Amplitud Modulasi dalam RF: Teori, Domain Masa, Domain Frekuensi

"Frekuensi radio (RF) adalah kadar ayunan arus elektrik voltan atau voltan atau medan magnet, elektrik atau elektromagnetik atau sistem mekanikal dalam julat frekuensi dari sekitar 20 kHz hingga sekitar 300 GHz. ----- FMUSER"

Kandungan

● Modulasi Frekuensi Radio
● Matematik
● Domain Masa

● Domain Kekerapan
● Kekerapan Negatif

● Ringkasan

Modulasi Frekuensi Radio
Ketahui mengenai kaedah pengekodan maklumat yang paling mudah dalam bentuk gelombang pembawa.

Kami telah melihat bahawa modulasi RF hanyalah pengubahsuaian sengaja amplitud, frekuensi, atau fasa isyarat pembawa sinusoidal. Pengubahsuaian ini dilakukan mengikut skema tertentu yang dilaksanakan oleh pemancar dan difahami oleh penerima. Modulasi amplitud - yang tentu saja merupakan asal istilah "radio AM" - berbeza amplitud pembawa mengikut nilai sekejap isyarat baseband.

Matematik
Hubungan matematik untuk modulasi amplitud mudah dan intuitif: anda mengalikan pembawa dengan isyarat baseband. Kekerapan pembawa itu sendiri tidak diubah, tetapi amplitudnya akan sentiasa berubah mengikut nilai baseband. (Namun, seperti yang akan kita lihat nanti, variasi amplitud memperkenalkan ciri frekuensi baru.) Perincian yang halus di sini adalah keperluan untuk mengalihkan isyarat baseband; kami membincangkan perkara ini di halaman sebelumnya. Sekiranya kita mempunyai bentuk gelombang dasar yang bervariasi antara –1 dan +1, hubungan matematik dapat dinyatakan sebagai berikut:

See Also: >>Apakah Perbezaan Antara AM dan Radio FM?

di mana xAM adalah bentuk gelombang yang dimodulasi amplitud, xC adalah pembawa, dan xBB adalah isyarat baseband. Kita dapat mengambil langkah ini lebih jauh lagi jika kita menganggap pembawa itu sebagai sinusoid frekuensi tetap tanpa had, tetap-amplitud. Sekiranya kita menganggap bahawa amplitud pembawa adalah 1, kita dapat menggantikan xC dengan sin (ωCt).

Sejauh ini bagus, tetapi ada satu masalah dengan hubungan ini: anda tidak mempunyai kawalan terhadap "intensiti" modulasi. Dengan kata lain, hubungan perubahan-dasar-ke-pembawa-amplitud-perubahan tetap. 

Kita tidak dapat, misalnya, merancang sistem sedemikian rupa sehingga perubahan kecil pada nilai baseband akan membuat perubahan besar dalam amplitud pembawa. Untuk mengatasi batasan ini, kami memperkenalkan m, yang dikenal sebagai indeks modulasi.

See Also: >>Bagaimana untuk menghapuskan bunyi ke atas AM dan FM Penerima 

Sekarang, dengan memvariasikan m kita dapat mengawal intensiti kesan isyarat baseband pada amplitud pembawa. Perhatikan, bagaimanapun, bahawa m didarabkan dengan isyarat pangkalan asas yang asal, bukan pita dasar yang diubah. 

Oleh itu, jika xBB memanjang dari –1 hingga +1, nilai m lebih besar dari 1 akan menyebabkan (1 + mxBB) meluas ke bahagian negatif paksi-y — tetapi inilah yang sebenarnya ingin kita elakkan dengan beralih ia ke atas di tempat pertama. Oleh itu, ingatlah, jika indeks modulasi digunakan, isyarat mesti dialihkan berdasarkan amplitud maksimum mxBB, bukan xBB.

Domain Masa
Kami melihat bentuk gelombang domain masa AM di halaman sebelumnya. Berikut adalah plot terakhir (baseband berwarna merah, bentuk gelombang AM berwarna biru):

Sekarang mari kita lihat kesan indeks modulasi. Berikut adalah plot yang serupa, tetapi kali ini saya mengalihkan isyarat baseband dengan menambahkan 3 bukannya 1 (julat asalnya masih –1 hingga +1).

Sekarang kita akan memasukkan indeks modulasi. Petak berikut adalah dengan m = 3.

Amplitud pembawa kini "lebih sensitif" terhadap nilai isyarat baseband yang berbeza-beza. Pita bas yang beralih tidak memasuki bahagian negatif paksi-y kerana saya memilih ofset DC mengikut indeks modulasi.

Anda mungkin tertanya-tanya tentang sesuatu: Bagaimana kita dapat memilih ofset DC yang betul tanpa mengetahui ciri amplitud tepat dari isyarat baseband? Dengan kata lain, bagaimana kita dapat memastikan bahawa ayunan negatif bentuk gelombang dasar melambung tepat ke sifar? 

Jawapan: Anda tidak perlu. Dua petak sebelumnya adalah bentuk gelombang AM yang sama sah; isyarat baseband dipindahkan dengan setia dalam kedua-dua kes tersebut. Sebarang offset DC yang tinggal selepas demodulasi mudah dikeluarkan oleh kapasitor siri. (Bab seterusnya akan merangkumi demodulasi.)

See Also: >>Apakah Perbezaan di antara AM dan FM?

Domain Kekerapan
Seperti yang telah kita bincangkan sebelumnya, pengembangan RF menggunakan analisis domain frekuensi secara meluas. Kita dapat memeriksa dan menilai isyarat termodulasi kehidupan nyata dengan mengukurnya dengan penganalisis spektrum, tetapi ini bermaksud bahawa kita perlu mengetahui seperti apa spektrum tersebut.

Mari kita mulakan dengan perwakilan frekuensi-domain isyarat pembawa:

Inilah yang kami harapkan untuk pembawa yang tidak dimodulasi: lonjakan tunggal pada 10 MHz. Sekarang mari kita lihat spektrum isyarat yang dibuat oleh amplitud memodulasi pembawa dengan sinusoid frekuensi tetap 1 MHz.

Di sini anda melihat ciri standard bentuk gelombang modulasi amplitud: isyarat baseband telah dialihkan mengikut frekuensi pembawa. 

See Also: >>RF Penapis Asas Tutorial 

Anda juga boleh menganggap ini sebagai "menambahkan" frekuensi baseband ke isyarat pembawa, yang memang kita lakukan ketika kita menggunakan modulasi amplitud - frekuensi pembawa tetap, seperti yang anda lihat dalam bentuk gelombang domain masa, tetapi variasi amplitud merupakan kandungan frekuensi baru yang sesuai dengan ciri spektrum isyarat baseband.

Sekiranya kita melihat dengan lebih dekat spektrum termodulasi, kita dapat melihat bahawa dua puncak baru adalah 1 MHz (iaitu, frekuensi pita dasar) di atas dan 1 MHz di bawah frekuensi pembawa:

(Sekiranya anda tertanya-tanya, asimetri adalah artifak proses pengiraan; plot ini dihasilkan menggunakan data sebenar, dengan resolusi terhad. Spektrum ideal akan menjadi simetri.)

>>Balik ke atas

Kekerapan Negatif
Oleh itu, untuk merumuskan, modulasi amplitud menerjemahkan spektrum baseband ke jalur frekuensi yang berpusat di sekitar frekuensi pembawa. Namun, ada sesuatu yang perlu kita jelaskan: Mengapa ada dua puncak — satu pada frekuensi pembawa ditambah frekuensi baseband, dan satu lagi pada frekuensi pembawa tolak frekuensi baseband? 

Jawapannya menjadi jelas jika kita hanya ingat bahawa spektrum Fourier adalah simetri berkenaan dengan paksi-y; walaupun kita sering hanya menunjukkan frekuensi positif, bahagian negatif paksi-x mengandungi frekuensi negatif yang sepadan. 

Frekuensi negatif ini mudah diabaikan ketika kita berhadapan dengan spektrum asal, tetapi penting untuk memasukkan frekuensi negatif ketika kita beralih spektrum.

Gambar rajah berikut harus menjelaskan keadaan ini.

Seperti yang anda lihat, spektrum baseband dan spektrum pembawa simetri berkenaan dengan paksi-y. Untuk isyarat baseband, ini menghasilkan spektrum yang meluas secara berterusan dari bahagian positif paksi-x ke bahagian negatif; untuk pembawa, kita hanya mempunyai dua lonjakan, satu pada + ωC dan satu pada –ωC. Dan spektrum AM, sekali lagi, simetris: spektrum baseband yang diterjemahkan muncul di bahagian positif dan bahagian negatif paksi-x.

>>Kembali kep

Dan inilah satu perkara lagi yang perlu diingat: modulasi amplitud menyebabkan lebar jalur meningkat dengan faktor 2. Kami mengukur lebar jalur hanya menggunakan frekuensi positif, jadi lebar jalur jalur lebar hanyalah BWBB (lihat rajah di bawah). Tetapi setelah menerjemahkan keseluruhan spektrum (frekuensi positif dan negatif), semua frekuensi asal menjadi positif, sehingga lebar jalur yang dimodulasi adalah 2BWBB.

Ringkasan
* Modulasi amplitud sepadan dengan mengalikan pembawa dengan isyarat baseband yang dialihkan.

* Indeks modulasi dapat digunakan untuk membuat amplitud pembawa lebih (atau kurang) sensitif terhadap variasi nilai isyarat baseband.

* Dalam domain frekuensi, modulasi amplitud sesuai dengan menerjemahkan spektrum baseband ke band yang mengelilingi frekuensi pembawa.

* Oleh kerana spektrum baseband adalah simetris berkenaan dengan paksi-y, terjemahan frekuensi ini menghasilkan peningkatan faktor-of-2 dalam lebar jalur.

>>Kembali kep

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej