Modulação de amplitude

Figura 1: Um sinal de áudio (top) pode ser transportado por um sinal de portador usando métodos AM ou FM.

Modulação de amplitude (AM) é uma técnica de modulação usada em comunicação eletrônica, mais comumente para transmitir mensagens com uma onda de rádio. Na modulação de amplitude, a amplitude (força do sinal) da onda é variada proporcionalmente ao sinal da mensagem, como um sinal de áudio. Essa técnica contrasta com a modulação de ângulo, na qual a frequência da onda portadora é variada, como na modulação de frequência, ou sua fase, como na modulação de fase.

AM foi o primeiro método de modulação usado para transmitir áudio em radiodifusão. Foi desenvolvido durante o primeiro quartel do século 20, começando com os experimentos de radiotelefone de Roberto Landell de Moura e Reginald Fessenden em 1900. Esta forma original de AM é às vezes chamada de modulação de amplitude de banda lateral dupla (DSBAM), porque o método padrão produz bandas laterais em ambos os lados da frequência da portadora. A modulação de banda lateral única usa filtros passa-banda para eliminar uma das bandas laterais e possivelmente o sinal da portadora, o que melhora a relação entre a potência da mensagem e a potência total de transmissão, reduz os requisitos de manuseio de energia dos repetidores de linha e permite uma melhor utilização da largura de banda do meio de transmissão.

AM permanece em uso em muitas formas de comunicação além da transmissão AM: rádio de ondas curtas, rádio amador, rádios bidirecionais, rádio VHF de aeronaves, rádio de banda do cidadão e em modems de computador na forma de QAM.

Fundação

Em eletrônica, telecomunicações e mecânica, modulação significa variar algum aspecto de um sinal de portadora de onda contínua com uma forma de onda de modulação portadora de informações, como um sinal de áudio que representa som ou um sinal de vídeo que representa imagens. Nesse sentido, a onda portadora, que tem uma frequência muito maior que o sinal de mensagem, transporta a informação. Na estação receptora, o sinal de mensagem é extraído da portadora modulada por demodulação.

Na forma geral, um processo de modulação de uma onda portadora senoidal pode ser descrito pela seguinte equação:

m())= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =A()))) e⁡ ⁡ (ω ω )+φ φ ())){displaystyle m(t)=A(t)cdot cos(omega t+phi (t)),}.

A(t) representa a amplitude de tempo-varying da onda transportadora sinusoidal e o cosine-term é o transportador em sua frequência circular ω ω - Sim., e o desvio de fase instantânea φ φ ()){displaystyle phi (t)}. Esta descrição fornece diretamente os dois principais grupos de modulação, modulação de amplitude e modulação de ângulo. Em modulação de ângulo, o termo A(t) é constante e o segundo termo da equação tem uma relação funcional com o sinal de mensagem modulante. A modulação de ângulo fornece dois métodos de modulação, modulação de frequência e modulação de fase.

Na modulação de amplitude, o termo do ângulo é mantido constante e o primeiro termo, A(t), da equação tem uma relação funcional com o sinal de mensagem modulante.

O sinal de mensagem modulante pode ser de natureza analógica ou pode ser um sinal digital, caso em que a técnica é geralmente chamada de chaveamento de deslocamento de amplitude.

Por exemplo, na comunicação de rádio AM, um sinal de frequência de rádio de onda contínua tem sua amplitude modulada por uma forma de onda de áudio antes da transmissão. O sinal da mensagem determina o envelope da forma de onda transmitida. No domínio da frequência, a modulação em amplitude produz um sinal com potência concentrada na frequência da portadora e duas bandas laterais adjacentes. Cada banda lateral é igual em largura de banda à do sinal modulante e é uma imagem espelhada da outra. AM padrão é, portanto, às vezes chamado de "modulação de amplitude de banda lateral dupla" (DSBAM).

Uma desvantagem de todas as técnicas de modulação de amplitude, não apenas AM padrão, é que o receptor amplifica e detecta ruído e interferência eletromagnética em proporção igual ao sinal. Aumentar a relação sinal-ruído recebida, digamos, por um fator de 10 (uma melhoria de 10 decibéis), portanto, exigiria aumentar a potência do transmissor por um fator de 10. Isso está em contraste com a modulação de frequência (FM) e o rádio digital onde o efeito de tal ruído após a demodulação é fortemente reduzido, desde que o sinal recebido esteja bem acima do limite para recepção. Por esta razão, a transmissão AM não é preferida para música e transmissão de alta fidelidade, mas sim para comunicações de voz e transmissões (esportes, notícias, programas de rádio, etc.).

AM também é ineficiente no uso de energia; pelo menos dois terços da potência estão concentrados no sinal da portadora. O sinal da portadora não contém nenhuma das informações originais que estão sendo transmitidas (voz, vídeo, dados, etc.). No entanto, sua presença fornece um meio simples de demodulação usando detecção de envelope, fornecendo uma referência de frequência e fase para extrair a modulação das bandas laterais. Em alguns sistemas de modulação baseados em AM, uma potência de transmissor mais baixa é necessária através da eliminação parcial ou total do componente de portadora, no entanto, os receptores para esses sinais são mais complexos porque devem fornecer um sinal de referência de frequência de portadora preciso (geralmente como deslocado para a frequência intermediária) de um "piloto" portadora (em transmissão de portadora reduzida ou DSB-RC) para usar no processo de demodulação. Mesmo com a portadora totalmente eliminada na transmissão de portadora suprimida de banda lateral dupla, a regeneração da portadora é possível usando um loop de bloqueio de fase Costas. Isso não funciona para transmissão de portadora suprimida de banda lateral única (SSB-SC), levando à característica "Pato Donald" som de tais receptores quando ligeiramente desafinados. AM de banda lateral única é, no entanto, amplamente usado em rádio amador e outras comunicações de voz porque tem eficiência de energia e largura de banda (cortando a largura de banda de RF pela metade em comparação com AM padrão). Por outro lado, na transmissão de ondas médias e curtas, o AM padrão com a portadora completa permite a recepção usando receptores baratos. A emissora absorve o custo extra de energia para aumentar consideravelmente a audiência potencial.

Tecla Shift

Uma forma simples de modulação de amplitude digital que pode ser usada para transmitir dados binários é o chaveamento on-off, a forma mais simples de chaveamento de deslocamento de amplitude, no qual uns e zeros são representados pela presença ou ausência de uma portadora. A chave liga-desliga também é usada por rádios amadores para transmitir código Morse onde é conhecida como operação de onda contínua (CW), mesmo que a transmissão não seja estritamente "contínua" Uma forma mais complexa de AM, a modulação de amplitude em quadratura é agora mais comumente usada com dados digitais, enquanto faz um uso mais eficiente da largura de banda disponível.

Telefonia analógica

Uma forma simples de modulação de amplitude é a transmissão de sinais de fala de um telefone analógico tradicional usando um loop local de bateria comum. A corrente contínua fornecida pela bateria da central é uma portadora com frequência de 0 Hz. É modulado por um microfone (transmissor) no aparelho telefônico de acordo com o sinal acústico do alto-falante. O resultado é uma corrente contínua de amplitude variável, cujo componente AC é o sinal de fala extraído na central para transmissão a outro assinante.

Referência de amplitude

Uma função adicional fornecida pela portadora em AM padrão, mas que é perdida na transmissão de portadora suprimida de banda lateral simples ou dupla, é que ela fornece uma referência de amplitude. No receptor, o controle automático de ganho (AGC) responde à portadora para que o nível de áudio reproduzido fique em uma proporção fixa em relação à modulação original. Por outro lado, com transmissões de portadora suprimida não há nenhuma potência transmitida durante as pausas na modulação, então o AGC deve responder aos picos da potência transmitida durante os picos na modulação. Isso normalmente envolve o chamado circuito ataque rápido, decaimento lento, que mantém o nível AGC por um segundo ou mais após esses picos, entre sílabas ou pausas curtas no programa. Isso é muito aceitável para rádios de comunicação, onde a compressão do áudio ajuda na inteligibilidade. No entanto, é absolutamente indesejável para música ou programação de transmissão normal, onde se espera uma reprodução fiel do programa original, incluindo seus vários níveis de modulação.

Designações de tipo ITU

Em 1982, a International Telecommunication Union (ITU) designou os tipos de modulação de amplitude:

História

Um dos transmissores AM do tubo pré-vacuum cru, um transmissor de arco Telefunken de 1906. A onda transportadora é gerada por 6 arcos elétricos nos tubos verticais, conectados a um circuito sintonizado. Modulação é feita pelo grande microfone de carbono (forma cone) na pista da antena.

Um dos primeiros transmissores de rádio AM de tubo de vácuo, construídos por Meissner em 1913 com um tubo de triode precoce de Robert von Lieben. Usou-o numa histórica transmissão de voz de 36 km de Berlim para Nauen, Alemanha. Compare seu tamanho pequeno com o transmissor acima.

A modulação de amplitude foi usada em experimentos de telégrafo multiplex e transmissão telefônica no final do século XIX. No entanto, o desenvolvimento prático dessa tecnologia é identificado com o período entre 1900 e 1920 da transmissão radiotelefônica, ou seja, o esforço para enviar sinais de áudio por ondas de rádio. Os primeiros transmissores de rádio, chamados transmissores de faísca, transmitiam informações por telegrafia sem fio, usando pulsos da onda portadora para soletrar mensagens de texto em código Morse. Eles não podiam transmitir áudio porque a portadora consistia em sequências de ondas amortecidas, pulsos de ondas de rádio que diminuíam para zero e soavam como um zumbido nos receptores. Na verdade, eles já eram modulados em amplitude.

Ondas contínuas

A primeira transmissão AM foi feita pelo pesquisador canadense Reginald Fessenden em 23 de dezembro de 1900 usando um transmissor de faísca com um interruptor especialmente projetado de alta frequência de 10 kHz, a uma distância de uma milha (1,6 km) em Cobb Island, Maryland, EUA. Suas primeiras palavras transmitidas foram, "Olá. Um dois três quatro. Está nevando onde você está, Sr. Thiessen?". As palavras mal eram inteligíveis acima do zumbido de fundo da faísca.

Fessenden foi uma figura significativa no desenvolvimento do rádio AM. Ele foi um dos primeiros pesquisadores a perceber, a partir de experimentos como o acima, que a tecnologia existente para produzir ondas de rádio, o transmissor de faísca, não era utilizável para modulação de amplitude, e que um novo tipo de transmissor, que produzia ondas contínuas, era necessário. Essa era uma ideia radical na época, porque os especialistas acreditavam que a faísca impulsiva era necessária para produzir ondas de radiofrequência, e Fessenden foi ridicularizado. Ele inventou e ajudou a desenvolver um dos primeiros transmissores de ondas contínuas - o alternador Alexanderson, com o qual ele fez o que é considerado a primeira transmissão AM de entretenimento público na véspera de Natal de 1906. Ele também descobriu o princípio no qual AM é baseado, heterodinização e inventou um dos primeiros detectores capazes de retificar e receber AM, o detector eletrolítico ou "barette líquido", em 1902. Outros detectores de rádio inventados para telegrafia sem fio, como a válvula Fleming (1904) e o detector de cristal (1906) também provou ser capaz de retificar sinais AM, então o obstáculo tecnológico era gerar ondas AM; recebê-los não foi um problema.

Primeiras tecnologias

Os primeiros experimentos em transmissão de rádio AM, conduzidos por Fessenden, Valdemar Poulsen, Ernst Ruhmer, Quirino Majorana, Charles Herrold e Lee de Forest, foram prejudicados pela falta de uma tecnologia de amplificação. Os primeiros transmissores AM de onda contínua práticos foram baseados no enorme e caro alternador Alexanderson, desenvolvido entre 1906 e 1910, ou versões do transmissor de arco Poulsen (conversor de arco), inventado em 1903. As modificações necessárias para transmitir AM eram desajeitadas e resultaram em áudio de qualidade muito baixa. A modulação geralmente era realizada por um microfone de carbono inserido diretamente na antena ou no fio terra; sua resistência variável variava a corrente para a antena. A capacidade limitada de manipulação de potência do microfone limitou severamente a potência dos primeiros radiotelefones; muitos dos microfones eram refrigerados a água.

Tubos de vácuo

A descoberta em 1912 da capacidade de amplificação do tubo Audion, inventada em 1906 por Lee de Forest, resolveu esses problemas. O oscilador de feedback do tubo de vácuo, inventado em 1912 por Edwin Armstrong e Alexander Meissner, era uma fonte barata de ondas contínuas e poderia ser facilmente modulado para fazer um transmissor AM. A modulação não precisava ser feita na saída, mas poderia ser aplicada ao sinal antes do tubo amplificador final, de modo que o microfone ou outra fonte de áudio não precisasse modular um sinal de rádio de alta potência. A pesquisa em tempo de guerra avançou muito na arte da modulação AM e, após a guerra, a disponibilidade de tubos baratos provocou um grande aumento no número de estações de rádio experimentando a transmissão AM de notícias ou música. O tubo de vácuo foi responsável pelo surgimento da transmissão AM por volta de 1920, o primeiro meio eletrônico de comunicação de massa. A modulação de amplitude era virtualmente o único tipo usado para transmissão de rádio até que a transmissão em FM começou após a Segunda Guerra Mundial.

Ao mesmo tempo que o rádio AM começou, companhias telefônicas como a AT&T estavam desenvolvendo outra grande aplicação para AM: enviar várias chamadas telefônicas através de um único fio, modulando-as em frequências portadoras separadas, chamadas de divisão de frequência multiplexação.

Banda lateral única

Em 1915, John Renshaw Carson formulou a primeira descrição matemática da modulação de amplitude, mostrando que um sinal e uma frequência portadora combinados em um dispositivo não linear criam uma banda lateral em ambos os lados da frequência portadora. Passar o sinal modulado por outro dispositivo não linear pode extrair o sinal de banda base original. Sua análise também mostrou que apenas uma banda lateral era necessária para transmitir o sinal de áudio, e Carson patenteou a modulação de banda lateral única (SSB) em 1º de dezembro de 1915. Essa variante avançada de modulação de amplitude foi adotada pela AT&T para serviços telefônicos transatlânticos de ondas longas a partir de 7 Janeiro de 1927. Após a Segunda Guerra Mundial, foi desenvolvido para comunicação com aeronaves militares.

Análise

Ilustração de modulação de amplitude

A onda portadora (onda senoidal) de frequência f_c e amplitude A é expressa por

c())= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Apecado⁡ ⁡ (2D D fc)){displaystyle c(t)=Asin(2pi f_{c}t),}.

O sinal de mensagem, como um sinal de áudio usado para modular a portadora, é m(t) e tem uma frequência f_m, muito menor que f_c:

m())= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Me⁡ ⁡ (2D D fm)+φ φ )= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Ame⁡ ⁡ (2D D fm)+φ φ ){displaystyle m(t)=Mcos left(2pi f_{m}t+phi right)=Amcos left(2pi f_{m}t+phi right),},

onde m é a sensibilidade da amplitude, M é a amplitude da modulação. Se m < 1, (1 + m(t)/A) é sempre positivo para submodulação. Se m > 1, então a sobremodulação ocorre e a reconstrução do sinal de mensagem do sinal transmitido levaria à perda do sinal original. A modulação de amplitude resulta quando a portadora c(t) é multiplicada pela quantidade positiva (1 + m(t)/A):

Sim.())= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Não.1+m())A]c())= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Não.1+me⁡ ⁡ (2D D fm)+φ φ )]Apecado⁡ ⁡ (2D D fc)){displaystyle {begin{aligned}y(t)&=left[1+{frac {m(t)}{A}}right]c(t)&=left[1+mcos left(2pi f_{m}t+phi right)right]Asin left(2pi f_{c}tright)end{aligned}}}}

Neste caso simples, m é idêntico ao índice de modulação, discutido abaixo. Com m = 0,5, o sinal modulado em amplitude y(t) corresponde ao gráfico superior (rotulado como "50% Modulação") na figura 4.

Usando identidades de prostaférese, y(t) pode ser mostrado como a soma de três ondas senoidais:

Sim.())= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Apecado⁡ ⁡ (2D D fc))+12AmNão.pecado⁡ ⁡ (2D D Não.fc+fm])+φ φ )+pecado⁡ ⁡ (2D D Não.fc- Sim. - Sim. fm])- Sim. - Sim. φ φ )].{displaystyle y(t)=Asin(2pi f_{c}t)+{frac {1}{2}}Amleft[sin left(2pi left[f_{c}+f_{m}right]t+phi right)+sin left(2pileft [f_{c}-f_{m}right]t-phi right]right].,}

Portanto, o sinal modulado tem três componentes: a onda portadora c(t) que não muda em frequência, e duas bandas laterais com frequências ligeiramente acima e abaixo da frequência portadora f_c.

Espectro

Figura 2: Espectro de dupla face de sinais de banda-base e AM.

Um sinal de modulação útil m(t) é geralmente mais complexo do que uma única onda senoidal, conforme tratado acima. No entanto, pelo princípio da decomposição de Fourier, m(t) pode ser expresso como a soma de um conjunto de ondas senoidais de várias frequências, amplitudes e fases. Realizando a multiplicação de 1 + m(t) com c(t) como acima, o resultado consiste em uma soma de ondas senoidais. Novamente, a portadora c(t) está presente inalterada, mas cada componente de frequência de m em f_i tem duas bandas laterais nas frequências f_c + f_i e f_c – f_i. A coleção das frequências anteriores acima da frequência da portadora é conhecida como banda lateral superior, e aquelas abaixo constituem a banda lateral inferior. A modulação m(t) pode ser considerada como consistindo de uma mistura igual de componentes de frequência positiva e negativa, conforme mostrado na parte superior da figura 2. Pode-se ver as bandas laterais como aquela modulação m (t) tendo sido simplesmente deslocado em frequência por f_c conforme representado no canto inferior direito da figura 2.

Figura 3: O espectrograma de uma transmissão de voz AM mostra as duas bandas laterais (verde) de cada lado da transportadora (vermelho) com o tempo que prossegue na direção vertical.

O espectro de modulação de curto prazo, mudando como seria para uma voz humana, por exemplo, o conteúdo de frequência (eixo horizontal) pode ser plotado em função do tempo (eixo vertical), como na figura 3. Ele pode novamente pode ser visto que conforme o conteúdo da frequência de modulação varia, uma banda lateral superior é gerada de acordo com as frequências deslocadas acima da frequência da portadora, e o mesmo conteúdo espelhado na banda lateral inferior abaixo da frequência da portadora. Em todos os momentos, a própria portadora permanece constante e de maior potência do que a potência total da banda lateral.

Eficiência de energia e espectro

A largura de banda de RF de uma transmissão AM (consulte a figura 2, mas considerando apenas frequências positivas) é o dobro da largura de banda do sinal de modulação (ou "banda base"), pois as bandas laterais superior e inferior em torno do cada frequência portadora tem uma largura de banda tão ampla quanto a frequência de modulação mais alta. Embora a largura de banda de um sinal AM seja mais estreita do que uma usando modulação de frequência (FM), ela é duas vezes mais larga do que as técnicas de banda lateral única; portanto, pode ser visto como espectralmente ineficiente. Dentro de uma banda de frequência, apenas metade das transmissões (ou "canais") podem ser acomodadas. Por esta razão, a televisão analógica emprega uma variante de banda lateral única (conhecida como banda lateral vestigial, uma espécie de compromisso em termos de largura de banda) para reduzir o espaçamento de canal necessário.

Outra melhoria em relação ao AM padrão é obtida através da redução ou supressão do componente de portadora do espectro modulado. Na figura 2, este é o pico entre as bandas laterais; mesmo com modulação de onda senoidal total (100%), a potência no componente da portadora é o dobro daquela nas bandas laterais, mas não carrega informações exclusivas. Assim, há uma grande vantagem na eficiência em reduzir ou suprimir totalmente a portadora, seja em conjunto com a eliminação de uma banda lateral (transmissão de portadora suprimida de banda lateral única) ou com ambas as bandas laterais restantes (portadora suprimida de banda lateral dupla). Embora essas transmissões de portadora suprimida sejam eficientes em termos de potência do transmissor, elas requerem receptores mais sofisticados empregando detecção síncrona e regeneração da frequência da portadora. Por essa razão, o AM padrão continua a ser amplamente utilizado, especialmente na transmissão de broadcast, para permitir o uso de receptores baratos usando detecção de envelope. Mesmo a televisão (analógica), com uma banda lateral inferior (amplamente) suprimida, inclui potência de portadora suficiente para uso da detecção de envelope. Mas para sistemas de comunicação em que transmissores e receptores podem ser otimizados, a supressão de uma banda lateral e da portadora representa uma vantagem líquida e é frequentemente empregada.

Uma técnica amplamente utilizada em transmissores AM de transmissão é uma aplicação da portadora Hapburg, proposta pela primeira vez na década de 1930, mas impraticável com a tecnologia então disponível. Durante os períodos de baixa modulação, a potência da portadora seria reduzida e retornaria à potência total durante os períodos de altos níveis de modulação. Isso tem o efeito de reduzir a demanda geral de energia do transmissor e é mais eficaz em programas de tipo de fala. Vários nomes comerciais são usados para sua implementação pelos fabricantes de transmissores a partir do final dos anos 80.

Índice de modulação

O índice de modulação AM é uma medida baseada na razão das excursões de modulação do sinal de RF para o nível da portadora não modulada. É assim definido como:

m= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =peumkvumEu...ueofm())A= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =MA{displaystyle m={frac {mathrm {peak value of } m(t)}{A}}={frac Não.

Onde? MNão. M, e ANão. A, são a amplitude de modulação e amplitude de portador, respectivamente; a amplitude de modulação é o pico (positivo ou negativo) mudança na amplitude de RF de seu valor não modificado. O índice de modulação é normalmente expresso como uma porcentagem, e pode ser exibido em um medidor conectado a um transmissor AM.

Se m= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =0,5- Sim., a amplitude do transportador varia em 50% acima (e abaixo) seu nível não modificado, como é mostrado na primeira forma de onda, abaixo. Para m= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =1.0.- Sim., varia em 100% como mostrado na ilustração abaixo. Com 100% de modulação a amplitude de onda às vezes atinge zero, e isso representa a modulação total usando AM padrão e é muitas vezes um alvo (a fim de obter a maior relação sinal-ruído possível) mas não deve ser excedido. Aumentar o sinal de modulação além desse ponto, conhecido como sobremodulação, faz com que um modulador AM padrão (veja abaixo) falhe, pois as excursões negativas do envelope de onda não podem se tornar menos do que zero, resultando em distorção ("clipping") da modulação recebida. Os transmissores normalmente incorporam um circuito limitador para evitar sobremodulação e / ou um circuito de compressor (especialmente para comunicações de voz) a fim de ainda abordar 100% de modulação para máxima inteligibilidade acima do ruído. Tais circuitos são por vezes referidos como um vogad.

Porém é possível falar em um índice de modulação superior a 100%, sem introduzir distorção, no caso de transmissão de portadora reduzida de banda lateral dupla. Nesse caso, excursões negativas além de zero acarretam uma reversão da fase da portadora, conforme mostrado na terceira forma de onda abaixo. Isso não pode ser produzido usando as técnicas de modulação eficientes de alto nível (estágio de saída) (veja abaixo), que são amplamente usadas, especialmente em transmissores de transmissão de alta potência. Em vez disso, um modulador especial produz tal forma de onda em um nível baixo seguido por um amplificador linear. Além do mais, um receptor AM padrão usando um detector de envelope é incapaz de demodular adequadamente tal sinal. Em vez disso, a detecção síncrona é necessária. Assim, a transmissão de banda lateral dupla geralmente não é referida como "AM" mesmo que gere uma forma de onda de RF idêntica à AM padrão, desde que o índice de modulação esteja abaixo de 100%. Tais sistemas mais frequentemente tentam uma redução radical do nível da portadora em comparação com as bandas laterais (onde a informação útil está presente) até o ponto de transmissão de portadora suprimida de banda lateral dupla onde a portadora é (idealmente) reduzida a zero. Em todos esses casos, o termo "índice de modulação" perde seu valor, pois se refere à razão da amplitude de modulação para uma pequena (ou zero) amplitude restante da portadora.

Figura 4: profundidade de modulação. No diagrama, o transportador não modificado tem uma amplitude de 1.

Métodos de modulação

Modulação de ânodo (placa). A tensão da grade da placa e da tela de um tetrodo é modulada através de um transformador de áudio. O resistor R1 define o viés da grade; tanto a entrada e a saída são circuitos sintonizados com acoplamento indutivo.

Os projetos de circuitos de modulação podem ser classificados como de baixo ou alto nível (dependendo se eles modulam em um domínio de baixa potência - seguido de amplificação para transmissão - ou no domínio de alta potência do sinal transmitido).

Geração de baixo nível

Nos sistemas de rádio modernos, os sinais modulados são gerados via processamento de sinal digital (DSP). Com DSP, muitos tipos de AM são possíveis com controle de software (incluindo DSB com portadora, portadora suprimida SSB e banda lateral independente ou ISB). As amostras digitais calculadas são convertidas em tensões com um conversor digital-analógico, geralmente em uma frequência menor que a frequência de saída de RF desejada. O sinal analógico deve então ser deslocado em frequência e amplificado linearmente para a frequência e nível de potência desejados (a amplificação linear deve ser usada para evitar a distorção da modulação). Este método de baixo nível para AM é usado em muitos transceptores de rádio amador.

AM também pode ser gerado em um nível baixo, usando métodos analógicos descritos na próxima seção.

Geração de alto nível

Transmissores AM de alta potência (como aqueles usados para transmissão AM) são baseados em estágios amplificadores de potência classe D e classe E de alta eficiência, modulados pela variação da tensão de alimentação.

Projetos mais antigos (para transmissão e rádio amador) também geram AM controlando o ganho do amplificador final do transmissor (geralmente classe C, para eficiência). Os seguintes tipos são para transmissores de tubo de vácuo (mas opções semelhantes estão disponíveis com transistores):

modulação de placa

Na modulação da placa, a tensão da placa do amplificador RF é modulada com o sinal de áudio. A exigência de energia de áudio é de 50 por cento da potência de portador de RF.

Modulação de elevação (constante-corrente)

A tensão da placa do amplificador de RF é alimentada através de um choke (indutor de alto valor). A placa de tubo de modulação AM é alimentado através do mesmo indutor, de modo que o tubo modulador diverte a corrente do amplificador RF. O choke atua como uma fonte de corrente constante na faixa de áudio. Este sistema tem uma baixa eficiência de energia.

Controle de modulação de grade

O viés operacional e o ganho do amplificador RF final podem ser controlados variando a tensão da grade de controle. Este método requer pouca energia de áudio, mas o cuidado deve ser tomado para reduzir a distorção.

Módulo do tubo da braçadeira (grelha de tela)

O viés de grade de tela pode ser controlado através de um tubo de fixação, o que reduz a tensão de acordo com o sinal de modulação. É difícil aproximar a modulação de 100 por cento, mantendo baixa distorção com este sistema.

Modulação de Doherty

Um tubo fornece a energia em condições de portador e outro opera apenas para picos de modulação positivos. A eficiência geral é boa, e a distorção é baixa.

Modulação de ênfase

Dois tubos são operados em paralelo, mas parcialmente fora de fase uns com os outros. Como eles são diferencial fase modulada sua amplitude combinada é maior ou menor. Eficiência é boa e distorção baixa quando ajustada corretamente.

modulação de largura de pulso (PWM) ou modulação de tensão de pulso (PDM)

Uma fonte de alimentação de alta tensão altamente eficiente é aplicada à placa do tubo. A tensão de saída desta fonte é variada a uma taxa de áudio para seguir o programa. Este sistema foi pioneiro por Hilmer Swanson e tem uma série de variações, todas as quais alcançam alta eficiência e qualidade sonora.

Métodos digitais

A Harris Corporation obteve uma patente para sintetizar uma onda de alta potência modulada de um conjunto de amplificadores de baixa potência digitalmente selecionados, funcionando em fase na mesma frequência de operadora. O sinal de entrada é amostrado por um conversor analógico-digital de áudio convencional (ADC), e alimentado a um exciter digital, que modula a potência de saída geral do transmissor, comutando uma série de amplificadores de RF de estado sólido de baixa potência ligado e desligado. A saída combinada impulsiona o sistema de antena.

Métodos de demodulação

A forma mais simples de demodulador AM consiste em um diodo que é configurado para atuar como detector de envelope. Outro tipo de demodulador, o detector de produto, pode fornecer demodulação de melhor qualidade com complexidade de circuito adicional.