Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki Skrypt do ćwiczenia T.09 Określenie procentu modulacji sygnału zmodulowanego AM
1. Określenie procentu modulacji sygnału zmodulowanego AM Poznanie sposobów określenia procentu modulacji sygnału zmodulowanego AM z wykorzystaniem do tego celu Oscyloskopu oraz Analizatora Widma. 1.1. Część teoretyczna Jak można było zaobserwować w ćwiczeniu 8, zwiększanie lub zmniejszanie amplitudy sygnału informacji przyczynia się do zwiększenia lub zmniejszenia szczytów i dolin w obwiedni sygnału zmodulowanego AM. Odpowiada to zmianom procentu modulacji, który to termin używany jest gdy indeks modulacji m jest wyrażany w procentach. Procent modulacji jest równy m pomnożonemu przez 100%. Indeks modulacji jest ważnym parametrem sygnału zmodulowanego AM. Zdefiniowany jest jako stosunek amplitudy sygnału informacji i niezmodulowanej fali nośnej. Do pomiaru indeksu modulacji jako sygnał wiadomości wykorzystuje się sygnał fali sinusoidalnej. A s Indeks modulacji AM= m= A n A s wartość sygnału amplitudy wiadomości A n wartość szczytowa amplitudy niezmodulowanej nośnej % Modulacji= m 100% Rysunek 1.1. przedstawia sposób zdefiniowania i pomiaru indeksu modulacji. Rysunek pokazuje sygnał wiadomości w postaci fali sinusoidalnej, dla której wartość szczytowa amplitudy wynosi 200 mv, podczas gdy wartość szczytowa amplitudy niezmodulowanej fali 0,2 1 = nośnej wynosi 600 mv. Indeks modulacji wynosi zatem 0,6 3 a procent modulacji: 1 1 100% = 33 % 3 3. Rysunek 1.1. Indeks modulacji AM (m). Uwaga: Sygnał informacji podawany na wejście nadajnika AM przed modulacją przechodzi zazwyczaj przez: wzmacniacze, filtry i inne układy. Oznacza to, że amplituda sygnału wiadomości, która faktycznie podlega modulacji ma inną wartość niż amplituda
sygnału wejściowego informacji, a co za tym idzie indeks modulacji obliczony z wartości wejściowej jest błędny. W praktyce indeks modulacji przeważnie wyznaczany jest z przebiegu sygnału zmodulowanego AM. Indeks modulacji może być wyliczony z przebiegu zmodulowanego AM tak jak jest to pokazane na rysunku 1.1. Pomiary wartości A i B wykonuje się za pomocą oscyloskopu, a do wyliczenia indeksu modulacji używa się równania: [1] A B m= A + B W tym szczególnym przypadku (na rys. 1.1), A = 7.6 podziałki i B = 3.8 podziałki a więc: 7.6 3.8 3.8 1 m= = = - otrzymany wynik jest identyczny z wynikiem poprzednim 7.6 + 3.8 11.4 3 Uwaga: w niektórych publikacjach można spotkać się z oznaczeniami Emax i Emin, w zamian za A i B, w równaniu na obliczenie indeksu modulacji. Ten sam wynik będzie osiągnięty w obydwu przypadkach ponieważ A=2 Emax i B= 2Emax. Istnieją dwie metody określenia indeksu modulacji sygnału zmodulowanego AM. W pierwszej z nich, Oscyloskop ustawiany jest w trybie pracy X Y. Sygnał informacji podłączony jest do kanału 1 - x (ang. channel 1), a sygnał modulowany do kanału 2 - Y (ang. channel 2). Rysunek 1.2 obrazuje otrzymany kształt trapezoidalny. A B m = A B A + B Rysunek 1.2. Metoda trapezoidalna służąca do określenia indeksu modulacji. Po wykonaniu pomiarów wartości A i B oblicza się indeks modulacji wykorzystując do tego równanie (1). W drugiej metodzie do określenia indeksu modulacji używany jest Analizator Widma. W tej metodzie, różnica pomiędzy mocą fali nośnej i mocą wstęgi bocznej odpowiada danemu indeksowi modulacji. Dla przykładu, na rysunku 1.3, wynosi 7,5 db. Używając wykresu z rysunku 1.4, odczytujemy że odpowiada to indeksowi modulacji równemu m=0,84. Indeks modulacji o wartości 1/3, jaki był używany we wcześniejszym przykładzie odpowiada różnicy równej 15,5 db.
= 7.5dB LSB NOŚNA USB Rysunek 1.3. Różnica pomiędzy mocą nośnej a mocą wstęgi bocznej określona w db. Rysunek 1.4. Pomiar indeksu modulacji z wykorzystaniem Analizatora Widmowego. Spośród metod przedstawionych w celu określenia indeksu modulacji, metoda trapezoidalna jest prawdopodobnie najbardziej powszechną. Gdy sygnałem modelującym jest
głos lub muzyka, indeks modulacji jest ciągle zmieniany, ale kształt trapezoidalny dostarcza jednakowych wskaźników i pozwala na dokonanie pomiaru indeksu modulacji. Gdy wartość szczytowa sygnału wiadomości równa się wartości szczytowej niezmodulowanego sygnału fali nośnej uzyskiwane jest 100 % modulacji. Rysunek 1.5 przedstawia przebiegi sygnałów zmodulowanych AM i kształty trapezoidalne dla m równego 0,5 i 1,0. Przemodulowanie (m > 1) występuje gdy sygnał modulujący posiada większą wartość szczytową niż amplituda sygnału niezmodulowanej fali nośnej. Przemodulowanie jest niepożądanym stanem w transmisji sygnałów zmodulowanych AM. Rysunek 1.5. Przebiegi sygnałów AM i kształty trapezoidalne dla m = 0,5 i m = 1,0. Indeks modulacji jest wprost powiązany z mocą i sprawnością transmisji AM. W przypadku stu procentowej modulacji każda wstęga boczna posiada amplitudę równą połowie amplitudy sygnału fali nośnej. W momencie wystąpienia przemodulowania obydwie strony obwiedni przechodzą poprzez zerową linię odniesienia. W takim przypadku w sygnale odbiornika poza właściwymi wstęgami bocznymi pojawiają się inne niepożądane częstotliwości, które znajdują się zwykle poza wyznaczonym dla stacji nadawczej pasmem częstotliwości. Jest to przyczyną zniekształcenia w odbiorze sygnału i interferencji z innymi stacjami. Rysunek 1.6 ilustruje przemodulowanie i pokazuje dodatkowo produkowane częstotliwościowe wstęgi boczne.
pożądane wstęgi boczne nośna częstotliwości niepożądane uzyskane przez przemodulowanie Rysunek 1.6. Produkty przemodulowania: zakłócenia i zniekształcenia. Ten typ przemodulowania jest znany jako przemodulowanie nieliniowe ponieważ część sygnału jest obcięta. Innym typem przemodulowania jest przemodulowanie liniowe, w którym dodatkowe płaty sygnału nie są wycinane gdy strony modulacji kopertowej przechodzą poprzez zerową linię odniesienia. Rysunek 1.7 ilustruje przemodulowanie liniowe. Rysunek 1.7. Przebieg otrzymywany w wyniku przemodulowania liniowego. 1.2. Część praktyczna Opis ćwiczenia Celem wykonania ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem przesunięcia częstotliwości sygnału pasma podstawowego, poznanie metod określania procentu modulacji oraz obserwacja efektów powodowanych poprzez jego zmiany. Na rysunku 1.8 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)
Generator AM/DSB/SSB Wyjście AM/DSB/SSB Wejście Analizator Widma Wejście audio Wyjście kanału A kanał 1 Oscyloskop Dwukanałowy Generator Funkcji Rysunek 1.8. Schemat ideowy przedstawiający połączenia pomiędzy urządzeniami wykorzystywanymi w ćwiczeniu.