אפנון הוא תהליך של הגדלת ושיפור התדירות והעוצמה של אות ההודעה. התהליך הוא שמציב את האות המקורי ואת האות הרציף בתדר גבוה. ב אפנון משרעת (AM), משרעת גל הנושא משתנה עם אות ההודעה. התהליך של AM מוצג בתמונה הבאה:

לדוגמה,

אות שמע

אותות האודיו הם האותות עם רעש גבוה. זה לא קל לשדר אותות כאלה למרחקים ארוכים. לפיכך, אפנון של אותות אודיו הכרחי לשידור מוצלח. אפנון AM הוא תהליך שבו אות הודעה מונחת על גל הרדיו כאות הנשא. הוא משולב עם גל נושא הרדיו בעל משרעת גבוהה, אשר מגדיל את עוצמת אות השמע.

באופן דומה, אפנון תדר (FM) עוסק בשונות התדר של אות הספק, ו אפנון פאזה (PM) עוסק בשינוי הפאזה של האות המוביל.

תחילה נדון באנלוגי ובמונחים הקשורים אליו.

תחילה נדון באנלוגי ובמונחים הקשורים אליו.

אנלוגי מתייחס לשונות המתמשכת עם הזמן. אנו יכולים להגדיר תקשורת אנלוגית ואות אנלוגי כ: An תקשורת אנלוגית היא תקשורת המשתנה ללא הרף עם הזמן. זה התגלה לפני התקשורת הדיגיטלית. זה דורש פחות רוחב פס עבור שידור עם רכיבים בעלות נמוכה. א אות אנלוגי הוא אות המשתנה ללא הרף עם הזמן. הדוגמאות לאות אנלוגי כוללות גלים סינוסואידים וגלים מרובעים.

אות אנלוגי פשוט מוצג להלן:

כאן, נדון בדברים הבאים:

מה זה אפנון?

סוגי אפנון משרעת

היסטוריה של אפנון משרעת

צורך במודולציה

תרגום תדר של AM

אינדקס אפנון

יעילות AM

יתרונות וחסרונות של אפנון אמפליטודה

יישומים של אפנון משרעת

דוגמאות מספריות

מה זה אפנון?

כאשר אות ההודעה מונח על אות הספק, הוא ידוע בשם וויסות . אות ההודעה מונח על החלק העליון של גל הספק. כאן, מונח מעל פירושו הצבת אות על האות השני. לאות הנוצר שנוצר יש תדר ועוצמה משופרים.

תרגום האות נדרש בקצה המשדר הן עבור האותות האנלוגיים והן עבור האותות הדיגיטליים. התרגום מתבצע לפני הבאת האות לערוץ לשידור למקלט.

אות הודעה

האות המקורי המכיל הודעה שיש להעביר למקלט ידוע בשם אות הודעה.

אות נושא

אות נושא הוא אות עם תדר קבוע, שהוא בדרך כלל גבוה. גלי האות המוביל אינם דורשים מדיום כדי להתפשט.

אות פס בסיס

אות הודעה המייצג את פס התדרים ידוע כאות פס בסיס. טווח האותות בפס הבסיס הוא מ-0 הרץ לתדר החיתוך. זה נקרא גם אות לא מאופנן או אות בתדר נמוך.

אות אנלוגי הוא הפלט של גל אור/קול המומר לאות חשמלי.

אות פס פס

הוא מרוכז בתדר הגבוה מהרכיב המרבי של אות ההודעה.

דוגמא

צומת רשימת java

בואו נשקול דוגמה של אות דיבור . זה סוג של אות שמע.

לאות הדיבור יש תדרי פס בסיס נמוכים יותר בטווח של 0.3 עד 3.4k הרץ. אם שני אנשים רוצים לתקשר באותו ערוץ, תדרי פס הבסיס יפריעו. הסיבה לכך היא שהתדרים הנמוכים אינם יכולים לאפשר שני תדרי פס בסיס באותו ערוץ. לפיכך, נושא בתדר גבוה עד 8k הרץ משמש עם אות הדיבור. זה מגדיל את טווח התדרים של אות הדיבור. זה מאפשר לשני אנשים לתקשר באותו ערוץ ללא כל הפרעה.

צורך במודולציה

מערכת תקשורת שולחת את הנתונים מהמשדר למקלט. הנתונים מעובדים ועוברים יותר ממאות קילומטרים לפני שהם מגיעים למקלט. הרעש במהלך השידור יכול להשפיע על צורת האות המתקשר. זה מטעה עוד יותר את המידע שהתקבל על ידי הפחתת תדירות ועוצמת האות. נדרש תהליך שמגביר את התדירות ואת עוצמת האות. התהליך בתקשורת ידוע בשם וויסות .

חיוני להעביר אות ממקום למקום בתקשורת. כאן, אות מקורי מוחלף בחדש, ומגדיל את התדר שלו מ-f1 - f2 ל-f1' - f2'. הוא קיים בצורה הניתן לשחזור בקצה המקלט. דרישת המודולציה מבוססת על הגורמים הבאים:

1. ריבוי תדרים
2. אנטנות
3. פסים צרים
4. עיבוד נפוץ

ריבוי תדרים

ריבוי מתייחס לתרגום אותות מרובים באותו ערוץ. נניח שיש לנו שלושה אותות שישודרו לאורך ערוץ תקשורת בודד מבלי להשפיע על איכות האות והנתונים. זה אומר שהאותות צריכים להיות ניתנים להבחין ולהחזיר בקצה המקבל. ניתן לעשות זאת על ידי תרגום שלושת האותות בתדרים שונים. זה מונע מהאותות המרובים להצטלב.

תן לטווח התדרים של שלושה אותות להיות -f1 עד f1, -f2 עד f2, ו -f3 עד f3. האותות מופרדים על ידי שומר ביניהם, כפי שמוצג להלן:

אם התדרים שנבחרו של האותות הללו אינם חופפים, ניתן לשחזר אותם בקלות בקצה המקלט על ידי שימוש במסנני פס פס מתאימים.

אנטנות

האנטנות משדרות ומקבלות אותות במרחב הפנוי. אורך האנטנה נבחר על פי אורך הגל של האות המשודר.

פס צר

האות מועבר בחלל פנוי בעזרת אנטנה. נניח שטווח התדרים הוא בין 50 ל-10⁴הרץ. היחס בין התדר הגבוה ביותר לנמוך ביותר יהיה 10⁴/50 או 200. אורך האנטנה ביחס זה יהפוך ארוך מדי בקצה אחד וקצר מדי בקצה השני. זה לא מתאים לשידור. לפיכך, אות השמע מתורגם לטווח (10⁶+ 50) עד (10⁶+ 10⁴). היחס כעת יהיה סביב 1.01. זה ידוע כ צר פס .

לפיכך, ניתן לשנות את תהליך התרגום ל-narrowband או wide-band בהתאם לדרישות.

עיבוד נפוץ

לפעמים, אנחנו צריכים לעבד את טווח התדרים הספקטרלי של אותות שונים. אם יש מספר גדול של אותות, עדיף לפעול בטווח תדרים קבוע כלשהו במקום לעבד את טווח התדרים של כל אות.

לדוגמה,

מקלט Superheteroyne

כאן, בלוק עיבוד משותף מכוון לתדר אחר באמצעות מתנד מקומי.

סוגי אפנון משרעת

סוגי אפנון מסומנים על ידי זֶה (איגוד התקשורת הבינלאומי). ישנם שלושה סוגים של אפנון משרעת, שהם כדלקמן:

• אפנון פס צד אחד
• אפנון פס צד כפול
• אפנון פס צד וסטיגיאלי

השם המקורי של ה-AM היה DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation) מכיוון שהפסים הצדדיים יכולים להופיע משני צידי תדר הספק.

אפנון פס צד אחד (SSB)

ה-SSB AM היא השיטה הסטנדרטית לייצר פסי צד בצד אחד בלבד של תדר הנשא. אפנון האמפליטודה יכול לייצר פסי צד משני הצדדים של תדר הנשא. ב-SSB, הוא משתמש במסנני פס פס כדי להשליך פס צד אחד. תהליך אפנון SSB משפר את ניצול רוחב הפס ואת כוח השידור הכולל של מדיום השידור.

אפנון נשא מדוכא בפס כפול (DSB-SCB)

כפול פירושו שני פסי צד. התדרים שמפיק ה-AM ב-DSB הם סימטריים לגבי תדר הנשא. ה-DSB מסווג עוד כ DSB-SC ו DSB-C . אפנון ה-DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) אינו מכיל אף פס נושא, שבגללו היעילות שלו היא גם מקסימלית בהשוואה לסוגי אפנון אחרים. חלק הנשא ב-DSB-SC מוסר מרכיב הפלט. ה-DSB-C (Double Sideband with Carrier) מורכב מגל הספק. לפלט המיוצר על ידי ה-DSB-C יש נשא בשילוב עם ההודעה ורכיב הספק.

אפנון פס צד וסטיגיאלי (VSB)

חלק מהמידע הוא SSB, ו-DSB עלול ללכת לאיבוד. מכאן ש- VSB משמש כדי להתגבר על החסרונות של שני סוגי AM אלה. Vestige פירושו קטע של האות. ב- VSB, קטע מהאות מאופנן.

נדון בשלושת סוגי AM בפירוט בהמשך המדריך.

היסטוריה של אפנון משרעת

• בשנת 1831, מדען אנגלי מייקל פאראדיי גילה את האלקטרומגנטי
• בשנת 1873, מתמטיקאי ומדען ג'יימס סי מקסוול תיאר את התפשטות גלי ה-EM.
• בשנת 1875 גילה גרהם בל את הטלפון.
• בשנת 1887 גילה פיזיקאי גרמני H Hertz את קיומם של גלי רדיו.
• בשנת 1901, מהנדס קנדי ​​בשם ר פסנדן תרגם את האות המאופנן באמפליטודה הראשון.
• R Fessenden גילה אותו באמצעות משדר ניצוץ-פער, המשדר את האות בעזרת ניצוץ חשמלי.
• היישום המעשי של ה-AM החל בין 1900 ל-1920 באמצעות שידור רדיו-טלפון. זה היה תקשורת באמצעות אות השמע או הדיבור.
• משדר ה-Am הרציף הראשון פותח בסביבות 1906 - 1910.
• בשנת 1915, תיאורטיקן אמריקאי ג'יי אר קרסון יזם את הניתוח המתמטי של אפנון האמפליטודה. הוא הראה שהלהקה הבודדת מספיקה לשידור אות האודיו.
• ב-1 בדצמבר 1915, ג'יי אר קרסון רשם פטנט על SSB (Single Sideband) אפנון.
• שידורי הרדיו AM הפכו פופולריים לאחר המצאת צינור הוואקום בסביבות 1920.

תרגום תדר של אפנון משרעת

אות מועבר על ידי הכפלתו עם אות סינוסואידאלי עזר. זה ניתן על ידי:

Vm(t) = A_Mcosω_Mט

Vm(t) = A_Mcos2πf_Mט

איפה,

Am הוא קבוע המשרעת

Fm הוא התדר המאפנן

Fm = ω_M/2p

התבנית הספקטרלית תהיה תבנית משרעת דו צדדית. הוא מורכב משני קווים כל אחד עם משרעת Am/2, כפי שמוצג להלן:

הוא ממוקם בטווח התדרים מ-f = fm ל-f = -fm.

תן לאות הסינוסואידאלי העזר להיות Vc(t).

Vc(t) = A_גcosω_גט

על ידי הכפלת התבנית הספקטרלית הכפולה עם אות העזר, נקבל:

Vm(t). Vc(t) = A_Mcosω_Mt x A_גcosω_גט

Vm(t). Vc(t) = A_Mא_גcosω_Mt cosω_גט

ישנם כעת ארבעה מרכיבים ספקטרליים, כפי שמוצג לעיל.

זה אומר שלתבנית הספקטרלית יש כעת שתי צורות גל סינוסאידיאליות בתדר Fc + Fm ו-Fc - Fm. המשרעת לפני הכפל הייתה Am/2. אבל, לרכיבים לאחר הכפל יש עליות משניים לארבע.

המשרעת כעת תהיה:

AmAc/4

רכיב סינוסואידי אחד = 2 רכיבים ספקטרליים

לפיכך, המשרעת של כל מרכיב סינוסואידאלי תהיה:

AmAc/2

התבנית הספקטרלית לאחר הכפל מתורגמת לכיווני תדר חיובי ושלילי כאחד. אם ארבעת הדפוסים הספקטרליים הללו מוכפלים, התוצאה תהיה 6 רכיבים ספקטרליים בצורה של שמונה צורות גל סינוסואידיות.

אינדקס אפנון

אינדקס האפנון מוגדר כיחס בין הערך המרבי של אות ההודעה ואות הספק.

זה ניתן על ידי:

אינדקס אפנון = M/A

מחליף מחרוזת ב-java

איפה,

M היא המשרעת של אות ההודעה

A היא משרעת האות המוביל

אוֹ

אינדקס אפנון = Am/Ac

יעילות AM

היעילות של Amplitude Modulation מוגדרת כיחס בין ההספק של פס הצד להספק הכולל.

יעילות = Ps/Pt

ההספק הכולל הוא סכום ההספק של פס הצד והספק הספק.

Pt = Ps + Pc

לפיכך, אנו יכולים גם להגדיר את היעילות כ:

יעילות = Ps/ Ps + Pc

אות Am בתחום התדר יכול להיות מיוצג כ:

S(t) = A_ג[1 + ק'מ(ט)] cosω_גט

איפה,

m(t) הוא אות פס הבסיס

k היא רגישות המשרעת

s(t) שומר על אות פס הבסיס I את המעטפת שלו

s(t) = A_גcosω_גt + A_גkm(t)cosω_גט

המונח הראשון הוא מונח הספק והמונח השני הוא מונח פס הצד.

ניתן לייצג את הכוח כך:

עבור מונח ספק, Power =A_ג²/2

עבור מונח פס צד, Power =A_ג²ק²/2 x Pm

Pm הוא ההספק הממוצע של אות ההודעה הקיים בטווח פס הצד.

יעילות = א_ג²ק²Pm/2 /( א_ג²ק²Pm/2 + A_ג²/2)

יעילות= ק²Pm/1 + k²אחר הצהריים

זהו הביטוי הנפוץ המשמש למציאת יעילות ההספק של אפנון האמפליטודה.

מכיוון שאין נשא ב-Double Sideband Suppress Carrier Modulation, היעילות שלו היא 50%. היעילות של אות מאופנן בטון בודד במקרה של צורת הגל הסינוסואידית היא סביב 33%. ניתן להשיג את היעילות המקסימלית של 100% באמצעות SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

יתרונות

היתרונות של אפנון האמפליטודה הם כדלקמן:

• אפנון האמפליטודה עוזר לאות לעבור מרחקים ארוכים על ידי שינוי משרעת אות ההודעה.
• הרכיבים המשמשים במקלטי AM ובמשדרים הם בעלי עלות נמוכה.
• אותות AM קלים לאוונון ולפירוק.
• לאות המאופנן יש תדר נמוך יותר שמאותתים הספקים.
• תהליך היישום של Amplitude Modulation הוא פשוט.
• ערוץ התקשורת המשמש לשידור יכול להיות ערוץ קווי או ערוץ אלחוטי. הוא מחבר את המשדר למקלט. הוא גם נושא מידע מהמשדר למקלט.

חסרונות

AM היא אפנון בשימוש נרחב למרות החסרונות השונים שלה. החסרונות של אפנון האמפליטודה הם כדלקמן:

• הוא רגיש יותר לרעש עקב נוכחותם של גלאי AM. זה משפיע על איכות האות המגיע למקלט.
• יש לו פסי צד משני הצדדים של תדר הספק. הכוח בפס הכפול אינו מנוצל ב-100%. הכוח הנישא על ידי גלי AM הוא בסביבות 33%. זה אומר שיותר ממחצית מהכוח בצד הכפול מתבזבז.
• AM דורש רוחב פס גבוה, כלומר פי שניים מתדר השמע.

יישומים של אפנון משרעת

היישומים של אפנון משרעת הם כדלקמן:

שידור
אפנון משרעת מגביר את התדירות של אות ההודעה עקב נוכחות אות נושאת בתדר גבוה. לפיכך, הוא נמצא בשימוש נרחב בשידור בשל יתרון זה.מכשירי רדיו להקה
אפנון משרעת משמש במכשירי רדיו דו-כיוונים ניידים ובמכשירי רדיו להקה לתקשורת יעילה.

דוגמאות מספריות

בואו נדון בדוגמה המבוססת על אפנון משרעת.

דוגמא: מצא את ההספק הכולל של האות המאופנן באמפליטודה עם הספק נושא 400W ואינדקס אפנון של 0.8.

פִּתָרוֹן : הנוסחה לחישוב ההספק הכולל של האות המאופנן באמפליטודה ניתנת על ידי:

Pt = Pc (1 + m²/2)

איפה,

Pt הוא ההספק הכולל

PC הוא כוח הספק

M הוא האות המאופנן

Pt = 400 (1 + (0.8)²/2)

Pt = 400 (1 + 0.64/2)

Pt = 400 (1 + 0.32)

Pt = 400 (1.32)

Pt = 528 וואט

לפיכך, ההספק הכולל של האות המאופנן משרעת הוא 528 וואט.

דוגמה 2: מהי היעילות המקסימלית של אות אפנון הטון הבודד?

פִּתָרוֹן : היעילות המקסימלית של אות אפנון הטון הבודד היא 33%.

היעילות ניתנת על ידי הנוסחה:
יעילות = u²/(2 + u²)

אלגוריתם מיון הכנסה

ביעילות מקסימלית, u = 1

יעילות = 1²/(2 + 1²)

יעילות = 1/3

% יעילות = 1/3 x 100

% יעילות = 100/3

% יעילות = 33.33