Modulacja AM, FM i PM

Modulacja analogowa AM, FM i PM

Po co modulować sygnał analogowy?
Jeśli chcesz przesłać sygnał audio na dużą odległość, okaże się, że próba przesłania sygnału w postaci oryginalnej będzie bardzo trudna. Sygnały audio nie mają odpowiednich właściwości, aby dotrzeć do oddalonego odbiornika. Możesz ustawić olbrzymią głośność, ale uda ci się tylko zirytować swoich sąsiadów. Z drugiej strony sygnały częstotliwości radiowej (RF) mają cenne właściwości propagacyjne. Możesz przesyłać te sygnały na duże odległości, przez przestrzeń kosmiczną, powietrze, lasy i budynki, a nawet wokół gór, i nadal można je prawidłowo odbierać. A co, jeśli mógłbyś spakować swój sygnał audio na sygnał RF? To jest cel modulacji - zabranie cennych informacji, które próbujesz przesłać, czy to głosu, czy muzyki, i przekazanie ich komuś znajdującemu się w dużej odległości przez nałożenie tych informacji na nośnik RF. Modulator łączy te sygnały do ​​transmisji. Demodulator rozdziela dwa elementy z powrotem, dzięki czemu możesz odzyskać cenne informacje i pozbyć się sygnału RF.


Rysunek 1 Modulacja i demodulacja sygnału

Istnieją trzy rodzaje podstawowych modulacji: modulacja amplitudy (AM – amplitude modulation), modulacja częstotliwości (FM – frequency modulation) i modulacja fazy (PM – phase modulation).

Modulacja amplitudy
Modulacja AM utrzymuje stałą częstotliwość i fazę oraz skaluje amplitudę proporcjonalnie do sygnału audio. W najprostszym przypadku, gdy sygnał audio jest falą sinusoidalną, widok w domenie częstotliwości wygląda jak trzy tony - nośna plus dwa pasma boczne oddzielone szybkością modulacji. Modulacja niskiej częstotliwości pokazuje pasma boczne blisko nośnej, a modulacja wysokiej częstotliwości pokazuje pasma boczne dalej od nośnej.


Rysunek 2 Modulacja amplitudy w dziedzinie czasu i częstotliwości
 
Modulacja częstotliwości
Modulacja FM utrzymuje stałą amplitudę i zmienia częstotliwość fali w czasie, proporcjonalnie do sygnału audio. Jeśli sygnał audio jest falą sinusoidalną, wówczas w dziedzinie częstotliwości FM wygląda jak sygnał nośny plus pasma boczne, które pokrywają się z modulacją. Możesz to ustalić za pomocą funkcji Bessela. Pamiętaj, że może to wyglądać tak samo jak AM w dziedzinie częstotliwości.


Rysunek 3 Modulacja częstotliwości w dziedzinie czasu i częstotliwości
 
Modulacja fazy 
Modulacja PM utrzymuje również stałą amplitudę, ale przesuwa kształt fali o fazę. Wygląda tak samo jak FM w dziedzinie czasu. Czasami FM i PM nazywane są modulacją kąta, ponieważ są tak podobne w dziedzinie czasu. W dziedzinie częstotliwości PM wygląda jak sygnał nośny plus pasma boczne, które pokrywają się z modulacją. Podobnie jak w przypadku FM, można określić te pasy boczne za pomocą funkcji Bessela.


Rysunek 4 Modulacja fazy w dziedzinie czasu i częstotliwości

Rodzaje analogowych testów demodulacji
Jeśli pracujesz z modulacją analogową, powinieneś sprawdzić, czy modulacja jest poprawna i czy twój sygnał jest liniowy, ma małe zniekształcenia, a ostatecznie jest prawidłowo odbierany i demodulowany. Poniżej znajduje się kilka testów, które możesz wykonać i jak je skonfigurować:

Testy nadajnika
Aby przetestować modulację analogową nadajnika, podłącz wyjście nadajnika do wejścia analizatora sygnału. Analizator oczekuje modulacji sinusoidalnej, dlatego należy stymulować nadajnik modulowaną falą sinusoidalną. Analizator spojrzy na sygnał RF oraz zmodulowaną zawartość audio. Możesz także skorzystać z aplikacji analizatora sygnałów, aby zobaczyć szczegóły modulacji i demodulacji sygnału.

Testy generatora sygnału
Jeśli pracujesz w laboratorium kalibracyjnym, konieczne może być przetestowanie generatora sygnału pod kątem corocznych kalibracji. Ta konfiguracja testowa jest podobna do konfiguracji nadajnika opisanej powyżej. W takim przypadku podłącz wyjście generatora sygnału do wejścia analizatora sygnału. W przeciwieństwie do testu nadajnika, nie musisz dodawać źródła modulacji, ponieważ uruchamiasz modulowane sygnały z generatora.

Testy komponentów
Konieczne może być przetestowanie poszczególnych komponentów, takich jak modulator lub wzmacniacz. W przypadku modulatora stymulujesz jedno wejście generatorem audio, a drugie wejście generatorem sygnału RF. Podłącz wyjście do analizatora sygnału. Następnie analizator pokaże właściwości modulatora. Ten test działa dla modulatorów fazy lub amplitudy.
W przypadku testu wzmacniacza stymulujesz wzmacniacz za pomocą modulatora, aby szukać problemów z zniekształceniami lub kompresją za pomocą analogowej aplikacji demodulacyjnej z analizatorem sygnału.

Wnioski
Transmisja danych audio jest trudna bez sygnału nośnego, który może rozprzestrzeniać się na duże odległości. Modulacja analogowa to proces łączenia danych audio z sygnałem nośnym RF, aby przesyłać dane. Demodulacja to proces oddzielania tych sygnałów w celu otrzymania oryginalnych danych audio. Istnieją trzy główne formy modulacji, z których wszystkie można łatwo zmierzyć za pomocą analizatora sygnału i oprogramowania do demodulacji analogowej.