مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

فهرست مطالب

فصل 1: اجزای یک سیستم رادیویی

مدولاسیون

مقایسة سیستمهای مدولاسیون

نویز الکتریکی

حلقه های قفل شده در فاز

توصیف سادة عملکرد PLL

آشکارساز فاز

اصلاحات PLL

فصل 2: مدولاسیون

مدولاسیون دامنه

سیستمهای دو کنار باندی و تک کنار باندی

روش تغییر فاز

مدولاسیون زاویه

مدولاسیون فاز FM

مدولاسیون فرکانس FM

تعریف ضریب مدولاسیون برای FM

طیف امواج مدوله شدة زاویه ای

تحلیل نویز

داتاکید در سیستمهای FM

مدولاسیون پالس

مدولاسیون زمان پالس PTM

مدولاسیون کدهای پالسی PCM

فصل 4:

گیرنده های FM

مشخصات آشکار ساز FM

پاسخ به سیگنال های تداخلی و نویز

جداسازها

آشکارساز با PLL

آشکار ساز برای FM دیجیتالی

نمونه ای از یک گیرندة FM کامل

اعوجاج مدولاسیون تداخلی و بایاس

فصل 5

فرستنده های FM

مدولاتورهای تغییر فاز

فصل 6

مدولاتورهای FM

فصل 7

دمولاتور FM

تقدير نامه

مقدمه

زمان زیادی از اولین پیامی که مارکونی مخترع رادیو مخابره کرد نمی گذرد. اما در همین زمان کم ارتباطات توسعة فراوانی داشته است. با توجه به پیشرفت های اخیر در زمینة ارتباطات نام عصر ارتباطات برای قرن حاضر بسیار مناسب است عمدة ارتباطات و ارسال امواج مخابراتی توسط دو موج FM و AM صورت می گیرد.

مدارات مخابراتی برای دستگاههای فرستنده و گیرنده ، جدا
کننده ها، تقویت کننده ها ، که خود انواع مختلف دارند با استفاده از مدل ها و روابط ریاضی تعریف می شوند. آماده سازی و ارسال امواج توسط موج (FM) برای مخابرة اطلاعات و پیامها (مدولاسیون FM) و دریافت کردن و جداسازی اطلاعات فرستاده شده جهت استفادة کازربر (مدولاسیون FM) موضوع مورد بررسی این پروژه می باشد.

 

اجزاي يك سيستم راديويي

فرآيندي كه طي آن پيام اصلي به شكل مناسب براي انتقال تبديل مي‌شود مدولاسيون نام دارد. در فرآيند مدولاسيون مشخصه اي – مانند دامنه، فركانس يا فاز – از يك حامل[1] فركانس بالا متناسب با مقدار لحظه اي سيگنال مدوله كننده (پيام) تغيير مي كند. به اين ترتيب محتويات پيام اصلي به بخشي از طيف فركانسي در حوالي فركانس حامل منتقل مي شود. در گيرنده فرآيند معكوس صورت گرفته، آشكارساز سيگنال اصلي را بازيابي مي كند.

در شكل 1 نمودار بلوكي ساده اي از يك فرستنده و يك گيرنده راديويي نشان داده شده تا پردازشهاي انجام گرفته بر روي سيگنالها نشان داده شود. عمل هر بلوك در زير تشريح شده است.

1. منبع سيگنال پيام مي تواند ميكروفون، سوزن گرام، دوربين تلويزيون و يا ديگر وسايل تبديل كننده اطلاعات مطلوب به سيگنال الكتريكي باشد.

2. سيگنال تقويت شده معمولاً براي محدود شدن پهناي باند از يك فيلتر پايين گذر عبور داده مي شود.

3. نوسانساز RF فركانس حامل يا كسر صحيحي از آن را ايجاد مي‌كند. چون براي ماندن گيرنده در فركانس اختصاص يافته به آن، پايداري نوسانساز بايد خوب باشد اين نوسانساز معمولاً توسط كريستال كوارتز كنترل مي شود.

4. يك يا چند طبقه تقويت كننده سطح توان سيگنال نوسانساز را به حد لازم در ورودي مدولاتور مي رساند. براي دستيابي به يك بازده خوب در صورت امكان از تقويت كننده هاي كلاس C استفاده مي شود. مدار خروجي در يك هارمونيك فركانس ورودي تنظيم مي شود و به اين ترتيب عمل «چند برابر كردن فركانس» صورت مي گيرد تا فركانس حامل مضرب صحيحي از فركانس نوسانساز باشد.

5. مدولاتور سيگنال و مولفه هاي فركانسي حامل را تركيب كرده، يكي از انواع موجهاي مدوله شده بخش را ايجاد مي كند. در سيستم ساده شده شكل 1 طيف سيگنال خروجي در حوالي فركانس حامل RF مطلوب قرار دارد. در بسياري از فرستنده ها يك نوسانساز و مخلوط كننده ديگر (شبيه بلوكهاي 10 و 11) بين بلوكهاي 5 و 6 قرار مي گيرد تا موج مدوله شده به گستره فركانسي بالاتري برود.

6. پس از مدولاسيون تقويت كننده هاي ديگري لازم است تا توان سيگنال به مقدار مطلوب براي تحويل شدن به آنتن برسيد.

7. آنتن فرستنده انرژي RF را به يك موج الكترومغناطيسي با پلاريزاسيون مطلوب تبديل مي كند. اگر تنها يك گيرنده (ثابت) مورد نظر باشد، آنتن طوري طرح مي شود كه انرژي تشعشعي تا حد ممكن در جهت آنتن گيرنده منتشر شود.

8 . آنتن گيرنده ممكن است همه جهته و يا در مورد مخابرات فقط به نقطه جهتدار باشد. موج منتشر شده ولتاژ كوچكي در آنتن گيرنده القا مي كند. ولتاژ القايي، بسته به شرايط متفاوت بين چند ده ميلي ولت تا كمتر از 1 ميكرو ولت است.

9 . طبقه تقويت كننده RF توان سيگنال را به مقدار مناسب براي ورودي مخلوط كننده مي رساند و به جداسازي نوسانساز محلي از آنتن نيز كمك مي كند. اين طبقه فركانس گزيني چنداني ندارد و تنها سيگنالهاي خيلي دور از فركانسهاي كانال مورد نظر را حذف مي كند. داشتن يك تقويت كننده قبل از مخلوط كننده به خاطر نويز غير قابل اجتناب مخلوط كننده نيز مطلوب است.

10 . نوسانساز محلي گيرنده طوري تنظيم مي شود كه فركانس آن، ، به اندازه فركانس مياني، ، با فركانس ورودي، ،‌ داشته باشد؛ يعني مي تواند مقادير و را داشته باشد.

11 . مخلوط كننده يك عنصر غير خطي است كه فركانس دريافتي را به فركانس مياني مي برد. موج مدوله شده سوار بر حامل نيز به فركانس مياني برده مي شود.

12. تقويت كننده IF توان سيگنال را به حد مناسب براي آشكارسازي مي رساند و فركانس گزيني آن در حدي است كه سيگنال مطلوب را گذرانده و سيگنالهاي نامطلوب موجود در خروجي مخلوط كننده را حذف مي كند. چون مدارهاي تنظيم شده موجود در بلوكهاي 11 و 12 هميشه در فركانس ثابت كار مي كنند مي توان آنها را طوري طراحي كرد كه فركانس گزيني بالايي داشته باشند. در اين بلوكها غالباً از فيلترهاي سراميكي يا كريستالي استفاده مي شود.

13 . آشكار ساز سيگنال پيام را از ورودي مدوله شده IF جدا مي‌كند.

14. تقويت كننده صوتي يا تصويري توان خروجي آشكارساز را به حد مطلوب براي دادن به بلندگو، صفحه تلويزيون، يا ديگر دستگاههاي خروجي مي رساند.

15. دستگاه خروجي سيگنال اطلاعات را به شكل اصلي (موج صوتي، تصوير و غيره) تبديل مي كند. علاوه بر اينكه سيگنال مطلوب توسط گيرنده پردازش مي شود، نويز الكتريكي در مسير انتشار به سيگنال مطلوب اضافه مي شود. همچنين در تقويت كننده RF ، نوسانساز محلي، مخلوط كننده و ديگر طبقه ها نيز نويز توليد مي شود. نمودار بلوكي شكل 1 تنها براي نشان دادن كل سيستم آورده شده است. سيستمهاي فرستنده و گيرنده در عمل آنقدر مي توانند تغيير كنند كه هيچ بلوكي را نمي توان به عنوان يك بلوك اصلي در نظر گرفت. در فصلهاي بعد آرايش عمومي فرستنده ها و گيرنده هاي كاربردهاي خاص مورد بحث قرار خواهد گرفت.

1-1- مدولاسيون

فرض مي كنيم ولتاژ موج حامل مدوله نشده به اين صورت باشد:

(1) ر

كه در آن، فركانس (رادياني) حامل، دامنه و يك زاويه فاز دلخواه است.

در موج دامنه اي مدوله شده (AM) انحراف دامنه، از مقدار غير مدوله شده اش با مقدار لحظه اي سيگنال مدوله كننده متناسب است. به عبارت ديگر اگر سيگنال مدوله كننده باشد، دامنه حامل بايد به صورت زير با زمان تغيير كند:

(2)

كه در آن ضريب مدولاسيون ناميده مي شود.

1-2- مدولاسيون زاويه اي

در مدولاسيون زاويه اي به جاي دامنه زاويه معادله (1) متناسب با سيگنال مدوله كننده از مقدار غير مدوله شده اش منحرف مي شود. مدولاسيون فاز و مدولاسيون فر كانسي شكلهاي خاص مدولاسيون زاويه هستند. در مدولاسيون فاز (PM) زاويه معادله (1) متناسب با سيگنال مدوله كننده تغيير مي كند. در مدولاسيون فركانسي (FM) مقدار لحظه اي فركانس

 

شكل 1

 

 

 

شكل 2

 

 

 

شكل 3

 

 

 

شكل 4

 

 

شكل (الف) يك موج مدوله كننده مثلثي؛ و موجهاي (ب) AM ، (ج) FM و (د) RM حاصل از آن.

متناسب با مقدار لحظه اي تغيير مي كند. در هر دو مورد دامنه موج ثابت مي ماند. شكل 1-2 موجهاي AM ، PM و FM حاصل از يك سيگنال مدوله كننده مثلثي را نشان مي دهد.

1-3-مدولاسيون پالسي

در سيستمهاي مدولاسيون پالسي «حامل» يك قطار پالس است كه مي توان دامنه، فركانس تكرار، يا فاصله بين پالسهايش را درست به صورت موجهاي AM ، FM و PM متناسب با سيگنال مدوله كننده تغيير داد. قضيه نمونه‌برداري نشان مي دهد كه ارسال پيوسته يك پيام لازم نيست، پيام را مي‌توان به طور كامل از روي نمونه هايي از آن، كه حداقل با آهنگي معادل دو برابر بزرگترين فركانس موجود در سيگنال نمونه برداري شده باشد، بازسازي كرد. پس براي مدوله كردن سيگنالي كه پهناي باند آن kHz 4 است،‌پالسي با فركانس تكرار kHz 8 كافي است و پهناي پالسها مي تواند تا حد دلخواه كوچك باشد.

در مدولاسيون كدهاي پالسي هر نمونه به صورت يك مجموعه هفت تايي (يا بيشتر) پالس، كه معادل كد باينري دامنه نمونه است، نشان داده مي‌شود. مصونيت در مقابل نويز اين سيستم از سيستمهاي ديگر بيشتر است، اين مزيت به قيمت آهنگ تكرار پالس و پهناي باند بزرگتر به دست آمده است.

1-4-مقايسه سيستم هاي مدولاسيون

هر سيستم مدولاسيون معايب و مزاياي خاص خود را دارد. در مدولاسيون دامنه آشكار ساز بسيار ساده است و پهناي باند لازم حداقل مقدار ممكن را دارد (مخصوصاً هنگامي كه تنها يك كنار باند ارسال مي شود.)‌ ولي مصونيت در مقابل نويز آن از بقيه سيستمها كمتر است و براي انتقال يك كنار باند هم فرستنده و هم گيرنده بسيار پيچيده اي لازم است.

1-5-در مدولاسيون فركانس پهناي باند بيشتر و مدار فرستنده ساده تر است و مصونيت در مقابل نويز از مدولاسيون دامنه بسيار بهتر است. اما پهناي باند لازم براي ارسال FM تقريباً پنج برابر پهناي باند لازم براي AM است. مصونيت در مقابل نويز مدولاسيون كدهاي پالسي (PCM) از FM هم بهتر است، ولي پهناي باند بيشتر و مدارهاي پيچيده تري مي خواهد. انتخاب يك روش خاص به انتظاري كه از سيستم مخابراتي داريم بستگي دارد.

نويز الكتريكي

نويز هميشه در سيستمهاي مخابراتي وجود دارد، ولي در شرايط عادي، به علت اينكه سطح سيگنالها از سطح نويز خيلي بزرگتر است، جلب توجه نمي كند.

سيگنال ضعيف همراه با نويز را در صورتي مي توان تقويت كرد كه سطح نويز آن در مقابل سطح سيگنال پايين باشد. در غير اين صورت تقويت فايده اي ندارد زيرا سيگنال و نويز ورودي با هم تقويت مي شوند، و علاوه بر اين نويز تقويت كننده هم به سيگنال اضافه مي شود. اين پديده درگيرنده ها هنگام محو شدن سيگنال در نويز، يا افزايش نويز به حدي كه سيگنال را بپوشاند، مشاهده مي شود.

در طراحي سيستمهاي مخابراتي يكي از هدفها بالا نگه داشتن هر چه بيشتر نسبت توان متوسط (يا ماكزيمم) سيگنال به توان متوسط نويز است، به نحوي كه نويز نتواند به عملكرد مطلوب سيستم ضرري برساند. روشهاي انجام اين كار عبارتند از: (1) به كار بردن فرستنده هاي قوي و آنتنهاي با بهره بالا، تا تواني كه به گيرنده مي رسد زياد باشد، (2) طراحي تقويت كننده و مخلوط كننده به نحوي كه هنگام پردازش سيگنال حداقل نويز به آن افزوده شود، و (3) استفاده از روشهاي مدولاسيون و كدگذاري خاصي كه جداسازي سيگنال از نويز را آسان كند.

تعيين دقيق مشخصات نويز الكتريكي تا حد ممكن امري مطلوب است. ولي يك مشخصه اغلب نويزها طبيعت غير جبري آنهاست؛ يعني شكل موج دقيق نويز را نمي توان پيش بيني كرد. براي به دست آوردن مقادير كمي نويز مي‌توان دستگاه اندازه گيري را به منبع نويز متصل كرد و مقدار متوسط، مقدار ماكزيمم، متوسط نويز يكسو شده يا مقدار rms واقعي ولتاژ (يا جريان) آن را اندازه گرفت. رابطه بين كميات فوق در نويزهاي مختلف متفاوت است. مثلاً مقدار متوسط يك نويز مي تواند صفر و پارامترهاي ديگر آن غير صفر باشد. براي محاسبه توان متوسط نويز داده شده به يك بار مقاومتي مي توان مقدار rms واقعي نويز را به كار برد. نشان خواهيم داد كه مقادير اندازه گيري شده به طيف منبع نويز و پاسخ فركانسي اندازه گير بستگي دارد.

نويز حرارتي ناشي از حركت براوني الكترونها در يك هادي نمونه اي از يك نويز با طيف صاف است.

 

حلقه هاي قفل شده در فاز

حلقه قفل شده در فاز PLL مداري است كه اجازه مي دهد فركانس و فاز نوسانساز حلقه اش توسط يك سيگنال مرجع خارجي كنترل شود. فركانس نوسانساز حلقه مي تواند برابر فركانس مرجع يا مضربي از آن باشد. اگر سيگنال مرجع از يك نوسانساز كريستالي گرفته شود، مي توان فركانسهاي ديگري با پايداري فركانسي نوسانساز كريستالي به دست آورد؛ اين اساس سنتزكننده هاي فركانس است. اگر فركانس سيگنال مرجع متغير باشد (مانند يك موج با مدولاسيون فركانس) فركانس نوسانساز حلقه فركانس ورودي را «دنبال مي كند»؛ از اين مطلب در دمدولاتورهاي FM ، FSK ،‌ فيلترهاي دنبال كننده و ابزارهاي RF استفاده مي شود.

اصول PLL از سال 1923 مشخص بود، ولي تا اواخر دهه 1960 ، هنگامي كه يك PLL كامل يا اجزاي آن به صورت IC در دسترس قرار گرفت استفاده چنداني نداشت. در اين فصل اصول اساسي كار و اصطلاحات مورد استفاده در توصيف PLL ها مورد بحث قرار مي گيرد؛ براي اطلاعات بيشتر مي توان به مرجع [1 تا6] مراجعه كرد.

2-1-توصيف ساده عملكرد PLL

شكل 5 اجزاي يك PLL نوعي را نشان مي دهد. اگر حلقه «قفل» باشد، فركانسهاي سيگنال ورودي و نوسانساز كنترل شده با ولتاژ (VCO) يكسان خواهد بود و اختلاف فاز نسبي آنها به مشخصه آشكار ساز فاز و انحراف از فركانس آزاد رو ، (يعني فركانس به ازاي ) بستگي خواهد داشت. اگر فركانس سيگنال ورودي با برابر باشد ولتاژ كنترل صفر بوده، خروجي آشكارساز فاز صفر خواهد بود. فاز خروجي خود را به نحوي تغيير مي دهد كه تفاضل فاز حاصل شود، به ازاي اين اختلاف فاز خروجي آشكارساز فاز صفر مي شود. بسته به نوع مدار آشكار ساز فاز 90 يا است.

 

 

 

 

شكل 5 اجزاء اصلي حلقه قفل شده در فاز

اگر فركانس ورودي تغيير كند، به نحوي كه . اختلاف فاز به گونه اي تغيير مي كند كه ولتاژ كنترل لازم براي رساندن فركانس VCO به فراهم آيد. گستره فركانسي اي كه بر روي آن چنين كنترلي ممكن است به اجزاء مدار بستگي دارد و بعداً در مورد آن صحبت خواهيم كرد.

بين نقاط a و b مدار مي توان يك تقسيم كننده فركانس گذاشت. اگر نسبت تقسيم n باشد، فركانس VCO برابر خواهد بود، ولي فركانس ولتاژ فيدبك شده به آشكارساز فاز همچنان خواهد بود. به اين ترتيب VCO مي‌تواند مضربي از فركانس ورودي را بسازد به نحوي كه بين اين دو رابطه فاز دقيقي برقرار باشد.

2-2-آشكارساز فاز

هنگامي كه حلقه قفل است، خروجي آشكارساز فاز يك ولتاژ dc ، و تابعي از اختلاف فاز است. اگر فركانس ورودي با فركانس آزاد رو VCO ، يعني ‌،‌ برابر باشد ولتاژ كنترل ورودي VCO بايد صفر باشد؛ يعني بايد صفر باشد. در آشكارسازهاي فاز متداول، يك تابع سينوسي، مثلثي يا دندان اره اي از است؛ در نوع سينوسي و مثلثي به ازاي و در نوع دندان اره اي به ازاي صفر مي شود. براي مقايسه اين سه نوع آشكارساز بهتر است كه را بر حسب زاويه جابجا شده رسم كنيم به نحوي كه در هر سه مورد به ازاي صفر شود. اگر انحراف زاويه اي از اين بيشتر باشد حلقه مي لغزد و از قفل خارج مي شود. بنابراين حلقه بايد طوري طراحي شود كه انحراف فاز در مقايسه حدي كوچك باشد.

اگر ماكزيمم ولتاژ خروجي هر آشكار ساز A باشد، مشخصه انتقالي آنها در محدوده مفيد كاري شان عبارت است از:

(سينوسي)

(مثلثي)

(دندان اره اي)

2-3-اصلاحات PLL

اكنون چند اصطلاح كه معمولاً براي توصيف پارامترهاي PLL به كار مي‌رود را تعريف مي كنيم. در همين ابتدا متذكر مي شويم كه در مجلات و كتب مربوط به PLL اين اصطلاحات به معاني مختلفي به كار مي روند.

1- گستره نگهداري

نامهاي ديگر آن گستره قفل، گستره دنبال كردن، و گستره همزماني مي‌باشد. اگر فركانس سيگنال ورودي PLL به تدريج از مقدار به مقداري ديگر برسد، فركانس مربوط به VCO آن را «دنبال مي كند» تا اينكه زاويه خطا به ، براي آشكارساز فاز برسد. (فرض شده است كه فركانس VCO مي تواند به حد كافي تغيير كند و تقويت كننده و فيلتر اشباع نمي شوند.)

براي آشكارساز فاز سينوسي رابطه دقيق (1 الف) كه به جاي A در آن قرار داده شود نتيجه مي دهد:

(1) يا

(2)

چون با ميل به ، نمي تواند از بگذرد، گستره نگهداري با بهره dc حلقه برابر است:

(3)

براي آشكارسازهاي فاز مثلثي و دندان اره اي گستره نگهداري برابر با

(4)

به دست مي آيد كه در آن براي آشكارساز مثلثي و براي آشكارساز دندان اره اي است.

2- رسيدن به حالت قفل

اگر سيگنالي با فركانس نامساوي با فركانس آزاد به يك حلقه اعمال شود، حلقه سيگنال را (با رسيدن به ) «تسخير» مي كند، به شرطي كه تفاضل اوليه دو فركانس خيلي بزرگ نباشد. در حالت كلي ماكزيمم تفاضل فركانسي از گستره نگهداري كوچكتر است. رسيدن به حالت قفل فرايندي پيچيده و غير خطي است و در اينجا تنها چند نتيجه كلي كه تنها به فيلتر متداول پيش فاز – پس فاز قابل اعمال است بيان مي شود.

3- گستره قفل

اگر تفاضل فركانسي از پهناي باند 3dB تابع تبديل حلقه بسته H(s) كوچكتر باشد، حلقه بدون سيكل لغزش قفل مي كند و نشان داده شده است كه گستره قفل برابر است با

(5)

4- گستره كشش

اگر اختلاف فركانسي اوليه خارج از گستره قفل ولي داخل گستره كشش باشد، شكل موج تفاضل فركانسي خروجي آشكارساز فاز غير خطي است و يك مولفه dc دارد كه فركانس VCO را كم كم به سمت مي برد تا اينكه حلقه قفل شود. براي حلقه هاي داراي بهره بزرگ گستره قفل به طور تقريبي برابر است با

(6)

هنگامي كه حلقه قفل است، بهتر است پهناي باند حلقه كوچك باشد تا اثر نويز كم باشد. ولي از آن طرف هر چه پهناي باند بزرگتر باشد عمل رسيدن به حالت قفل سريعتر انجام مي گيرد. اين خواسته هاي متناقض گاهي به اين صورت برآورده مي شود (الف) كاهش پهناي باند پس از رسيدن به حالت قفل يا (ب) استفاده از فيلتري با پهناي باند كم و جارو كردن فركانس VCO براي رسيدن به حالت قفل.

مدولاسيون

مدولاسيون فرايندي است كه طي آن اطلاعات يك سيگنال صوتي، تصويري يا داده ها قبل از مخابره به يك حامل RF منتقل مي شوند. فرآيند عكس – بازيابي اطلاعات از سيگنال RF– دمدولاسيون يا آشكارسازي نام دارد. يك مدولاتور ساده مشخصاتي از موج RF را متناسب با موج مدوله كننده تغيير مي دهد؛ اين عمل مدولاسيون آنالوگ نام دارد. در مدولاتورهاي پيچيده تر سيگنال مدوله كننده قبل از مدولاسيون، ديجيتالي و كدبندي مي شود. در بسياري از كاربردها مدولاسيون ديجيتال بر مدولاسيون آنالوگ ترجيح داده مي شود.

يك سيستم مخابراتي كامل (شكل 6) از يك منبع اطلاعات، يك منبع RF ، يك مدولاتور، يك كانال RF (متشكل از طبقه هاي RF فرستنده و گيرنده، آنتنها و مسير انتقال)، يك دمدولاتور و يك استفاده كننده اطلاعات تشكيل مي شود. اگر استفاده كننده اطلاعات، اطلاعات منبع را با قابليت اطمينان دريافت كند مي‌گوييم كه سيستم كار مي كند. هدف طراح ساختن يك سيستم ارزان قيمت كارآست، به نحوي كه محدوديتهاي قانوني مانند توان فرستنده، ارتفاع آنتنها و پهناي باند نقص نشود. چون روشهاي مدولاسيون / دمدولاسيون از لحاظ قيمت، ارتفاع آنتنها و پهناي باند، حذف تداخل، توان مصرفي و غيره مختلف اند، انتخاب نوع مدولاسيون بخش مهمي از طراحي سيستم مخابراتي است. در اين بخش تكنيكهاي مدولاسيون به طور نظري بررسي مي شوند.

 

 

 

 

 

 

 

شكل 6 نمودار مفهومي يك سيستم مخابراتي

براي فهم فرايند مدولاسيون بد نيست كه مدولاتور را به صورت بلوكي با دو ورودي و يك خروجي (شكل 7) تصور كنيم. سيگنال مدوله كننده به يك ورودي داده مي شود؛ ورودي ديگر به نوسانساز حامل كه يك ولتاژ سينوسي با دامنه ثابت و فركانس توليد مي كند، وصل شده است. خروجي موج مدوله شده است.

 

 

 

 

 

شكل 7 تصوير مدولاتور به صورت يك جعبه

 

 

(1)

كه دامنه آن، يا زاويه آن، يا هر دو توسط كنترل مي‌شوند. در مدولاسيون دامنه اي (AM) پوش حامل تغيير مي كند و ثابت مي ماند؛ در مدولاسيون زاويه اي ثابت است و سيگنال مدوله شده را كنترل مي كند. مدولاسيون زاويه اي بسته به رابطه و سيگنال مدوله كننده مي تواند مدولاسيون فركانسي يا مدولاسيون فاز باشد.

گرچه شكل موج (1) را مي توان يك موج كسينوسي مدوله شده خواند، ولي در صورت وجود مدولاسيون اين موج يك سينوسي تك فركانس نيست. اگر يا متغير يا زمان باشند، پهناي باندي خواهيم داشت كه توسط سيگنال مدوله كننده و نوع مدولاسيون تعيين مي شود.

1-3-مدولاسيون دامنه

مدولاسيون دامنه اي (AM) به شكل خاموش و روشن كردن يك فرستنده تلگراف راديويي قديمي ترين نوع مدولاسيون است. امروزه مدولاسيون دامنه‌اي براي مخابره آنالوگ صوت در مواقعي كه گيرنده هاي ساده لازم است (مانند پخش راديويي) يا در مواردي كه مخابر ه به وسيله انتشار يونوسفري صورت مي گيرد و پهناي باند باريكي لازم است (مخابره در هواپيماهاي بين قاره اي) بسيار به كار برده مي شود.

چند نوع AM مرتبط با هم وجود دارد؛ تفاوت آنها در روش توليد وطيف آنهاست. ساده ترين نوع، كه AM «سرراست» خوانده مي شود، را مي توان با سري كردن سيگنال مدوله كننده با منبع تغذيه يك تقويت كننده RF كلاس C توليد كرد (شكل 8). هنگامي كه سيگنال مدوله كننده مثبت است، ولتاژ كلكتور تقويت كننده بزرگتر است و سيگنال خروجي به همين نسبت بزرگتر مي شود. هنگامي كه سيگنال مدوله كننده منفي است ولتاژ كلكتور و ولتاژ خروجي تقويت كننده كوچكتر از مقدار مدوله نشده شان هستند. اگر ولتاژ خروجي تقويت كننده به طور خطي با مقدار لحظه اي ولتاژ كلكتور متناسب باشد، رابطه و سيگنال مدوله كننده به اين صورت خواهد بود:

(-2)

كه در آن ولتاژ منبع تغذيه و K يك ثابت تناسب است. واضح است كه قله منفي نبايد آنقدر بزرگ باشد كه ولتاژ كلكتور به حدي برسد كه ترانزيستور خاموش شود؛ اين حالت مدولاسيون اضافي نام دارد و اعوجاج ايجاد مي كند.

براي بررسي تفصيلي AM ، سيگنال مدوله كننده سينوسي زير را در نظر مي گيريم:

(-3)

پس

( -4)

و با جايگزيني

( -5)

يا

( -6)

كه در آن دامنه ولتاژ حامل مدوله نشده است و ضريب مدولاسيون ناميده مي شود. پوش موج مدوله شده عبارت است از:

( -7)

توجه شود كه انحراف پوش از مقدار مدوله نشده دامنه با سيگنال مدوله كننده متناسب است. هنگامي كه بر حسب درصد بيان مي شود، آن را درصد مدولاسيون مي خوانند. نبايد از يك، يا صد درصد، بيشتر شود وگرنه اعوجاج پيش مي آيد.

شكل 8 يك روش ساده براي توليد موج AM

 

 

شكل 9 سه مثال از امواج AM براي مقادير مختلف . پوش توسط خط چين نمايش داده شده است.

شكل 9 رفتار زماني را به بهترين وجه نشان مي دهد. در اين شكل به ازاي و ثابت و براي چند مقدار رسم شده است. به ازاي دامنه حامل متناسب با تغيير مي كند و فركانس حامل [كه مي توان آن را با توجه به عبور از صفرهاي حساب كرد] در مقدار ثابت مي ماند. به ازاي ، (8- ) در مواقعي كه كوچكتر از صفر مي شود معتبر نيست؛ در اين مواقع خروجي تقويت كننده صفر است.

 

[1]- حامل مي تواند يك موج سينوسي يا يك قطار پالس باشد.