Modulasi Amplitude dalam RF: Teori, Domain Waktu, Domain Frekuensi

"Frekuensi radio (RF) adalah tingkat osilasi dari arus atau tegangan listrik bolak-balik atau medan magnet, listrik atau elektromagnetik atau sistem mekanis dalam rentang frekuensi dari sekitar 20 kHz hingga sekitar 300 GHz. ----- FMUSER"

Konten

● Modulasi Frekuensi Radio
● Matematika
● Domain Waktu

● Domain Frekuensi
● Frekuensi Negatif

● Kesimpulan

Modulasi Frekuensi Radio
Pelajari tentang cara paling mudah untuk menyandikan informasi dalam bentuk gelombang pembawa.

Kita telah melihat bahwa modulasi RF hanyalah modifikasi yang disengaja dari amplitudo, frekuensi, atau fase dari sinyal pembawa sinusoidal. Modifikasi ini dilakukan sesuai dengan skema spesifik yang diterapkan oleh pemancar dan dipahami oleh penerima. Modulasi amplitudo — yang tentu saja merupakan asal dari istilah “radio AM” —variasikan amplitudo pembawa sesuai dengan nilai sesaat dari sinyal pita dasar.

Matematika
Hubungan matematis untuk modulasi amplitudo sederhana dan intuitif: Anda mengalikan pembawa dengan sinyal pita dasar. Frekuensi pembawa itu sendiri tidak diubah, tetapi amplitudo akan bervariasi secara konstan sesuai dengan nilai baseband. (Namun, seperti yang akan kita lihat nanti, variasi amplitudo memperkenalkan karakteristik frekuensi baru.) Satu-satunya detail halus di sini adalah kebutuhan untuk menggeser sinyal baseband; kami membahas ini di halaman sebelumnya. Jika kita memiliki bentuk gelombang baseband yang bervariasi antara –1 dan +1, hubungan matematika dapat dinyatakan sebagai berikut:

Lihat Juga: >>Apa Perbedaan Antara Radio AM dan FM?

di mana xAM adalah bentuk gelombang termodulasi-amplitudo, xC adalah pembawa, dan xBB adalah sinyal baseband. Kita dapat mengambil langkah ini lebih jauh jika kita menganggap pembawa menjadi sinusoid tak berujung, konstan, frekuensi tetap. Jika kita menganggap bahwa amplitudo pembawa adalah 1, kita dapat mengganti xC dengan sin (ωCt).

Sejauh ini bagus, tetapi ada satu masalah dengan hubungan ini: Anda tidak memiliki kendali atas "intensitas" modulasi. Dengan kata lain, hubungan baseband-change-to-carrier-amplitudo-perubahan adalah tetap. 

Kita tidak bisa, misalnya, merancang sistem sedemikian rupa sehingga perubahan kecil pada nilai baseband akan membuat perubahan besar dalam amplitudo pembawa. Untuk mengatasi batasan ini, kami memperkenalkan m, yang dikenal sebagai indeks modulasi.

Lihat Juga: >>Cara Menghilangkan Gangguan AM dan FM Receiver 

Sekarang, dengan memvariasikan m kita dapat mengontrol intensitas efek sinyal pita dasar pada amplitudo pembawa. Perhatikan, bagaimanapun, bahwa m dikalikan dengan sinyal pita dasar asli, bukan pita dasar bergeser. 

Jadi, jika xBB meluas dari –1 ke +1, nilai m lebih besar dari 1 akan menyebabkan (1 + mxBB) meluas ke bagian negatif dari sumbu y — tetapi ini adalah persis apa yang kami coba hindari dengan menggeser itu ke atas di tempat pertama. Jadi ingat, jika indeks modulasi digunakan, sinyal harus digeser berdasarkan amplitudo maksimum mxBB, bukan xBB.

Domain Waktu
Kami melihat bentuk gelombang domain waktu AM di halaman sebelumnya. Berikut adalah plot terakhir (baseband berwarna merah, gelombang AM berwarna biru):

Sekarang mari kita lihat efek dari indeks modulasi. Berikut ini adalah plot yang serupa, tetapi kali ini saya menggeser sinyal baseband dengan menambahkan 3 bukannya 1 (kisaran aslinya masih –1 hingga +1).

Sekarang kita akan memasukkan indeks modulasi. Plot berikut dengan m = 3.

Amplitudo carrier sekarang "lebih sensitif" terhadap nilai sinyal baseband yang bervariasi. Baseband bergeser tidak memasuki bagian negatif dari sumbu y karena saya memilih DC offset sesuai dengan indeks modulasi.

Anda mungkin bertanya-tanya tentang sesuatu: Bagaimana kita dapat memilih offset DC yang benar tanpa mengetahui karakteristik amplitudo yang tepat dari sinyal baseband? Dengan kata lain, bagaimana kita dapat memastikan bahwa ayunan negatif bentuk gelombang baseband meluas persis ke nol? 

Jawab: Kamu tidak perlu. Dua plot sebelumnya adalah bentuk gelombang AM yang sama-sama valid; sinyal pita dasar ditransfer dengan setia dalam kedua kasus. DC offset apa pun yang tersisa setelah demodulasi mudah dilepas oleh kapasitor seri. (Bab selanjutnya akan membahas demodulasi.)

Lihat Juga: >>Apa Perbedaan antara AM dan FM?

Domain Frekuensi
Seperti yang telah kita diskusikan sebelumnya, pengembangan RF menggunakan analisis domain frekuensi secara ekstensif. Kita dapat memeriksa dan mengevaluasi sinyal termodulasi kehidupan nyata dengan mengukurnya dengan penganalisa spektrum, tetapi ini berarti bahwa kita perlu mengetahui seperti apa spektrum itu.

Mari kita mulai dengan representasi domain frekuensi dari sinyal pembawa:

Inilah yang kami harapkan untuk operator yang tidak dimodifikasi: lonjakan tunggal pada 10 MHz. Sekarang mari kita lihat spektrum sinyal yang dibuat oleh amplitudo memodulasi pembawa dengan sinusoid frekuensi konstan 1 MHz.

Di sini Anda melihat karakteristik standar dari bentuk gelombang termodulasi-amplitudo: sinyal pita dasar telah bergeser sesuai dengan frekuensi pembawa. 

Lihat Juga: >>RF Filter Dasar Tutorial 

Anda juga bisa menganggap ini sebagai "menambahkan" frekuensi pita dasar ke sinyal pembawa, yang memang sedang kita lakukan ketika kita menggunakan modulasi amplitudo — frekuensi pembawa tetap, seperti yang Anda lihat dalam bentuk gelombang domain waktu, tetapi variasi amplitudo merupakan konten frekuensi baru yang sesuai dengan karakteristik spektral sinyal pita dasar.

Jika kita melihat lebih dekat pada spektrum termodulasi, kita dapat melihat bahwa dua puncak baru adalah 1 MHz (yaitu, frekuensi baseband) di atas dan 1 MHz di bawah frekuensi pembawa:

(Jika Anda bertanya-tanya, asimetri adalah artefak dari proses perhitungan; plot ini dihasilkan menggunakan data nyata, dengan resolusi terbatas. Spektrum ideal akan simetris.)

>>Kembali ke atas

Frekuensi Negatif
Untuk meringkas, maka, modulasi amplitudo menerjemahkan spektrum pita dasar ke pita frekuensi yang berpusat di sekitar frekuensi pembawa. Namun, ada sesuatu yang perlu kami jelaskan: Mengapa ada dua puncak — satu di frekuensi pembawa ditambah frekuensi baseband, dan satu lagi di frekuensi pembawa dikurangi frekuensi baseband? 

Jawabannya menjadi jelas jika kita hanya ingat bahwa spektrum Fourier simetris sehubungan dengan sumbu y; meskipun kita sering hanya menampilkan frekuensi positif, bagian negatif dari sumbu x berisi frekuensi negatif yang sesuai. 

Frekuensi negatif ini mudah diabaikan ketika kita berhadapan dengan spektrum asli, tetapi penting untuk memasukkan frekuensi negatif saat kita menggeser spektrum.

Diagram berikut harus menjelaskan situasi ini.

Seperti yang Anda lihat, spektrum pita dasar dan spektrum pembawa simetris terhadap sumbu-y. Untuk sinyal pita dasar, ini menghasilkan spektrum yang memanjang terus menerus dari bagian positif dari sumbu x ke bagian negatif; untuk operator, kami hanya memiliki dua paku, satu di + ωC dan satu di –ωC. Dan spektrum AM, sekali lagi, simetris: spektrum pita dasar yang diterjemahkan muncul di bagian positif dan bagian negatif dari sumbu x.

>>Kembali kep

Dan ada satu hal lagi yang perlu diingat: modulasi amplitudo menyebabkan bandwidth meningkat dengan faktor 2. Kami mengukur bandwidth hanya menggunakan frekuensi positif, sehingga bandwidth baseband hanya BWBB (lihat diagram di bawah). Tetapi setelah menerjemahkan seluruh spektrum (frekuensi positif dan negatif), semua frekuensi asli menjadi positif, sehingga bandwidth yang dimodulasi adalah 2BWBB.

Kesimpulan
* Modulasi amplitudo berhubungan dengan mengalikan pembawa dengan sinyal baseband yang digeser.

* Indeks modulasi dapat digunakan untuk membuat amplitudo pembawa lebih (atau kurang) peka terhadap variasi nilai sinyal baseband.

* Dalam domain frekuensi, modulasi amplitudo berhubungan dengan menerjemahkan spektrum pita dasar ke pita yang mengelilingi frekuensi pembawa.

* Karena spektrum pita dasar simetris sehubungan dengan sumbu y, terjemahan frekuensi ini menghasilkan peningkatan bandwidth faktor-of-2.

>>Kembali kep

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan