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.

n

s

A

A m AM modulacji Indeks ==

As – wartość sygnału amplitudy wiadomości

An – wartość szczytowa amplitudy niezmodulowanej nośnej

100% m Modulacji % ⋅=

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

nośnej wynosi 600 mV. Indeks modulacji wynosi zatem 3

1

0,6

0,2=

a procent modulacji:

%3

133100%

3

1=⋅

.

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]

BA

BA=m

+

−

W tym szczególnym przypadku (na rys. 1.1), A = 7.6 podziałki i B = 3.8 podziałki a więc:

3

1

11.4

3.8

3.87.6

3.87.6===m

+

− - otrzymany wynik jest identyczny z wynikiem poprzednim

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 BBA

BAm

+

−=

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. Używającwykresu 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.

dB5.7=∆

USBLSB NOŚNA

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.

częstotliwości niepożądaneuzyskane przezprzemodulowanie

nośna

pożądane wstęgiboczne

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 ćwiczeniaCelem 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)

Wejście

DwukanałowyGeneratorFunkcji

GeneratorAM/DSB/SSB

Wyjście

AM/DSB/SSB

Wyjście

kanału A

Wejście

audio

kanał 1

AnalizatorWidma

Oscyloskop

Rysunek 1.8. Schemat ideowy przedstawiający połączenia pomiędzy urządzeniami wykorzystywanymi w

ćwiczeniu.