Modulazione AM - Verificare la modulazione in ampiezza di un segnale elettrico, SPETTRO DEL SEGNALE AM

Modulazione AM

Scopo:

Verificare la modulazione in ampiezza di un segnale elettrico. 

Schema : 

VLF Vportante = 0.3 V ch1 =Portante

fHF = 11 MHz f = 10 MHz  ch2 =Modulante

fFL  = 10 KHz f LF = KHz 

Strumenti utilizzati :

Oscilloscopio a doppia traccia,20 MHz kenwood,cs-4125

Generatore di funzione (GW gfg-80206

Alimentatore duale ±12 V(Elettronica Veneta,power supplì ps1/ev

Monitor di spettro (cushman ce-l5

Generatore di segnale (Elettronica Veneta

Cenni teorici sulla modulazione AM

La modulazione non è altro che una traslazione di banda; nella modulazione entrano in ballo due segnali detti modulante (Vm), a cui viene associata una frequenza fm, e portante (Vp), a cui viene invece associata una frequenza fp, supposto inoltre fm<<fp. Con tale tecnica, in realtà, non si fa altro che adattare il canale alla trasmissione di più segnali contemporaneamente.

La modulazione d'ampiezza AM non fa altro che sagomare l'ampiezza della portante a seconda dell'andamento della modulante. Supponiamo di avere due segnali generici:

Vm(t) = B*cosw_mt

Vp(t) = A*cosw_pt

Nell'ipotesi che A>B, fm=1KHz e fp=10MHz (fp>>fm), risulta ovvio che in un periodo di Vm ve ne siano ben 10.000 di Vp.

Da una formula matematica risulta che il segnale modulato che vien fuori dalla modulazioni di questi due segnali generici è:

Vam(t) = A+Ka*cosw_mt *cosw_pt

dove Ka rappresenta la "costante di modulazione" il cui valore è sempre £1 e pertanto supposto per semplicità uguale a 1. In effetti il modulatore non fa altro che moltiplicare i due segnali, e ciò è possibile solo se all'interno del modulatore vi sono componenti non lineari.

L'andamento della Vam(t) in uscita dal modulatore risulta quindi essere il seguente:

Vam(t)

A+B

A-B

t

Come si nota dal grafico sopra riportato il segnale Vam(t) ha la stessa frequenza della portante ma il suo valore d'ampiezza dipende sia dalla portante stessa che dalla modulante. L'inviluppo, ovvero quella linea immaginaria che unisce tutti i picchi della modulata, rappresenta proprio l'andamento della modulante. 

Si possono distinguere re casi particolari con la modulazione di ampiezza:

a)    quando m=0

b)    quando m=1

c)    quando m>1

Nel primo caso di trasmette solo la portante non modulata in quanto è assente il segnale modulato (B=0); nel secondo caso si dice che la portante è stata modulata al 100 % in quanto l'ampiezza della portante risulta uguale a quella della modulante. In questo caso gli inviluppi della parte positiva e di quella negativa del segnale si toccano in un punto e si è al limite della distorsione. E' una situazione sicuramente da evitare.

Nel terzo caso l'inviluppo del segnale AM non risulta più sinusoidale in quanto l'ampiezza della modulante è maggiore dell'ampiezza della portante. Conseguenza di tale condizione è il taglio dei picchi del segnale modulato per la sovrapposizione degli inviluppi. E' la cosiddetta sovramodulazione.

Vam(t) Vam(t)

t t

1 2

Vam(t) Vam(t)

t  t

3.1 3.2

SPETTRO DEL SEGNALE AM

Lo spettro del segnale AM è la rappresentazione ampiezza/frequenza che indica la distribuzione delle varie componenti, che costituiscono il segnale, in funzione della frequenza, determinando così la banda occupata e la sua allocazione nell'intera gamma delle frequenze.

La banda di frequenza del segnale modulato ha espressione matematica

dove f_m è la frequenza del segnale modulante.

Pertanto l'intero segnale modulato in ampiezza è contenuto in una banda passante pari a 2f_m ed è concentrato alla frequenza della portante. Questo significa che in ogni banda laterale è contenuto l'intero segnale d'informazione e quindi trasmettendo il segnale AM si trasmette una doppia informazione.

A

m*A/2 m*A/2

B

fm fp-fm fp fp+fm

Bf

La banda in frequenza di tale segnale risulta: Bf=(fp+fm)-(fp-fm)=2fm

POTENZA E RENDIMENTO DEL SEGNALE AM

Nell'ipotesi che il modulatore sia caricato con una resistenza R si ha: Pt=Pp+Pbli+Pbls, dove Pp= potenza portante, Pbli= potenza banda laterale inferiore e Pbls= potenza banda laterale superiore. Poiché P= Veff²/R e Veff= Vmax/ 2 risulta:

Pp= A²/2R    e Pbli=Pbls= (m²*A²)/8R

Di conseguenza la potenza totale sarà pari a :

Pt=A²/2R*(1+(m²/2))=Pp*(1+(m²/2))

Il rendimento, invece, di un segnale AM è :

h=Pbli/Pt=Pbls/Pt=m²/(2*(2+m²)) e di conseguenza se si lavora con un valore di m di circa 0.3 il valore di h è di 2.15%. la potenza totale, risulta inoltre per metà data dalla potenza della portante e per metà dalla somma delle due potenze delle bande laterali.

Cenni teorici sull'analizzatore di spettro

L'analizzatore di spettro è uno strumento che fornisce l'immagine, sullo schermo di un tubo catodico, dello spettro di ampiezza di un segnale elettrico

Non rappresenta invece la componente continua.

Le applicazioni più importanti di questo strumento riguardano le radiodiffusioni, la stereofonia, la televisione, il radar e la trasmissione dati.

Lo strumento consente di verificare con grande precisione la larghezza di banda ed il livello del segnale emesso da una trasmittente, analogica o numerica verificando se le loro caratteristiche corrispondono alle prestazioni richieste. La presentazione dell'immagine esterna, specialmente nei modelli meno recenti, può essere di tipo analogico, ed allora esso si presenta esternamente del tutto simile all'oscilloscopio, oppure digitale, ed allora il suo schermo somiglia molto di più a quello di un computer.