خانه / آموزش / مروری بر مدولاسیون AM و آشکارسازی آن

مروری بر مدولاسیون AM و آشکارسازی آن

 

مدولاسیون AM یکی از رایج ترین روش های پخش امواج رادیویی خصوصا پخش همگانی است وهم اکنون نیز استفاده وسیعی دارد. این شیوه بیشتر توسط ایستگاه‌های رادیویی که رویکرد پخش اخبار داشته و یا اغلب حجم مطالب مورد انتشارآنها را “صحبت کردن” تشکیل می دهد ، مورد استفاده واقع می گردد .

انتشار امواج رادیویی AM بر روی چند باند فرکانسی مختلف به شرح زیر انجام می‌گیرد :

باند امواج بلند ( LW ): فرکانس های محدوده ۱۵۳-۲۷۹ کیلوهرتز

باند امواج متوسط ( MW ): فرکانس های محدوده ۵۳۰-۱٫۷۱۰ کیلوهرتز

باند امواج کوتاه ( SW ): فرکانس های محدوده ۲٫۳۰۰-۲۶٫۱۰۰ کیلوهرتز

تخصیص این باندها در وهله اول بر اساس تصمیم “ITU ” یا اتحادیه بین المللی مخابرات و در مراحل بعدی بر اساس سازمان‌های تنظیم مقررات ملی هر کشور انجام می‌گیرد. برای مثال در کشور ما، سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی و در ایالات متحده، FCC یا کمیسیون فدرال ارتباطات عهده‌دار انجام این تقسیم بندی و تخصیص هستند.

امواج متوسط وکوتاه باندAM ، در شب و روز رفتار و اثرات متفاوتی را از خود نشان می‌دهند. در طول روز سیگنالهای AM بوسیله امواج زمینی منتقل می‌شوند. در انعکاس از زمین امواج AM، سیگنال ها قادرند تا چند صد کیلومتری ایستگاه ارسال شوند واین در حالی است که این امواج بعد از غروب آفتاب بر اساس تغییرات لایه یونسفر جو به شیوه انتشار آسمانی منتقل می‌گردند که در این حالت امواج منتشر شده از ایستگاه تا فواصل دورتری نسبت به روز قابل ارسال و دریافت خواهند بود. سیگنالهای رادیوییAM در فضاهای شهری می‌توانند براحتی توسط ساختمانهای مرتفع وآسمان خراش‌ها گسیخته ومختل شوند. به علاوه دیگر منابع انتشار امواج رادیویی نیز می توانند اثرات مخرب و نامطلوبی بر فرایند انتقال این امواج بر جای گذارند.

 

مروری بر مدولاسیون AM و آشکارسازی آن
مدولاسیون دامنه یا Amplitude Modulation فرایند تغییر دامنه یک موج حامل (معمولا یک موج حامل بسامد رادیویی طبق مشخصات سیگنال یا علامتی دیگر(مانند سیگنال‌های صوتی حاصل از صدای انسان یا وسایل موسیقی ) و یکی از روش‌های ارسال خبر به وسیله امواج رادیویی است .

در مدولاسیون AM ، یک سیگنال پیام وجود دارد که باید ارسال شود . روش ارسال در این مدولاسیون ، ضرب کردن سیگنال صوتی در یک سیگنال کریر ( حامل ) با فرکانس بالا می باشد . با ضرب این دو سیگنال در هم سیگنال پیام صوتی سوار بر دامنه ی موج کریر می گردد و سپس توسط آنتن با طول مناسب ارسال می گردد . بنابراین در شیوه مدولاسیونAM در یک بازه زمانی دامنه امواج حامل دچار تغییرات می‌گردد در حالی که فرکانس ثابت و پایدار می‌ماند .

 

مدار فرستنده AM :

مدار فوق یک فرستنده AM در باند ۵۰۰ کیلوهرتز تا ۱۶۰۰ کیلو هرتز را نشان می دهد . مدار فوق از سه بخش تشکیل شده است ، بخش اول یک میکروفن ، بخش دوم تقویت کننده صوتی ( Audio Amplifire ) امیتر مشترک و بخش سوم یک اسیلاتور ( RF Oscillator ) از نوع کولپیتس ( Collpits ) می باشد .

اسیلاتور توسط ترانزیستور Q1 و قطعات اطراف آن ساخته شده است . مدار تانک L1 و C1 هستند که در محدوده ۵۰۰kHz تا ۱۶۰۰KHz تیون می شود . فرکانس اسیلاتور توسط خازن متغیر C1 تنظیم می شود. ترانزیستور Q1 برای نوسان به فیدبک احتیاج دارد بنابراین با اتصال بیس و کلکتور Q1 به طرف مثبت مدار تانک فیدبک برقرار می گردد . خازن ۱ نانوفارادی C7 ، سیگنال بیس را به بالای L1 تزویج می کند . خازن ۱۰۰ پیکوفارادی C2 ، برای اطمینان از عبور سیگنال اسیله شده از کلکتور به امیتر و نیز بازگشت سیگنال از طریق مقاومت داخلی بیس-امیتر ترانزیستور به بیس می باشد. خازن دوم اسیلاتور کولپیتس ترانزیستور R2 نقش مهمی در این طراحی دارد که باعث می شود ولتاژ اسیله شده به علت کوچک بودن مقاومت امیتر Q1 به زمین متصل نشود . همچنین این مقاومت باعث افزایش امپدانس ورودی می شود که به بهبود مدار کمک می کند .

تقویت کننده صوتی توسط ترانزیستور Q2 و قطعات اطراف آن ساخته شده است . ترانزیستور Q2 به صورت امیتر مشترک بایاس شده و دارای خازن دکاپلینک C5 به منظور افزایش گین مدار می باشد . یک میکروفون الکتریکی از نوع electret condenser ( سه پایه ) برای ورود سیگنال در نظر گرفته شده است . مقدار مدولاسیون AM نیز توسط مقاومت ۴٫۷ کیلواهمی P1 قابل تنظیم است . برای مسیر کوتاه آنتن نیازی نیست اما برای افزایش محدوده ارسال یک آنتن ۳۰ سانتی متری می تواند استفاده شود.

مروری بر آشکارسازی AM

بعد از ارسال سیگنال پیام در فرستنده نوبت به دریافت آن توسط گیرنده می رسد . در گیرنده بعد از ورود سیگنال از طریق آنتن ، فیلتر انتخاب باند AM وجود دارد . بعد از فیلتر ، سیگنال های صوتی باید تقویت شده و سپس در یک سیگنال ضرب شود تا از فرکانس بالا به فرکانس پایین تبدیل شود . خروجی این ضرب کننده دارای دو فرکانس است که توسط فیلتر پایین گذر ، فرکانس پایین انتخاب می شود . بعد از این فیلتر ، خروجی مدار می تواند به اسپیکر یا هندزفری وصل شود .

یک گیرنده‌ AM نیز مجهز به یک قسمت فیلتر و یک قسمت آشکارساز می‌باشد که عمل جداسازی سیگنالهای صوتی از امواج حامل و آشکار نمودن آنها را برعهده دارد.

بعد از گذشتن از فیلتر انتخاب باند AM ، سیگنالی که در ورودی آشکار ساز دریافت می شود ، ضمن تقویت شدن یکسو سازی می شود و بعد از یکسوسازی توسط یک خازن و مقاومت پوش سیگنال پیام آشکارسازی شده و پیام تقویت شده به خروجی می رود .

مدار ساده یک آشکارساز پوش و شکل موج های مربوطه را در شکل زیر مشاهده می کنید :


مدار گیرنده AM :

مدار فوق یک گیرنده AM باند ۵۵۰ تا ۱۶۰۰ کیلوهرتز را نشان می دهد . مدار از سه ترانزیستور معمولی با فیدبک اصلاح شده تشکیل شده است و از حساسیت خوبی برخوردار است . هر ترانزیستور همه منظوره ای می تواند در مدار فوق گذاشته شود اما در این طراحی ما از ترانزیستور BC109c استفاده خواهیم کرد . مدار تیون از یک سلف ۲۰۰ میکروهانری و یک خازن ۵۰۰ پیکوفاراد تشکیل شده است که تقریبا در محدوده ۵۵۰kHz تا ۱۶۰۰KHz تیون می شود . ترکیب دو ترانزیستور Q1 و Q2 به صورت فوق باعث ایجاد گین بالا و امپدانس ورودی بسیار بالا می شود . این ترکیب برای جلوگیری از بارگذاری بیش از حد بار به مدار تانک ضروری است .

مقاومت ۱۲۰ کیلواهمی مقاومت فیدبک است که بین خروجی Q2 و ورودی مدار تانک قرار گرفته و مقدار آن روی کارایی و حساسیت کل مدار تاثیر مستقیم دارد . به طوری که فیدبک قوی (کاهش مقاومت) باعث ایجاد زوزه در صدا و فیدبک ضعیف (افزایش مقاومت) باعث نارسایی صدا می گردد .

ترانزیستور Q3 برای دو منظور استفاده می شود . این ترانزیستور همزمان هم سیگنال کریر RF را دمدوله می کند و هم سیگنال صوتی پیام را تقویت می کند . سطح ولتاژ سیگنال پیام خروجی مدار بسته به فاصله بین فرستنده و گیرنده متفاوت است اما معمولا بین ۱۰ تا ۴۰ میلی ولت می باشد که می تواند مستقیما یک هدفون را راه اندازی کند و یا وارد تقویت کننده صوتی دیگری شود.

 

تکنیکهای مدولاسیون دامنه

به طورکلی چهارروش پایه برای مدولاسیون دامنه وجوددارد

الف- ضرب انالوگ

ب- مدولاسیون بامدارهای برش دهنده

ج- مدولاسیون باعنصرخطی

د- مدولاسیون مستقیم بامدارتنظیم شده

همه این روش ها را برای تولیدAM معمولی می‌توان بکارگرفت ولی برای AM باحاصل حذف شده فقط ضرب آنالوگ ومدارهای برش دهنده کاربرد دارند. علاوه براین جزء در مدوله کننده مستقیم بامدارتنظیم شده مدولاسیون درسطوح توان پایین انجام می شودوانگاه تا رسیدن به توان مطلوب تقویت می شود مدوله کننده بامدار تنظیم شده مستقیماً دامنه حاصل راکه باتقویت کننده کلاس c به سطح مطلوب رسیده است مدوله می کند.

 

مدولاسیون آنالوگ

مدولاسیون آنالوگ با هرعنصری که درآن خروجی[(Vo(t ] متناسب با ورودی [(v1(t),v2(t)] است انجام می شود.

(Vo(t)=kv1(t)v2(t

به وضوح اگر v2(t)=g(t), v1(t)=coswot باشد، آنگاه:

(vo(t)=kg(t

که موج AM مطلوب می باشد. در چنین عنصری محدودیت های تئوری وجود ندارد، لیکن برای حفظ اعتبار معادله در عمل محدودیت های روی دامنه و فرکانس

(vo(t), v2(t), v1(t قرار می گیرد.

سیستم خروجی عنصر غیر خطی بالا و v3 چنین داده می شوند:

(v3=ks(v12+2v1v2+v22

و خروجی عنصر غیرخطی پائین v4 چنین خواهد بود:

(v4=ks(v12+2v1v2+v22

لذا خروجی سیستم vo= v3-v4 چنین است:

(v0=4ks1(t)v2(t

که مشابه خروجی مطلوب از مدوله کننده آنالوگ است.

 

مدولاسیون با مدارهای برش دهنده:

این مدولاسیون با برش دادن (g(t با سرعت فرکانس و عبور سیگنال حاصل از فیلترهای میان گذری که روی فرکانس حامل تنظیم است، انجام می شود. ساختار مدار مدوله کننده برش دهنده آمده است که کلید کنترل شونده با cosWot درباره ی AcosWo>0 روشن و در  بازه‌ی AcosWot<0  خاموش است. برای اینکه نشان دهیم این مقدار از عهدهی مدولاسیون برمی آید ابتدا (Vo(t را چنین می نویسیم:

(Vo(t) = g(t) s(t

که (S(t تابع سوئیچ و دارای خواص زیر است:

 

به وضوح( S(t موج مربعی با دامنه واحد است و بسط سری فوریه آن چنین است:

   که نتیجه می‌دهد:

مدولاسیون با عناصر غیرخطی

مدولاسیون با عناصر غیرخطی با جمع مدوله کننده با حامل، اعمال این عنصر غیرخطی و عبور خروجی به دست آمده از فیلتر میان گذر به مرکز wo برای استخراج سیگنال AM مطلوب انجام می گردد. نمودار جعبه ای مدوله کننده با عنصر غیرخطی آمده است. این مدوله کننده محدودیتهای بیشتری از مدوله کننده های قبلی دارد. اول آنکه عنصر غیرخطی نباید از توان دوم فراتر رود، دوم حداکثر فرکانس مدولاسیون Wm باید کمتر از   باشد و سوم اگر عنصر غیرخطی و نیمه دوم توان درسی باشد مدولاسیون 100% یا مدولاسیون با حامل حذف شده امکان پذیر نیست.

مدولاسیون مستقیم با مدار تنظیم شده:

مدولاسیون مستقیم با مدار تنظیم شده از تاثیر[ (g(t) = A [1+mf(t)  برای کنترل ولتاژ دو سرمدار تشدید موازی تنظیم شده روی فرکانس حامل و تحریک شده با منبع جریان متناوب حاصل می شود. چنین مدوله‌کننده ای در شکل آمده است. اگر Q(t) باد شده مدار تنظیم شده به قدرکافی بزرگ باشد، واضح است که( Vo(t فقط شامل مولفه اصلی است. علاوه بر این به خاطر می آوریم که پیک (Vo(t محدود (g(t است، لذا مدوله‌کننده سیگنال AM مطلوب را تولید می کند.

 

مثل همه مدوله کننده های قبل محدودیت این مدولاتور نیز حداکثر فرکانس مدولاسیون Wm می باش. اگر (g(tخیلی سریع عمل کند افزایش عادی پوش (Vo(tمنتقل می شود، دیود باز می ماند و پوش (Vo(t از (g(t مستقل می شود. اعوجاج حاصل را اعوجاج عدم پیروی از پوش گویند. رابطه دقیق Wm مجاز برای جلوگیری از این اعوجاج بدست می آید.

در مدار مدوله کننده مستقیم (g(t باید بیشتر یا مساوی صفر باشد.(g(t منفی سبب جریان dc بی نهایت درون دیود می شود، بنابراین گرچه مدولاسیون معمولی با اندیس واحد قابل حصول است، لیکن نمی توان مدولاسیون معمولی با اندیس واحد قابل حصول است، لیکن نمی توان مدولاسیون با حامل حذف شده بدست آورد. از آنجائیکه عبارت دقیق (Vo(t خواص مدار آمده اند، تحلیل کلی میسر نمی باشد.

 

 

مهندسین برتر

 

همچنین ببینید

Floating regulator(تنظیم کننده متغییر)

Floating regulator(تنظیم کننده متغییر) Voltage Regulators رگولاتور شناور یک نوع رگولاتور ولتاژ است که بدون …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *