线性调制(幅度调制)

定义  

          幅度调制的英文全称是Amplitude Modulation。英文简称是AM。中文简称调幅。是指使高频正弦型载波的幅度随幅度调制信号 ( 即基带信号) 变化作线性变化, 所以幅度调制是属于线性幅度调制。
            从波型上看, 已调信号的幅度随幅度调制信号幅度的变化而变化。从频谱上看, 信号已从基带频谱搬移到某个高频段, 而且它的频谱结构完全是基带频谱结构在频域上的简单搬移。由于这种搬移是线性的, 因此又称为线性幅度调制。线性幅度调制又分为双边带载波抑制幅度调制、单边带幅度调制 ( SSB ) 和残余边带幅度调制( VSB) 等, 这主要是靠适当的选择带通滤波器的特性来实现的。
幅度调制是增加和增强消息信号的频率和强度的过程。它是将原始信号和连续高频信号叠加的过程。在调幅(AM)中,载波的幅度随消息信号而变化。AM的过程如下图所示:
幅度调制(AM)
例如
音频信号
音频信号是高噪声的信号。长距离传输此类信号并不容易。因此,音频信号的幅度调制对于成功传输是必要的。AM幅度调制是将消息信号作为载波信号叠加在无线电波上的过程。它与高振幅的无线电载波相结合,增加了音频信号的幅度。

同样,调频(FM)处理载波信号的频率变化,相位幅度调制(PM)处理载波信号的相位变化。

模拟是指随时间连续变化。我们可以将模拟通信和模拟信号定义为:模拟通信是一种随时间不断变化的通信。它是在数字通信之前发现的。它使用低成本组件进行传输所需的带宽更少。模拟信号是随时间连续变化的信号。模拟信号的例子包括正弦波和方波。一个简单的模拟信号如下所示:
AM模拟信号

当消息信号叠加在载波信号上时,称为幅度调制。消息信号叠加在载波的顶部。在这里,叠加意味着将信号放在另一个信号上。形成的合成信号提高了频率和强度。模拟和数字信号都需要在发射器端进行信号转换。转换是在信号被带到通道上以传输到接收器之前进行的。

消息信号
包含要传输到接收器的消息的原始信号称为消息信号。
载波信号
载波信号是频率恒定的信号,通常很高。载波信号波不需要介质来传播。
基带信号
表示频带的消息信号称为基带信号。基带信号的范围从0 Hz到截止频率。它也被称为未幅度调制信号或低频信号。模拟信号是转换为电信号的光/声波的输出。
通带信号
它以高于消息信号最大分量的频率为中心。让我们考虑一个语音信号的例子。它是一种音频信号。
语音信号具有0.3至3.4k Hz的较低基带频率。如果两个人想在同一信道上通信,基带频率会干扰。这是因为较低的频率不允许在同一信道上显示两个基带频率。因此,语音信号使用高达8k Hz的高频载波。它增加了语音信号的频率范围。它允许两个人在同一频道上进行通信而不受任何干扰。
需要幅度调制
通信系统将数据从发射器发送到接收器。数据经过处理,在到达接收器之前会传播数百英里。传输过程中的噪声会影响通信信号的形状。它通过降低信号的频率和强度来进一步误导接收到的信息。需要一个增加信号频率和强度的过程。通信中的过程称为幅度调制。
在通信中将信号从一个地方传输到另一个地方至关重要。在这里,原始信号被新信号替换,将其频率从 f1 - f2 增加到 f1' - f2'。它以可恢复的形式存在于接收器端。幅度调制的要求基于以下因素:
  1. 频率多路复用
  2. 天线
  3. 窄幅
  4. 通用处理
频率多路复用
多路复用是指在同一通道上转换多个信号。假设我们有三个信号要沿着单个通信通道传输,而不会影响信号的质量和数据。这意味着信号在接收端应该是可区分和可恢复的。可以通过以不同的频率转换三个信号来完成。它可以防止多个信号相交。
设三个信号的频率范围为 -f1 到 f1、-f2 到 f2 和 -f3 到 f3。信号之间由防护装置隔开,如下所示:
信号之间由防护装置隔开
如果这些信号的选定频率不重叠,则可以使用适当的带通滤波器在接收端轻松恢复。
天线
天线在自由空间中发送和接收信号。天线的长度是根据发射信号的波长选择的。
窄幅
信号在天线的帮助下在自由空间中传输。假设频率范围为 50 到 104Hz。最高频率与最低频率的比率将为 104/50 或 200。此比率下的天线长度在一端会变得太长,而在另一端会变得太短。它不适合传输。因此,音频信号被转换为 (106+ 50) 到 (106+ 104) 的范围。现在的比率将在1.01左右。它被称为窄带。因此,转换过程可以根据要求更改为窄带或宽带。
通用处理
有时,我们需要处理不同信号的频谱频率范围。如果信号数量很大,最好在某个固定的频率范围内工作,而不是处理每个信号的频率范围。
例如:超杂炔接收器,在这里,使用本地振荡器将通用处理模块调谐到不同的频率。

调幅的类型

幅度调制类型由ITU(国际电信联盟)指定。调幅有三种类型,具体如下:
  • 单边带幅度调制
  • 双边带幅度调制
  • 退化边带幅度调制

AM的原始名称是DSBAM(双边带幅度调制),因为边带可以出现在载波频率的两侧。

单边带幅度调制 (SSB)
SSB AM是仅在载波频率的一侧产生边带的标准方法。幅度调制可以在载波频率的两侧产生边带。在SSB中,它使用带通滤波器来丢弃一个边带。SSB幅度调制过程提高了传输介质的带宽利用率和总传输功率。
双边带抑制载波幅度调制 (DSB-SCB)
双精度表示两个边带。DSB中AM产生的频率与载波频率对称。DSB进一步分为DSB-SC和DSB-C。DSB-SC(双边带抑制载波)幅度调制不包含任何载波频段,因此与其他类型的幅度调制相比,其效率也是最大的。DSB-SC 中的载波部分从输出组件中移除。DSB-C(带载波的双边带)由载波组成。DSB-C 生成的输出具有与消息和载波组件组合的载波。
退化边带幅度调制 (VSB)
有些信息是SSB,DSB可能会丢失。因此,VSB用于克服这两种AM的缺点。前哨表示信号的一部分。在VSB中,一部分信号被幅度调制。

调幅的历史

  • 1831年,英国科学家迈克尔·法拉第发现了电磁
  • 1873年,数学家和科学家詹姆斯·麦克斯韦(James C Maxwell)描述了电磁波的传播。
  • 1875年,格雷厄姆·贝尔发现了电话。
  • 1887年,德国物理学家赫兹发现了无线电波的存在。
  • 1901年,一位名叫R Fessenden的加拿大工程师翻译了第一个调幅信号。
  • R Fessenden使用火花隙发射器发现了它,该发射器在电火花的帮助下传输信号。
  • AM的实际实施始于1900年至1920年之间,通过无线电电话传输。这是使用音频或语音信号进行通信。
  • 第一台连续增材制造变送器是在 1906 年至 1910 年左右开发的。
  • 1915年,美国理论家J R Carson发起了幅度调制的数学分析。他表明,单个频段足以传输音频信号。
  • 1915年12月1日,J R Carson为SSB(单边带)幅度调制申请了专利。
  • 收音机AM广播在1920年左右发明真空管后开始流行。

调幅的频率转换

通过将信号与辅助正弦信号相乘来传输信号。它由以下人员提供:
  • Vm(t) = A mcosωmt
  • Vm(t) = A mcos2πfmt
Am 是振幅常数
Fm 是幅度调制频率
Fm = ωm/2π
光谱图将是双面振幅图。它由两行组成,每行的振幅为 Am/2,如下所示:
振幅
它位于从f = fm到f = -fm的频率范围内。
设辅助正弦信号为 Vc(t)。
Vc(t) = AC cosωCt
通过将双光谱模式与辅助信号相乘,我们得到:
Vm(t)。Vc(t) = Am cosωmt x A C cosωCt
Vm(t)。Vc(t) = Am A C cosωmt cosωCt
现在有四个光谱分量,如上所示。
这意味着频谱模式现在有两个正弦波形,频率分别为Fc + Fm和Fc - Fm。乘法前的振幅为 Am/2。但是,乘法后的分量从 2 增加到 4。
现在的振幅将是:
AmAc/4
1 个正弦分量 = 2 个频谱分量
因此,每个正弦分量的振幅将为:
AmAc/2
乘法后的频谱模式在正频率和负频率方向上转换。如果将这四种频谱模式的增益相乘,则得到的将是 6 个频谱分量,形式为 8 个正弦波形。

幅度调制指数

幅度调制指数定义为消息信号的最大值与载波信号的比值。
它由以下人员提供:
幅度调制指数 = M/A
M 是消息信号的幅度
A是载波信号的幅度

Modulation index = Am/Ac
增材制造的效率
幅度调制的效率定义为边带功率与总功率的比值。
效率 = ps/pt
总功率是边带功率和载波功率之和。
Pt = Ps + Pc
因此,我们也可以将效率定义为:
效率 =ps/ ps + pc
频域中的Am信号可以表示为:
S(t) = A C[1 + km(t)] cosωCt
哪里
m(t) 是基带信号
k 是振幅灵敏度
s(t) 保留基带信号 I 其包络
s(t) = A C cosω Ct + A C km(t)cosωCt
第一项是载波项,第二项是边带项。
功率可以表示为:
对于载波项,功率 =AC 2/2
对于边带项,功率 =AC 2 k 2/2x pm
Pm 是边带项中存在的消息信号的平均功率。
效率 = AC 2 k 2 pm/2 /( a c 2 k 2 pm/2 + ac 2/2)
效率=k 下午 2 点/1 + k下午 2点
它是用于查找幅度调制功率效率的常用表达式。
由于双边带抑制载波幅度调制中没有载波,因此其效率为50%。在正弦波形的情况下,单音幅度调制信号的效率约为33%。使用SSBSC(单侧幅度调制抑制载波)可以实现100%的最大效率。

优势

幅度调制的优点如下:
  • 幅度调制通过改变消息信号的幅度来帮助信号长距离传播。
  • AM接收器和发射器中使用的组件成本低。
  • AM信号易于幅度调制和解调。
  • 幅度调制信号的频率低于载波信号。
  • 幅度调制的实施过程很简单。
用于传输的通信信道可以是有线信道或无线信道。它将发射器连接到接收器。它还将信息从发射器传输到接收器。

弊端

AM是一种广泛使用的幅度调制,尽管它有各种缺点。幅度调制的缺点如下:
  • 由于AM探测器的存在,它更容易受到噪声的影响。它会影响到达接收器的信号质量。
  • 它在载波频率的两侧都有边带。双边带中的功率未得到100%利用。AM波携带的功率约为33%。这意味着双面中超过一半的功率被浪费了。
  • AM需要高带宽,即音频频率的两倍。

调幅的应用

调幅的应用如下:
  • 由于存在高频载波信号,广播。幅度调制会增加消息信号的频率。因此,由于这一优势,它被广泛用于广播。
  • 波段无线电调。幅用于便携式双向无线电和频段无线电,以实现有效通信。
数值示例
让我们讨论一个基于幅度调制的示例。
例:求载波功率为400W、幅度调制指数为0.8的调幅信号的总功率。
解决方案:计算调幅信号总功率的公式由下式给出:
Pt = Pc (1 + m 2/2)
Pt是总功率
PC是载波功率
M 是幅度调制信号
Pt = 400 (1 + (0.8)2/2)
Pt = 400 (1 + 0.64/2)
Pt = 400 (1 + 0.32)
Pt = 400 (1.32)
Pt = 528 瓦
因此,调幅信号的总功率为528瓦。

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