Amplitudenmodulation

• Das erste amplitudenmodulierte Signal wurde 1901 von einem kanadischen Ingenieur namens Reginald Fessenden übertragen. Er benutzte eine kontinuierliche Funkenübertragung und platzierte ein Kohlenstoffmikrofon in der Antennenleitung. Diese Übertragung war sehr grob, Signale waren über eine Entfernung von einigen hundert Metern hörbar. Die Audioqualität war nicht gut.
• Bei dieser Modulationsart werden die Winkelfrequenz ω und die Phase Φ konstant gehalten und die Amplitude A _c  der Trägerwelle wird entsprechend der Modulationswelle variiert. Wenn sich die Amplitude einer hochfrequenten Trägerwelle entsprechend der Intensität des Signals ändert, spricht man von Amplitudenmodulation.
• Bei der Amplitudenmodulation wird die Amplitude des Trägers entsprechend dem Informationssignal variiert. Hier erklären wir den Amplitudenmodulationsprozess unter Verwendung eines sinusförmigen Signals als Modulationssignal.

• Wir können sehen, dass während des positiven Zyklus des niederfrequenten Signals und des positiven Zyklus der Trägerwelle die Amplitude der Trägerwelle anstieg, während sie im negativen Zyklus abnahm.
• Die Amplitudenmodulation wird durch eine als Modulator bezeichnete Schaltung durchgeführt.

Merkmale der amplitudenmodulierten Welle:

• Die Amplitude der Trägerwelle ändert sich entsprechend der Intensität des Signals.
• Die Variation der Amplitude einer Trägerwelle liegt bei der Frequenz des Signals f _m .
• Die Frequenz der amplitudenmodulierten Welle ist dieselbe wie die der Trägerwelle f _c .
• Die Amplitude der amplitudenmodulierten Welle ist nicht konstant, hat jedoch eine ähnliche sinusförmige Variation wie die der Signalwelle. Somit wird die amplitudenmodulierte Welle mit der Information geladen, die in der niederfrequenten Signalnachricht enthalten ist.
• Da die Amplitudenmodulation einfach ist, ist sie weit verbreitet.

Modulationsfaktor oder Modulationsindex:

• Das Verhältnis der Änderung der Amplitude der Trägerwelle zur Amplitude der normalen Trägerwelle wird Modulationsfaktor genannt
• Mathematisch
• Es beschreibt die Modulationstiefe, dh das Ausmaß der Variation der Amplitude der Trägerwelle aufgrund des Signals.
• Der Wert des Modulationsfaktors hängt von der Amplitude der Trägerwelle und dem Signal ab.

Bedeutung des Modulationsindex:

• Es ist ein Indikator für den Modulationsgrad.
• Wenn ein zu geringer Modulationspegel vorliegt, ist das Ausmaß der Variation der Trägeramplitude gering. Somit ist das übertragene Audiosignal nicht sehr stark. Daher nutzt die Modulation den Träger nicht effizient aus.
• Wenn ein zu hoher Modulationsgrad vorliegt, kann der Träger übermoduliert werden, was dazu führt, dass Seitenbänder über die zulässige Bandbreite hinausragen und andere Benutzer stören. Daher kommt es während des Empfangs zu Verzerrungen.
• Amplitudenmodulation mit Modulationsfaktor 0,5 oder 50%

• Amplitudenmodulation mit einem Modulationsfaktor größer als 1 oder größer als 100%
• Jede Erhöhung des Modulationsindex über 1,0, dh 100% Modulationstiefe, führt zu einer Übermodulation.

• Der Träger erfährt 180 ° -Phasenumkehrungen, bei denen der Trägerpegel versuchen würde, unter den Nullpunkt zu fallen. Aufgrund dieser Phasenumkehrungen kommt es zu einem Anstieg zusätzlicher Seitenbänder, der sich aus den theoretisch unendlich langen Phasenumkehrungen (Phasenmodulation) ergibt. Dies kann andere Benutzer ernsthaft stören, wenn es nicht gefiltert wird.
• Rundfunkstationen ergreifen Maßnahmen, um sicherzustellen, dass die Übertragungen ihrer Sendungen niemals übersteuert werden. Die Sender enthalten Begrenzer, um eine Modulation von mehr als 100% zu verhindern. Sie verfügen über eine automatische Audioverstärkungsregelung, um die Audiopegel die meiste Zeit nahe 100% der Modulation zu halten.

Ausdruck für Modulationsindex:

• Der Modulationsindex (μ _a ) einer amplitudenmodulierten Welle ist definiert als das Verhältnis der Amplitude des Modulationssignals (E _m ) zur Amplitude der Trägerwelle (E _c ).
• Um Verzerrungen zu vermeiden, gilt E _m  <E _c

Für modulierte Welle

μ _a  = (E _max – E _mmin ) / (E _max + E _min )

• Wenn für die AM-Welle die maximale Amplitude ‘a’ ist, während die minimale Amplitude ‘b’ ist

E _max  = (E _c  + E _m ) = a …………. (1)

E _min  = (E _c  – E _m ) = b …………. (2)

Durch Lösen der Gleichungen (1) und (2) erhalten wir

E _m  = (a – b) / 2 und E _c  = (a + b) / 2

μ _a  = (E _m ) / (E _c ) = (a – b) / (a ​​+ b)

Demodulation:

• Das empfangene AM-Signal wird durch einen Demodulator geleitet, um die von ihm übertragenen Informationen zu extrahieren. Das Trennen oder Extrahieren der Modulation aus einem Signal wird als Demodulation oder Detektion bezeichnet. Die Demodulation von AM-Signalen kann mit einfachen, aus Dioden bestehenden Schaltungen erfolgen.

Vorteile der Amplitudenmodulation:

• Es ist einfach zu implementieren
• Die Demodulation von AM-Signalen kann mit einfachen, aus Dioden bestehenden Schaltungen erfolgen.
• AM-Sender sind weniger komplex.
• AM-Empfänger sind sehr billig, da keine speziellen Komponenten benötigt werden.
• AM-Wellen können eine längere Strecke zurücklegen.
• AM-Wellen haben eine geringe Bandbreite

Nachteile der Amplitudenmodulation:

• Ein Amplitudenmodulationssignal ist hinsichtlich seines Energieverbrauchs nicht effizient. Energieverschwendung tritt bei der DSB-FC-Übertragung (Double Side Band – Full Carrier) auf.
• Es ist nicht effizient in Bezug auf die Nutzung der Bandbreite. Es erfordert eine Bandbreite, die doppelt so groß ist wie die der höchsten Audiofrequenz. Bei der Amplitudenmodulation enthalten Seitenbänder das Signal. Die Leistung in den Seitenbändern ist die einzige nützliche Leistung. Bei 100% Modulation beträgt die von AM-Wellen übertragene Leistung 33,3%. Die von der AM-Welle getragene Leistung nimmt mit abnehmendem Modulationsgrad ab.
• AM-Detektoren sind empfindlich gegenüber Rauschen, daher ist ein Amplitudenmodulationssignal anfällig für hohe Rauschpegel.
• Reproduktion ist keine High-Fidelity. Für HiFi-Übertragungen (Stereo) sollte die Bandbreite 40000 Hz betragen. Um Interferenzen zu vermeiden, beträgt die tatsächliche Bandbreite der AM-Übertragung 10000 Hz.
• Trotz der Nachteile ist die Amplitudenmodulation immer noch weit verbreitet, um auf den Lang-, Mittel- und Kurzwellenbändern einige mobile oder tragbare Kommunikationssysteme einschließlich einiger Flugzeugkommunikationen zu senden.

 Anwendungen der Amplitudenmodulation:

Rundfunkübertragungen: 

• AM wird immer noch häufig für den kommerziellen Rundfunk im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich verwendet, da die Funkempfänger, die zur Demodulation der Amplitudenmodulation in der Lage sind, billig und einfach herzustellen sind. Die atmosphärischen Signale wie Blitz und künstliche elektrische Signale beeinflussen diese Übertragung.

Air Band Radio:  

• UKW-Übertragungen für viele Anwendungen in der Luft verwenden immer noch AM. Es wird für Funkverbindungen von Boden zu Luft und von Boden zu Boden verwendet. zB Fernsehnormübertragung, Navigationshilfen, Telemetrie, Radar und Fascimile. usw.

Einseitiges Band:  

• Die Amplitudenmodulation in Form eines Einseitenbandes wird immer noch für Punkt-zu-Punkt-HF-Funkverbindungen (Hochfrequenz-Funkverbindungen) verwendet.

Quadraturamplitudenmodulation: 

• AM wird häufig für die Übertragung von Daten verwendet, von drahtlosen Kurzstreckenverbindungen wie Wi-Fi bis hin zu zellularer Telekommunikation und vielem mehr. Die Quadraturamplitudenmodulation wird durch Mischen von zwei Trägern gebildet, die um 90 ° phasenverschoben sind.