Передача и прием АМ сигнала

В этой статье мы рассмотрим процесс передачи и приема сигнала с использованием амплитудной модуляции (AM). Модель включает генератор сигналов, модулятор, передатчик, канал связи, приемник и демодулятор. Мы разберем каждый блок, его настройки и проанализируем графики сигналов на разных этапах.

Амплитудная модуляция (AM, от англ. Amplitude Modulation) представляет собой базовый и широко применяемый метод изменения характеристик несущего сигнала. В этом процессе амплитуда высокочастотной несущей волны изменяется пропорционально передаваемому информационному сигналу.

Данная технология находит применение в различных областях радиотехники:

• Радиовещании

• Акустической локации

• Других системах беспроводной передачи данных

Принцип работы AM можно проиллюстрировать на примере радиовещания:

1. Звуковые волны преобразуются в низкочастотный электрический сигнал

2. Этот сигнал модулирует амплитуду высокочастотной несущей

3. В результате получается радиосигнал, чья амплитуда точно повторяет динамику исходного звукового сигнала

Особенность AM заключается в том, что информационное содержание передается исключительно через изменения амплитуды несущей частоты, сохраняя при этом постоянными другие параметры сигнала.

1. Общая схема модели

Модель состоит из следующих основных блоков:

1. Генератор сигналов – создает исходный информационный сигнал (например, синусоиду низкой частоты).

2. Генератор несущей – генерирует высокочастотный сигнал, который будет модулирован.

3. Амплитудный модулятор – изменяет амплитуду несущей в соответствии с информационным сигналом.

4. Канал передачи – имитирует передачу сигнала по воздуху (может включать шумы и затухание).

5. Приемник и демодулятор – выделяет исходный сигнал из модулированной несущей.

   

2. Подробное описание блоков и их настроек

2.1. Генератор информационного сигнала

• Тип сигнала: синусоида или синусоида переменной частоты.

• Частота: 5 рад/с или 0,5 - 5 рад/с (низкочастотный сигнал, который мы хотим передать).

• Амплитуда: 0,5 В.

Для корректной модуляции информационный сигнал смещен по постоянной составляющей на 1 В.

2.2. Генератор несущей частоты

• Тип сигнала: синусоида.

• Частота: 50 рад/с (высокочастотная несущая).

• Амплитуда: 1 В.

2.3. Амплитудный модулятор

В модели используется перемножитель сигналов, который умножает информационный сигнал на несущую.

2.4. Канал передачи (воздушная среда)

В модели может быть добавлен:

• Белый шум (Band-Limited White Noise).

• Затухание (Gain -40 dB).

Прием электромагнитных сигналов антенной основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит:

E=−dΦ/dt

где:

• E – электродвижущая сила (ЭДС), наводимая в антенне,

• Φ – магнитный поток, пронизывающий контур антенны.

Это означает, что антенна реагирует не на само электромагнитное поле, а на его производную по времени. Следовательно, для корректного моделирования приема сигнала необходимо учитывать дифференцирование принимаемого поля, для чего добавлен блок Discrete Derivative.

2.5. Приемник и демодулятор

Демодуляция AM-сигнала включает:

1. Усиление (Amplifier)

2. Выпрямление (Abs)

   

3. Фильтрацию НЧ-компоненты (ФНЧ с частотой среза чуть выше частоты информационного сигнала).

   

   Сравнение входного и выходного сигналов демонстрирует небольшие отличия, связанные с шумами и искажениями в канале передачи сигнала.

   

3. Вывод

Данная модель наглядно демонстрирует принцип амплитудной модуляции и демодуляции. Основные искажения возникают из-за шумов в канале передачи, что требует использования фильтров и оптимальных параметров модуляции.

Экспериментируя с частотой несущей, глубиной модуляции и уровнем шума, можно изучить, как эти параметры влияют на качество передачи сигнала.