Amplitude modulation



Jeg er klar over at dette er et meget gammelt emne. Men AM er trods alt grundlaget for flere af vores andre modulationsformer og der er i tiden løb opstået mange forskellige forklaringer af, hvad AM er, hvordan man modulerer et AM signal og hvordan man demodulerer samme.
Derfor vil jeg nu, efter mange års tilløb, komme med et partsindlæg.
Jeg har læst mange forklaringer på, hvordan man fremstiller et AM signal. Den seneste læste jeg i radioamatørernes kursusbog, Vejen til Sendetilladelsen, 7. udgave, hvor der står, at når man amplitudemodulerer et sinusformet HF signal med et LF signal, er HF signalet ikke længere sinusformet og der opstår sidebånd. Ellers er forklaringen, at når man ændrer HF signalets amplitude, opstår der på mystisk vis nogle sidebånd.
Men lad os kigge lidt nærmere på selve processen at amplitudemodulere. Hvis vi nu skal fremstille et amplitudemoduleret signal og være sikker på at det kun er amplituden, der ændres og at vi ikke uforvarende får indført en proces, vi ikke kender, må vi sikre os at vi anvender den korrekte metode. Den mest simple metode, hvorved vi kan ændre amplituden – og kun den – er ved hjælp af en spændingsdeler. Se fig. 1.
Variabelt dæmpeled FET dæmpeled
Fig. 1 Fig. 2

Men når amplituden skal ændres mange tusinde gange i sekundet, er det lidt svært at følge med når man skal dreje på den variable modstand. Heldigvis kan en field effekt transistor, FET, anvendes som variabel modstand (fig. 2). Nu kan vi tilføje nogle signaler, og for nemheds skyld vælger vi 1 MHz for HF signalet og 1 kHz for LF signalet. Det tilføjer vi vores variable dæmpeled - eller er det en amplitude modulator? (Fig. 3):
Udgangssignalet ligner ikke helt det, som vi håbede på. Amplituden blev godt nok ændret i takt med LF signalet, men den ene halvdel mangler. Og lytter vi til signalet i en modtager, hører vi blot en tom bærebølge. Modulationen blev ikke overført.
Variabel dæmpning
Fig. 3

Hvad er der galt med vores opstilling? Jo, vi mangler det uliniære led, en diode, transistor, i gamle dage et radiorør, eller noget lignende. Hvad er det, der sker, når vi tilfører to signaler til et uliniært led? Jo, vi får, ud over de to indgangssignaler, sum- og differenssignalerne. Og da vi kun skal bruge de højfrekvente signaler, filterer vi LF signalet fra. Så i vores tilfælde har vi indgangssignalet på 1000 kHz, sumsignalet på 1001 kHz og differenssignalet på 999 kHz, de to sidstnævnte er hhv. øvre og nedre sidebånd. Hvis dette virker bekendt, er det fordi en blander fungerer på nøjagtig samme måde. Så om vi kalder vores kredsløb for en modulator eller en blander går ud på et, da virkemåden er ens. Men disse signaler har jo en konstant amplitude, og vi skal jo bruge et amplitudemoduleret signal. Hvor finder vi det?
Jeg vover den påstand, at det amplitudemodulerede signal som sådan eksisterer ikke i virkeligheden, det er med andre ord et imaginært signal. Hvis vi tager et stykke papir, tegner de tre signaler under hinanden og adderer spændingsværdierne punkt for punkt, får vi som resultat den AM indhylningskurve, som vi kender så godt (Fig. 4):


Det vil sige, at på grund af faseforskellen på signalerne får vi, når vi adderer spændingerne og tager hensyn til fortegnet, et numerisk resultat, som ændrer sig i værdi. Det er dette sammensatte signal vi ser på oscilloscopet, for et oscilloscop kan ikke vise de enkelte signaler, kun det adderede resultat af alle de signaler, vi tilfører indgangen.

Sammensætning af AM
Fig. 4

Man kan illustrere det ved at tage tre målesendere og indstille dem til bærebølgefrekvensen og frekvenserne på de to sidebånd, kombinere udgangssignalerne og tilføre dem til oscilloscopet. Man vil så se indhylningskurven for et AM signal, som kun er frembragt af faseforskellene på de tre signaler. Hvis man så tilfører et fjerde signal, får man et helt andet billede på oscilloscopet, som slet ikke behøver ligne noget, vi kender, afhængig af frekvens og amplitude. Med denne metode kan man også illustrere hvad der sker, hvis man ændrer amplituden af bærebølge og sidebånd. Men kan endda se, hvordan signalet ser ud hvis man fjerner det ene sidebånd og bærebølgen, altså simulerer en enkeltsidebåndssignal. Og vi vil hele tiden se, at oscilloscopet helt bevidstløst bare viser alle signalerne adderet.
Der er nogen, som illustrerer ovennævnte med vektorer, men det er bare en anden måde at tegne det på. Og det er jo for øvrigt en meget lettere metode at anvende når man skal vise, hvorledes signalerne adderer sig med hinanden.

Nu har vi fået illustreret hvordan vores AM signal er opbygget. Næste punkt bliver at demodulere det, så vi får LF signalet tilbage. En populær forklaring er, at man ensretter signalet og vupti – amplitudeændringerne bliver til LF. Men hvordan ensretter man et imaginært signal? Det gør man heller ikke. Godt nok sker der en ensretning af signalet, men det giver kun en jævnspænding, da signalernes amplitude er konstant, idet man i virkeligheden blot ensretter den HF-energi, der er til stede. Det svarer lidt til at ensrette netspændingen i en spændingsforsyning. Men vi er vel allerede nu helt på det rene med, at en AM demodulator kun kan fremstilles ved brug af et uliniært led, om det så er en diode eller en transistor. Og fra et uliniært led får vi som udgangssignal bl.a. sum- og differensfrekvensen af de tilførte signaler, med andre ord en blander. Det heldigvis så viseligt indrettet, at de svage signaler altid blander sig mod de kraftige. Vi ser det i en modtagers indgangstrin. Antennen opfanger tusindvis af radiosignaler og de blander sig altid nydeligt med lokaloscillatorsignalet, som er betydelig kraftigere, og giver i fineste form mellemfrekvenssignalet. Antennesignalerne blander sig aldrig med hinanden, hvilket jo også ville være temmelig uheldigt, for modtageren ville i givet fald være helt ubrugelig. Det er kun når indgangssignalets amplitude bliver så kraftig, at det begynder at konkurrere med lokaloscillatoren, at vi får problemer, der giver sig udtryk i krydsmodulation og birdies. Denne situation kan opstå, hvis der er en meget kraftig radiosender i nærheden af modtageren. I det tilfælde overstyres indgangstrinet, signalet fra den kraftige sender fungerer som lokaloscillator, indgangstrinet begynder at fungere som blander og senderen kan høres, uanset hvilken frekvens man indstiller modtageren til.
Det er det samme der sker i AM demodulatoren. Vi har et blandertrin, hvor lokaloscillatorsignalet og antennesignalet tilføres den samme elektrode (en blandertype, som var velkendt før i tiden), så vi kan betragte AM demodulatoren som en modtager med en mellemfrekvens på 0 Hz, hvor bærebølgen er lokaloscillatorsignalet og sidebåndene er antennesignalet. Det ene sidebånd er så spejlfrekvensen, men da de er identiske, har det ingen praktisk betydning. Mellemfrekvensfilteret er meget simpelt, for da der ikke kræves nogen særlig selektivitet, kan vi anvende et simpelt lavpasfilter. Og vi kan vise, at bærebølgen fungerer som lokaloscillatorsignal, for hvis dennes amplitude dæmpes under en vis grænse, begynder sidebåndene at blande sig med hinanden og vi får noget ganske uforståeligt ud af det. Det hørte vi af den ældre generation tydeligt, da vi i sin tid lyttede til radiofonistationerne på kortbølge og der opstod selektiv fading. Selektiv fading betyder, at enkelte komponenter i AM signalet bliver udbalanceret af en reflektion af det oprindelige signal. Afhængig af tidsforskellen, og dermed faseforskellen, kunne f.eks. bærebølgen blive udfaset, så kun sidebåndene var tilbage.

Nu har vi ved hjælp af kendte teknikker som blandere og filtre fået fremstillet et AM signal og demoduleret det igen. Og sidebåndene er der intet mystisk ved, de blot resultater af gammelkendt teknik. En naturlig udvikling af AM er DSB, Double Side Band, ISB, Independent Side Band og det mere velkendte SSB, Single Side Band. Og som vi ser, er det hele ganske simpelt.
Gorm Helt-Hansen.

 

 

Indhold Indhold

Næste side

 Næste side