Amplitudimodulaatio

AM modulaatio

Amplitudimodulaatio (AM) on vastaanottotavaltaan erittäin yksinkertainen ja tekotavaltaan melko yksinkertainen modulaatio.

Matemaattisesti katsoen:

$x_{c}(t)=A_{c}\left(1+\mu x\left(t\right)\right)\cos \left(\omega _{c}t\right)\,$

tai:

$x_{c}(t)=A_{c}\cos \left(\omega _{c}t\right)+A_{c}\mu x\left(t\right)\cos \left(\omega _{c}t\right)\,$

missä:

• $t\,$: aika
• $x_{c}\left(t\right)\,$: modulaation tulos
• $A_{c}\,$: kantoaallon amplitudi (jos sitä ei moduloitaisi vaan annettaisiin tulla täysillä)
• $\mu \,$: modulaatioindeksi (välillä 0.0-1.0 - tavallisesti 0.7-0.8)
• $\omega _{c}\,$: kantoaallon taajuus
• $+1\,$: DC-bias, jolla alkuperäinen äänen verhokäyrä nostetaan kokonaan nollan yläpuolelle.

Jälkimmäinen muoto on kantoaalto + DSB (ks. jäljempänä).

Modulaatio ei ole koskaan niin syvä, etteikö kantoaaltoa jäisi ollenkaan jäljelle. Tämä syvyys tunnetaan termillä modulaatioindeksi.

Amplitudimodulaatiosignaaliin tulee aina kantoaalto, sekä kaksi versiota (sivunauhaa) alkuperäisestä signaalista:

AM modulaattori

Amplitudimodulaattori voidaan tehdä monin tavoin, esim:

1. C-luokassa toimivan vahvistimen käyttöjännitettä säätäen AM-verhokäyrän tahdissa.
2. Balansoitu modulaattori DC-biaksella nollan ylle siirretyllä syötesignaalilla.
3. Ottamalla kantoaallosta kaksi kopiota tehojakajalla, toinen käytetään balansoidussa modulaattorissa tuottamaan lähdesignaalista DSB-signaali josta kantoaalto puuttuu, lopuksi sopivalle tasoille vaimennetut DSB ja kantoaaltonäyte summataan ja saadaan klassinen AM.

Verhokäyrämodulaattorit

Modernit tekniikat ovat periaatteessa samanlaisia kuin ensimmäiset pitkäaaltoasemien lähettimet, jotka tuottivat 100-300 kHz vaihtojännitettä äärimmäisen moninapaisilla isoilla pyörivillä generaattoreilla. Generaattorin esimagnetointia säädettiin lähetettävällä äänellä - korkea amplitudi -> paljon esimagnetointia -> paljon RF virtaa. Pyörivää massaa piti olla myös paljon, koska raskas kuorma (korkea amplitudi) hidasti pyörimistä -> taajuus vaelteli.

Modernit AM lähettimet käyttävät joko putkia tai transistoreita (riippuen tehosta) ja toimivat yleensä C-luokassa. Itse tehovahvistin on periaatteessa vain viritetty tankki-piiri jota potkitaan taajuutta ja vaihetta muuttamattomalla kantoaaltolähteellä.

Rakenteen ongelma on virtalähteessä. Mitä isompitehoinen lähetin, sitä enemmään tarvitaan virtalähteeltä suorituskykyä ja jossain yleisradiokäytössä tarvitaan jo 10-20 kV virtalähde, jota voidaan säätää 10 kHz kaistalla nollasta täyteen tehoon ja takaisin. (Tai minne tahansa sillä välillä.)

Tällaisella periaatteella toimivat vahvistimet tunnetaan usein myös nimityksellä: D-luokka. Ne ovat myös energiatehokkaita - hyötysuhteet ovat 70-80%, kun A-luokan vahvistimet eivät pääse yli 40%:in.

AM exciter + PA

Toinen tapa tehdä asia on viis veisata tehohäviöistä ja tehdä AM-modulaatio itsessään pienillä energiatasoilla, josta se vahvistetaan A-luokan ns. lineaarisella vahvistimella.

Tätä näkee paljon esim. radioamatööriradioissa jotka ovat jo lähtökohtaisesti suunnitellut lähettämään SSB signaalia, jossa on helpointa tehdä lineaarinen tehovahvistin ja antaa käyttämättömän osan tehosta päätyä päätetransistorin jäähdytykseen.

AM-exciterinä toimii esim. Balansoitu modulaattori syöttäen sille DC-biaksella nollan ylle siirrettyä verhokäyrää. Tämän modulaattorin pitää tietysti olla versio, jossa DC-bias on mahdollista syöttää (tavallisesti esim. diodirengassekoittimissa välitaajuusportti on DC kytketty.)

DC-bias aikaansaa balansoidussa modulaattorissa kantoaaltovuodon, joka tässä tapauksessa on haluttua.

Koska "AM = DSB + kantoaalto", voidaan rakentaa myös modulaattori jossa kantoaallosta tehdään kaksi kopiota (3dB tehojakajalla) ja biasoimattomalla täydellisesti balansoidulla modulaattorilla tuotettu DSB (vaimennettuna ehkä modulaatioindeksin μ verran) summataan kantoaallon toiseen kopioon.

AM demodulaattori

Amplitudimoduloitu signaali on helppo ilmaista tasasuuntaamalla saatu radiotaajuinen teho ja alipäästösuodattamalla siitä audiosignaali.

Diodi-ilmaisin

Edellä tarkoitettu radiotaajuinen teho on yleensä alkuperäisestä signaalista välitaajuudelle siirretty ja useampaan kertaan kaistanpäästösuodatettu versio alkuperäisestä, mutta yksinkertaisin vastaanotin on ns. kidekone, jossa antenniin on yhdistetty kaistanpäästö resonanssipiiri jolla valitaan kuunneltava taajuus ja tasasuuntaajalla otetaan verhokäyrää tuon resonanssipiirin yli herkkään kuulokkeeseen.

Synkroninen ilmaisin

.. synkroninen ilmaisin ..