplitudy sygnału niosącego informację przyczyniają się do podobnych zmian amplitudy w
fali nośnej. Wytwarzana jest obwiednia modulacji. Gdy sygnałem wiadomości jest sygnał
sinusoidalny, widmo częstotliwości modulowanej składa się z trzech składników: z
częstotliwości nośnej (fc), częstotliwości USB (fc+ fm) oraz z częstotliwości LSB (fc – fm).
Gdy sygnał niosący informację jest przebiegiem bardziej złożonym, tak jak głos, widmo
częstotliwości jest bardziej złożone i składa się z większej ilości częstotliwości składowych.
Oznacza to, że szerszy zakres częstotliwości (szerokość pasma częstotliwości) jest niezbędny
do transmisji bardziej złożonej informacji. Jako że widmo (zakres) częstotliwości jest
ograniczone, duża ilość użytkowników wpływa na ograniczenia szerokości pasma
(podstawowego) częstotliwości, odstępów częstotliwości nośnych i mocy wyjściowej.
Ograniczenia te wprowadzone są dla różnych grup,oraz użytkowników indywidualnych, w
celu uniknięcia wzajemnych zakłóceń w falach radiowych używanych do komunikacji. Rząd i
agencje regulacyjne przydzielają częstotliwości i zapewniają przestrzeganie regulacji dla
różnych cywilnych i wojskowych systemów komunikacji. W komercyjnym nadawaniu
zmodulowanego sygnału za pomocą modulacji AM, które zazwyczaj zajmuje pasmo
częstotliwości od 540 kHz do 1600 kHz, szerokość pasma częstotliwości między stacjami
wynosi 10 kHz. Sygnał pasma podstawowego AM, który zawiera głos i muzykę jest
ograniczony od ok. 100 Hz do 5 kHz. Zmiany limitów mocy są uzależnione od pory dnia,
pory roku oraz odległości pomiędzy stacjami. W rzeczywistości większość komercyjnych
stacji AM wymaga niższej generowanej mocy wyjściowej lub promieniowania po zachodzie
słońca. Dzieje się tak ponieważ wieczorna pora dnia jest porą sprzyjającą komunikacji AM.
W porze tej fale radiowe przemieszczają się na większe odległości.
Opis sposobu wytwarzania sygnału AM
Jest wiele sposobów wytwarzania sygnału AM, ale wszystkie z nich muszą pozwalać na
zmianę amplitudy sygnału niosącego informację. Rysunek 1.1 przedstawia prosty modulator,
który możemy użyć w celu lepszego zrozumienia pojęcia modulacji amplitudy.
Rysunek 1.1. Prosty modulator.
Na wejście potencjometru został podany sygnał sinusoidalny o dużej częstotliwości i stałej
amplitudzie (nośna). Amplituda UOUT zależy od pozycji suwaka. Jeśli będziemy
przemieszczać sinusoidalnie suwak w górę i w dół, otrzymamy przebieg pokazany na rysunku
1.1b.
Schemat blokowy przedstawiony na rysunku 1.2 pokazuje sposób wytwarzania
sygnału poprzez Generator AM / DSB / SSB. Poziom dc (dla poziomu fali nośnej) jest
dodany do sygnału niosącego informację. Sygnał wynikowy wiadomości jest miksowany z
częstotliwością nośną w celu przesunięcia częstotliwości sygnału wiadomości w wyższe
pasmo, a następnie wzmocniony za pomocą wzmacniacza częstotliwości A2. Rysunek 1.3
prezentuje przebiegi i widmo częstotliwości dla nośnej o częstotliwości 1100 kHz,
modulowanej poprzez falę sinusoidalną o częstotliwości 10 kHz.
STROJENIE RF
WZMOCNIENIE RF
POZIOM NOŚNEJ
NOŚNA (fc)
WYJŚCIE
AM / DSB RF
A2
A1
WEJŚCIE AUDIO
(WIADOMOŚĆ)
SYGNAŁ AM
WIADOMOŚĆ (fm)
Rysunek 1.2. Schemat blokowy przedstawiający układ służący do generowania sygnału AM.
Rysunek 1.3. Przebiegi i widma częstotliwości dla sygnału AM z rysunku 1.2.
Informacja (wiadomość) zostaje nałożona na sygnał fali nośnej, w wyniku czego powstaje
zmodulowany sygnał AM, w którym obwiednia jest dokładną kopią sygnału wiadomości (z
informacją). Na rysunku 1.4b zostały pokazane sygnały AM wytworzone poprzez różne
amplitudy i częstotliwości sygnałów wiadomości.
Rysunek 1.4. Przebiegi AM dla różnych poziomów amplitud sygnału wiadomości.
Na rysunku 1.4b, amplituda sygnału wiadomości zwiększa się w stosunku do amplitudy z
rysunku 1.4a. Częstotliwość (fm) pozostaje ta sama ale obwiednia sygnału AM wykazuje
większe szczyty i doliny będące wynikiem zwiększenia amplitudy sygnału wiadomości.
Odpowiada to zmianom indeksu modulacji (m). Na rysunku 1.4c, amplituda sygnału
wiadomości jest mniejsza. Wynikiem tego są mniejsze zmiany wśród szczytów i dolin
sygnału zmodulowanego oraz zmniejszony indeks modulacji.
Nowe terminy
indeks modulacji (m) – stosunek pomiędzy amplitudą sygnału modulującego a amplitudą
niezmodulowanej fali nośnej.
przemodulowanie – określenie używane gdy indeks modulacji jest większy od 1. Co wiąże
się z tym, że wartość szczytowa sygnału modulującego jest większa niż wartość szczytowa
amplitudy niemodulowanej nośnej.
procent modulacji – wartość indeksu modulacji wyrażona w procentach.
m x 100%
współczynnik sprawności nadawania (µ
µ) – ułamek całkowitej mocy sygnału
zmodulowanego AM jaki zawarty jest w wstęgach bocznych. Przeważnie jest on wyrażany
jako wartość procentowa i jest bezpośrednio spokrewniony z indeksem modulacji.
1.2. Część praktyczna
Opis ćwiczenia
Celem wykonywania ćwiczenia jest poznanie zasady opisu sygnału zmodulowanego AM w
dziedzinie czasu i częstotliwości z wykorzystaniem do tego celu Generatora AM / DSB / SSB
oraz obserwacja sygnałów o zmodulowanej amplitudzie z wykorzystaniem do tego celu
Oscyloskopu i Analizatora Widma. Podczas realizacji ćwiczenia będzie badany wpływ
zmiany poziomu amplitudy, częstotliwości i kształtu sygnału modulującego na przebieg
sygnału zmodulowanego oraz wpływ jaki wywierają na niego zmiany indeksu modulacji.
Na rysunku 1.5 zostały pokazane elementy wykorzystywane w ćwiczeniu. Składają się na
nie:
- Zasilacz / Dwukanałowy wzmacniacz audio (ang. Power Supply / Dual Audio Amplifier)
- Dwukanałowy generator funkcji (ang. Dual Function Generator)
- Licznik częstotliwości (ang. Frequency Counter)
- Analizator Widma (ang. Spectrum Analyzer )
- Generator AM / DSB / SSB (ang. AM / DSB / SSB Generator)
- Oscyloskop (ang. Oscilloscope)
Dwukanałowy
Generator
Funkcji
Wyjście
kanału A
Wejście
audio
Generator
AM/DSB/SSB
Wyjście
AM/DSB/SSB
Wejście
Licznik
Częstotliwości
kanał 1
Oscyloskop
Rysunek 1.5. Schemat ideowy przedstawiający połączenia pomiędzy urządzeniami wykorzystywanymi w
ćwiczeniu.