MODULAZIONE DI AMPIEZZA - Elementi di radiotecnica 1 1 L E O N D E

SPOTO DOMENICO CORSO TR6-01 presente ha valore pari all'inverso del periodo dell'onda quadra.

Questi due esempi illustrano una proprietà della trasformazione in frequenza:

- Un segnale periodico che esiste per tutto il tempo, ha uno spettro di tipo discreto, ovvero formato da linee distinte di frequenza.

- Un segnale transitorio, limitato nel tempo, come quello di fig.3.5c, possiede invece uno spettro di tipo continuo. Questo significa che le sinusoidi che formano il segnale sono molto vicine fra loro.

- Un altro segnale di interesse è l'impulso, illustrato in fig.3.5d. Lo spettro dell'impulso è piatto ciò vuol dire che si ha un'uniforme distribuzione di energia su tutte le frequenze.

3.4 MODULAZIONE DI AMPIEZZA

Uno dei metodi per sovrapporre un'informazione all'onda portante è quello di far variare l'ampiezza di quest'ultima con il segnale contenente l'informazione.

Il segnale contenente l'informazione potrebbe essere ad esempio, la voce captata da un microfono convertita in un segnale elettrico che controlla l'ampiezza della portante.

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SPOTO DOMENICO CORSO TR6-01 In fig.3.6 è illustrato il processo di modulazione in ampiezza.

Nella figura inferiore i picchi della portante non hanno più un'ampiezza costante in quanto seguono le variazioni istantanee di ampiezza del segnale ad audiofrequenza. Quando quest'ultimo varia in senso positivo, i picchi della portante aumentano in conformità, mentre, allorché la variazione del segnale audio avviene in senso negativo, l'ampiezza della portante diminuisce. Le ampiezze istantanee dei segnali modulati ad audiofrequenza, determinano l'ampiezza fra picco e picco della portante modulata.

Dove si è indicato con M la 'Modulazione percentuale'.

La modulazione percentuale può variare dallo 0% al 100% senza, che si induca distorsione.

Se si supera il 100% il segnale che si ottiene conterrà delle spurie non desiderate (nella rappresentazione nel dominio della frequenza le spurie appaiono come linee di frequenza non presenti nel segnale modulato correttamente).

In fig.3.7 sono illustrati 3 gradi di modulazione:

(a) M < 100%

(b) M = 100%

Con riferimento alla fig. 3.7c, è possibile aumentare la percentuale di modulazione ad un valore superiore al 100%, facendo variare l'ampiezza della portante da 0 ad un'ampiezza picco-picco maggiore di 2A ( dove 2A è l'ampiezza picco-picco dell'onda non modulata vista in fig.3.6). In questo caso però, visto che l'ampiezza tra picco e picco della portante non può essere inferiore a zero, la stessa viene completamente annullata per quei valori d'ampiezza dell'onda modulante che farebbero superare lo zero alla portante.

Ciò si traduce in un segnale distorto ed, in ricezione, la comprensione del segnale modulante viene compromessa . Ne consegue che la percentuale di modulazione nei sistemi di comunicazione a modulazione di ampiezza deve essere limitata a valori compresi fra M=0% ed M=100%.

La fig.3.8 riassume in sequenza l'aspetto di un'onda modulata con differenti percentuali di modulazione.

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SPOTO DOMENICO CORSO TR6-01

SPOTO DOMENICO CORSO TR6-01 Indicando con fc la frequenza della portante, si supponga che questa sia modulata da una

singola frequenza audio (tono) fa, vediamo cosa accade al segnale modulato.

Quando due segnali di appropriata frequenza vengono 'mescolati' insieme, all'uscita del 'mescolatore' si avranno le due frequenze originali, più due altre frequenze pari rispettivamente alla somma ed alla differenza dei due segnali in ingresso.

Questo fenomeno si manifesta anche nel processo di modulazione tra la portante e la frequenza audio di modulazione.

Le frequenze derivate dal loro mescolamento si posizionano in un intervallo di frequenze che prende il nome di BANDE LATERALI.

Nel Dominio della frequenza si potrà osservare che il segnale modulato in ampiezza ha tre componenti:

- Una componente fc

- due componenti rispettivamente a frequenza fc + fa (frequenza laterale superiore) e fc - fa (frequenza laterale inferiore).

In fig.3.9 viene dato un esempio numerico con una portante a frequenza fc=1 MHz modulata da un tono a frequenza fa=1000Hz.

L'informazione reale che viene trasmessa non è mai un tono e quindi una singola frequenza, ma bensì una forma d'onda piuttosto complessa (es.segnale elettrico corrispondente ad un segnale vocale) che comunque però, per quello che abbiamo visto, si può considerare come somma di un numero indefinito di sinusoidi di opportuna ampiezza.

Si avrà quindi nel dominio della frequenza, che la portante mostrerà ai suoi lati non una singola frequenza, ma un insieme quasi continuo di frequenze che prendono il nome di:

BANDA LATERALE SUPERIORE e BANDA LATERALE INFERIORE.

Per esempio, si sa che la gamma delle frequenze acustiche si estende da circa 20 Hz a 15.000 Hz.

Quindi se il segnale a modulazione di ampiezza deve includere tutte le frequenze audio, lo spettro del segnale modulato si estenderà 15 KHz al di sopra (banda laterale superiore) e 15 KHz al di sotto (banda laterale inferiore), della frequenza fc della portante.

Di conseguenza il ricevitore che capta il segnale, dovrà avere gli stadi a radiofrequenza la cui larghezza di banda ammonti almeno a 30 KHz.

In altre parole, quando il ricevitore è sintonizzato sulla frequenza della portante, per es.10 MHz, deve essere in grado di ricevere anche le frequenze comprese nell'intervallo 10 MHz

± 15 KHz, con una minima perdita nel responso.

In pratica, nella radiodiffusione in onda media a modulazione di ampiezza la banda audio è limitata a 4 KHz, per cui il canale radio, per quanto detto, ammonta al doppio della banda audio ovvero a 8 KHz (v.fig.3.10).

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SPOTO DOMENICO CORSO TR6-01

SPOTO DOMENICO CORSO TR6-01 Ritornando al caso della portante modulata da un singolo tono, in fig.3.11 è indicata la

distribuzione di potenza del segnale.

Si può notare che la maggior parte della potenza è contenuta nella portante (Pc), mentre le bande laterali hanno una potenza inferiore che dipende anche dall'indice di modulazione m.

Supponendo m = 1 (modulazione al 100%), si ha che solo ¼ della potenza di portante Pc, si ritrova nelle bande laterali.

Da questo si può dedurre che, in condizione di massima modulazione M=100%, solo 1/3 della potenza totale trasmessa è localizzata nelle bande laterali mentre i 2/3 restanti sono sulla portante a frequenza fc⁽²⁾

Questo significa che ad esempio, con una componente di potenza per la portante di 1000 W, è necessario un segnale audio di 500 W per una modulazione del 100%.

Questi 500 W di potenza di segnale si dividono in parti uguali tra le due bande laterali.

Si ha quindi che, benché la portante non contenga alcuna informazione, essa assorbe ben 1000 W dei 1500 W di potenza impegnata.

Si ribadisce il concetto che alla portante non è legata alcuna informazione, ovvero nessuna delle frequenze che corrispondenti al segnale fonico che si vuole ricevere. Tali frequenze invece, sono contenute tutte in ciascuna delle bande laterali.

E' quindi possibile eliminare la portante ed anche una delle due bande laterali, mantenendo inalterato il contenuto d'informazione e quindi l'intelligibilità del segnale trasmesso.

(2)

Se si indica con PT la potenza totale trasmessa, con rif.alla fig.3.11, si ha:

PT = Pc + ½ Pc = 3/2Pc (1)

1/3 di PT è, dalla (1), pari a 1/2Pc che è la potenza complessiva nelle bande laterali.

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SPOTO DOMENICO CORSO TR6-01 Tra gli schemi che si sono studiati per far l'uso migliore della potenza disponibile, si ha la

trasmissione a portante soppressa a doppia banda laterale (DSB) e la modulazione a banda laterale unica (SSB).

Nel documento Elementi di radiotecnica 1 1 L E O N D E (pagine 50-57)