Uniwersytet Morski w Gdyni Wydział Nawigacyjny ELEMENTY ELEKTRONIK-LABORATORIUM nr.1 Kierunek Specjalność: Ćw:1 Kierownik: Drużyna: Data: Maks.l. punktów za spr. Nawigacja Semestr: Transport Morski Grupa: Modulacja AM i FM 40 3 Wersja instrukcji : 20190117 Punkty ze 200 wszystkich sprawozdań : 1. Wprowadzenie : Transmisja danych ze źródła (nadajnika) do odbiornika jest zawsze narażone na zakłócenia wynikające między innymi z właściwości medium transmisyjnego. Warunkiem poprawnej transmisji danych jest dopasowanie charakterystyki widmowej sygnału przenoszącego informację do charakterystyki widmowej medium transmisyjnego. Takie dopasowanie sygnału otrzymuje się przy pomocy modulacji. Modulacja sygnału jest to celowa zmiana pojedynczego parametru (takiego jak amplituda, częstotliwość, czy faza) jednego sygnału (sygnału nośnego) przez inny sygnał (sygnał modulujący). Modulacje wykorzystywane w telekomunikacji możemy podzielić przede wszystkim ze względu na rodzaj sygnału przenoszącego informację na modulacje analogowe oraz modulacje cyfrowe. Badane przez nas w tym ćwiczeniu modulacje amplitudy (AM) i częstotliwości (FM) zaliczają się do modulacji analogowych. 2. Omówienie zagadnień : Czym jest modulacja i jaki jest cel jej zastosowania ? Modulacja zmiana parametrów sygnału (najczęściej częstotliwości i amplitudy ) zachodzi samorzutnie lub jest wykonywana celowo . Najlepszym przykładem celowego używania modulacji jest edycja sygnałów radiowych, w celu ich łatwiejszej propagacji. Modulacja samorzutna przejawia się na przykład na sygnale przejeżdżającej koło nas straży pożarnej . Czym jest widmo sygnału ? Jest to graficzne przedstawienie sygnału w dziedzinie częstotliwości. Co to jest układ przemiany częstotliwości i do czego służy? Jest to układ służący do wytworzenia z dwóch wejściowych sygnałów o różnych częstotliwościach trzeciego sygnału, o częstotliwości będącej kombinacja częstotliwości sygnałów wejściowych. Służy jako mieszacz superheterodyny. Jaka jest różnica pomiędzy modulacja amplitudową a częstotliwościową? Przy modulacji AM amplituda fali nośnej zmienia się w takt napięcia modulującego. Jest to jeden z najstarszych rodzajów emisji wykorzystywanych w radiokomunikacji. Z kolei modulacja FM wykorzystuje zjawisko chwilowej zmiany częstotliwości fali nośnej nie zmieniając jej amplitudy. Częstotliwość nośnej zależna jest tu od amplitudy sygnału modulującego. Główną zaletą tej emisji jest mała wrażliwość na zakłócenia jak również mniejsza ilość zakłóceń emitowanych. Przydatność tej emisji może potwierdzać fakt, iż jest ona powszechnie używana przez stacje Czym jest indeks modulacji ? Indeks modulacji jest to stosunek odchyłki spowodowanej przez modulację do częstotliwości modulacji. 3. Przebieg ćwiczenia : W programie Multisim stworzyliśmy dwa układy zlokalizowane obok siebie tak aby była możliwość porównywania odczytów graficznych. Układy składały się z następujących elementów : Układ 1: nadajnik AM,XSA1,XSC2 Układ 2: nadajnik FM,XSA1,XSC2 Po czym wykonaliśmy pięć prób różniących się indeksem modulacji . Pierwsza próba indeks modulacji (M) =0 Druga próba indeks modulacji (M) =0,5% Trzecia próba indeks modulacji (M) =1% Czwarta próba indeks modulacji (M) =5% Piąta próba indeks modulacji (M) =10% 4. Przebieg ćwiczenia : Próba pierwsza dla indeksu modulacji M = 0 Jak widać na powyższym zrzucie ekranu przebieg impulsu jest jednostajny, a amplituda jest zgodna z danymi wejściowymi. Nie ma widocznych żadnych zniekształceń. Na obrazie widma widać tylko pojedynczy, wysoki pasek. Próba druga dla indeksu modulacji M = 0,5% Przy ustawieniu modulacji na 0.5 otrzymaliśmy powyższe przebiegi. Jak widać na pierwszym (górnym) oscyloskopie dotyczącym modulacji AM, pomimo że indeks modulacji jest dość niski, wpływa ona bardzo wyraźnie na amplitudę sygnału. Zmienia się ona okresowo. Z kolei na dolnym oscyloskopie, dotyczącym modulacji częstotliwości zmiana jest bardzo mała, niemożliwa do porównania ze stanem przy zerowej modulacji ze względu na różnicę w wersjach programu i inny wygląd podziałki. Można jednak zauważyć niewielkie różnice przy porównaniu powyższego zrzutu z wynikami kolejnych pomiarów, stąd też bez większego błędu można założyć, że taka niewielka zmiana częstotliwości wystąpiła także i w tym wypadku. Zarówno przy modulacji amplitudy jak i częstotliwości, widma wyglądają dość podobnie: jeden wysoki pasek i symetrycznie ułożone krótkie paski po obu jego stronach (2 w przypadku AM, 4 w przypadku FM) Próba trzecia dla indeksu modulacji M = 1% Po zwiększeniu modulacji do wartości 1 amplituda znów się zmienia. Na oscyloskopie prezentującym modulację amplitudy, widzimy, że zmiana ta jest gwałtowniejsza niż w przypadku niższego indeksu modulacji. Na dolnym oscyloskopie nie zauważa się zmiany częstotliwości w stosunku do pomiaru dla indeksu modulacji 0.5 W przypadku widma sygnału AM możemy zauważyć wzrost wysokości niższych, bocznych pasków w stosunku do poprzedniego pomiaru. W widmie sygnału FM paski „wyrównały się”. Najwyższy pasek spadł o 2 V, a średnie paski wzrosły o 2 V. Dwa najniższe, zewnętrzne paski wzrosły nieznacznie. Próba czwarta dla indeksu modulacji M = 5% Po zwiększeniu modulacji do wartości 5 amplituda znów się zmienia. Na oscyloskopie prezentującym modulację amplitudy, widzimy zmianą ale już nie tak gwałtowną jak wcześniej . Na dolnym oscyloskopie zauważymy już delikatną zmianę widma sygnału AM . Możemy zauważyć większy wzrost wysokości niższych bocznych pasków jak i większą ich liczbę w stosunku do poprzedniego pomiaru. Próba piąta indeksu modulacji M = 10% Po zwiększeniu modulacji do wartości 10 amplituda znów się zmienia. Na oscyloskopie prezentującym modulację amplitudy, widzimy zmianą ale już nie tak gwałtowną jak wcześniej . Na dolnym oscyloskopie zauważymy jeszcze wyraźniejszą lecz i tak delikatną zmianę widma sygnału AM . Możemy zauważyć większy wzrost wysokości niższych bocznych pasków jak i większą ich liczbę w stosunku do poprzedniego pomiaru. 5. WNIOSKI Niewątpliwą zaletą modulacji AM jest jej prostota oraz to, że jest wąskopasmowa, co oznacza, że ma wąskie widmo (przez co z kolei zajmuje mało miejsca). Jednak musimy zauważyć wady tej metody, czyli podatność na zakłócenia oraz słaba jakość przekazywanego sygnału. Modulacja FM w porównaniu do modulacji AM ma sporo zalet, między innymi to, że oferuje o wiele większą jakość oraz jest odporniejsza na zakłócenia. Jedyną wadą jest to, że jej widmo jest o wiele szersze, przez co zajmuje więcej miejsca.
