Conventional AM (DSB-AM-TC)
Από την AM overview ξέρουμε τι είναι η Conventional AM σε γενικές γραμμές: «το message βάζει διακυμάνσεις στο πλάτος του carrier, και πληρώνουμε έναν σταθερό όρο για να μπορεί ένας απλός envelope detector να ανακτά το μήνυμα». Σε αυτό το κεφάλαιο πάμε στη βαθιά εκδοχή — αυτό είναι το 15% κεφάλαιο της εξεταστικής, και κάθε σχεδόν εξεταστική του χρόνου έχει τουλάχιστον ένα θέμα που πέφτει εδώ.
Στο τέλος θα ξέρεις:
- Την εξίσωση και τη γεωμετρική της σημασία.
- Το modulation index , γιατί ορίζεται έτσι, και τι σημαίνει «μ ≤ 1».
- Τι ακριβώς είναι υπερδιαμόρφωση — και να δεις, όχι μόνο να ακούσεις, τι σπάει.
- Το φάσμα του AM — carrier impulses + δύο πλευρικές, με συνολικό bandwidth = 2W.
- Πώς υπολογίζεις carrier power, sideband power, total power, efficiency η — και να νιώσεις το 33.3% τοίχο.
- Πώς λύνεται το κανονικό εξεταστικό πρόβλημα τύπου «δίνεται , βρες και ισχύεις» — σε λιγότερο από 5 λεπτά.
1. Η εξίσωση Conventional AM
με μια σταθερά και το message signal — το baseband σήμα που θέλουμε να μεταδώσουμε. Το που θα δούμε παρακάτω είναι το bandwidth του message: η υψηλότερη συχνότητα που περιέχει το , δηλαδή το ζει ολόκληρο μέσα στο (π.χ. για φωνή kHz, για μουσική hi-fi έως ~20 kHz). Αναπτύσσοντας:
Δύο όροι, δύο διαφορετικές δουλειές:
- — το carrier component: ένα καθαρό cosine στο που δεν μεταφέρει πληροφορία. Είναι «φάρος» — απλά υπάρχει.
- — η DSB-SC συνιστώσα (επόμενο κεφάλαιο): ο πολλαπλασιασμός του message με τον carrier μετατοπίζει το στις . Αυτός ο όρος κουβαλάει όλη την πληροφορία.
Άρα Conventional AM = DSB-SC + carrier. Ο extra carrier κοστίζει ισχύ — όπως θα δούμε στη §5, τουλάχιστον το 67% της εκπεμπόμενης ισχύος πάει σ' αυτόν. Σε αντάλλαγμα αγοράζουμε έναν παμφθηνό δέκτη (δίοδος + RC, χωρίς local oscillator). Όλη η AM ραδιοτηλεόραση χτίστηκε πάνω σ' αυτό το trade — η ισχύς γίνεται στον πομπό, η απλότητα γίνεται στον δέκτη.
2. Modulation index μ — ο «χορτασμός» της διαμόρφωσης
Ορισμός:
Με λόγια: ο λόγος του «πιο αρνητικού σημείου» του message προς το carrier amplitude. Για single-tone message απλοποιείται σε:
(γιατί ). Συχνά γράφεται και ως ποσοστό: διαμόρφωση. Άλλη ονομασία που χρησιμοποιείται είναι «ποσοστό διαμόρφωσης».
Σε αυτή την περίπτωση η εξίσωση του AM σήματος γράφεται και στην «κανονικοποιημένη» μορφή που εμφανίζεται στις ασκήσεις (Άσκηση 4.4, askisis deck slide 2):
— ισοδύναμη με τη μορφή θέτοντας . Αν δεις στην εκφώνηση τη μορφή , ταυτοποιείς το απευθείας — δεν χρειάζεται καν να βγάλεις το .
2a. Γιατί ορίζεται έτσι;
Η ποσότητα είναι το envelope του AM σήματος — αυτό που «βλέπει» ο envelope detector. Τρεις περιπτώσεις:
- — «Υποδιαμόρφωση» (slide 16, παράδειγμα με , ): πάντοτε. Το envelope μένει αυστηρά θετικό. Ο envelope detector ανακτά ακριβώς το (μετά από DC-block).
- — «Τέλεια Διαμόρφωση» (ορολογία slide 18, παράδειγμα , ): το envelope ακριβώς αγγίζει το μηδέν στις «κοιλάδες» του message. Στη θεωρία ακόμα δουλεύει· στην πράξη αφήνουμε margin (πχ ) για να μη χτυπήσουμε στο 100% σε peaks.
- — «Υπερδιαμόρφωση» (slide 20, παράδειγμα , ⇒ ): το envelope πάει αρνητικό σε διαστήματα — και ο envelope detector βγάζει , όχι . Η ανάκτηση καταστρέφεται.
Στις ραδιοφωνικές προδιαγραφές, οι σταθμοί δουλεύουν συνήθως σε — αρκετά υψηλά για καλή ποιότητα ήχου (το ανεβαίνει με το , όπως θα δούμε), αλλά με margin για να μη χτυπήσουν στο 100% σε peaks.
Conventional AM στον χρόνο — μ slider
x(t) = [A_c + A_m cos(2π f_m t)] cos(2π f_c t) · Πάνω: message + envelope. Κάτω: το διαμορφωμένο σήμα x(t) με carrier «γεμισμένο» με το envelope.
Συμπύκνωσε — modulation index μ
- single-tone:
- ⇒ envelope detector OK
- ⇒ phase reversal
- Από το single-tone message, ταυτοποιείς το (πλάτος).
- Από την εκφώνηση του AM (τη μορφή ), ταυτοποιείς το .
- Υπολογίζεις .
- Ελέγχεις : αν ναι, η ανάκτηση είναι καθαρή.
3. Υπερδιαμόρφωση (overmodulation) — τι σπάει και γιατί
Η Conventional AM στηρίζεται στον φτηνό envelope detector (δίοδος + RC, χωρίς local oscillator) — και αυτός είναι που σπάει όταν , όχι το ίδιο το AM σήμα. (Παρακάτω ξαναπιάνουμε ρητά αυτή τη διάκριση όπως τη διατυπώνουν οι διαφάνειες.) Ιδού η μηχανική της αναδίπλωσης:
- Σε κάποια χρονικά διαστήματα, .
- Το envelope του πραγματικού σήματος είναι — η απόλυτη τιμή.
- Όπου το θα έπρεπε να ήταν αρνητικό, ο envelope detector το «αναποδογυρίζει» στο θετικό.
Συνέπεια: το ανακτημένο message δεν είναι πλέον — είναι μια διπλωμένη εκδοχή. Το σχήμα της κυματομορφής αλλάζει στις κοιλάδες σε αιχμές, και ο envelope detector βγάζει ένα σήμα γεμάτο αρμονικές που το LPF μετά δεν μπορεί να φιλτράρει (είναι μέσα στο baseband). Αυτή η παραμόρφωση ακούγεται ως «κρακ» και αλλοίωση στον ήχο. Φτηνά AM ραδιόφωνα όταν ο σταθμός «το παρακάνει» — αυτό ακούς.
3a. Δες ακριβώς τι βγάζει ο detector
Η αναδίπλωση δεν είναι μύθος — είναι γεωμετρική συνέπεια του . Πάρε το από το προς το και κράτησε το βλέμμα σου στο μεσαίο pane (signed vs absolute) και το κάτω pane (ανακτημένο vs αληθινό message):
Υπερδιαμόρφωση — τι ακριβώς βγάζει ο envelope detector
Σύρε το μ από 0.5 προς το 1.5. Παρατήρησε τι κάνει το |A_c + m(t)| (κάτω από A_c): όσο μ > 1, οι κάτω μισές «αναποδογυρίζουν» και η ανακτημένη m̂(t) αποκτά αιχμές όπου το αρχικό σήμα πήγαινε αρνητικό.
Τι παρατηρείς:
- Όσο , η μπλε καμπύλη του ταυτίζεται με την violet καμπύλη του — δεν αναδιπλώνεται γιατί η violet δεν περνά κάτω από το 0.
- Στο , η μπλε καμπύλη «πηδάει» — οπουδήποτε η violet βυθίζεται κάτω από το 0, η μπλε διπλώνει πάνω.
- Στο κάτω pane, το ανακτημένο (μπλε) γίνεται μια διαφορετική κυματομορφή από το αληθινό (πορτοκαλί): οι κοιλάδες έχουν αντικατασταθεί από αιχμές. Η κόκκινη γέμιση δείχνει την ενέργεια της παραμόρφωσης.
3β. Phase reversal — η οπτική υπογραφή στο carrier
Στο πάνω pane (το εκπεμπόμενο ) πρόσεξε τα κόκκινα ↺ markers: εκεί που το διασταυρώνει το μηδέν, ο carrier κάνει flip — αλλάζει πρόσημο στιγμιαία. Στον oscilloscope αυτό εμφανίζεται ως «το cosine πάει ξαφνικά ανάποδα». Αυτό είναι το σήμα ότι έχεις περάσει το όριο.
4. Φάσμα του AM σήματος
Παίρνοντας FT του , με τη βοήθεια του modulation theorem και της 4d (FT της σταθεράς = , που μετά το γίνεται ):
Δύο συνιστώσες:
- Carrier impulses στις , ύψους η καθεμία. Δεν εξαρτώνται από το — είναι πάντα εκεί, ακόμα και αν .
- Sidebands: αντίγραφα του μετατοπισμένα στις , ύψους από το original. Αυτά κουβαλάνε όλη την πληροφορία. Η σύμβαση των διαφανειών (slide 26): Άνω Πλευρική Ζώνη (Upper Sideband) είναι το κομμάτι με (μακριά από το μηδέν, στα άκρα), Κάτω Πλευρική (Lower Sideband) το κομμάτι με (κοντά στο μηδέν, μεταξύ και ).
Για single-tone message , το και το AM φάσμα γίνεται 6 impulses (3 ζεύγη):
(όπου χρησιμοποιήσαμε .) Τρία ζεύγη στις θέσεις , .
AM φάσμα — carrier + δύο πλευρικές, για single-tone message
Για m(t) = A_m cos(2π f_m t): τρία ζεύγη impulses ανά πλευρά συχνότητας — ένα carrier στο ±f_c (πορτοκαλί) και δύο sidebands στις ±f_c ± f_m (μπλε). Σύρε το μ και δες τα sidebands να μεγαλώνουν, ενώ το carrier παραμένει σταθερό.
4a. Γιατί χρειαζόμαστε f_c >> W — αλληλεπικάλυψη πλευρικών (slide 23)
Η εξίσωση έχει δύο μετατοπισμένα αντίγραφα του — ένα γύρω από το , ένα γύρω από το . Σιωπηρά υποθέσαμε ότι δεν αλληλεπικαλύπτονται. Πότε σπάει αυτή η υπόθεση;
Εδώ είναι το bandwidth του message (η υψηλότερη συχνότητα του ): αφού το ζει στο , το μετατοπισμένο αντίγραφο γύρω από το εκτείνεται στο διάστημα , και το αντίγραφο γύρω από το στο . Για να μην ακουμπήσουν, πρέπει:
Στην πράξη δεν αρκεί απλά — θέλουμε άνετο margin για να μη μπερδεύονται τα φιλτράρισμα και η ανάκτηση από θερμικό θόρυβο, ατέλειες, κλπ. Το slide 23 το διατυπώνει ως:
Σύρε το και δες ακριβώς αυτό να συμβαίνει — πάνω από το τα δύο αντίγραφα είναι χωριστά, κάτω από το μπαίνουν το ένα μέσα στο άλλο:
Αλληλεπικάλυψη πλευρικών: σύρε το f_c
Το |X(f)| έχει δύο αντίγραφα του M(f) — ένα γύρω από το +f_c, ένα γύρω από το −f_c. Κατέβασε το f_c κάτω από το W και δες τα δύο αντίγραφα να **μπαίνουν το ένα μέσα στο άλλο**.
Αυτός είναι ο φασματικός λόγος που η AM ραδιοτηλεόραση χρησιμοποιεί φέροντα στα MHz: το ηχητικό message έχει kHz, ο carrier στα 1 MHz σημαίνει — άνετο margin για το envelope detector να μην μπερδέψει τις δύο πλευρές. Αν επιχειρούσες να μεταδώσεις φωνή AM με kHz (στο audio band), τα δύο μετατοπισμένα αντίγραφα του θα αναμειγνύονταν και η ανάκτηση θα ήταν αδύνατη.
Στη διάλεξη η ίδια συνθήκη εμφανίζεται και ως όταν το message είναι single-tone (slide 24 — αφού για single-tone το «bandwidth» είναι η ίδια η συχνότητα του tone). Η ίδια ιδέα από διαφορετική οπτική: ο carrier πρέπει να ταλαντώνεται πολύ πιο γρήγορα από το πιο γρήγορο κομμάτι του message.
4b. Bandwidth = 2W
Για γενικό message με bandwidth , το ζει στο . Μετά τη μετατόπιση στις , οι sidebands εκτείνονται από έως (και αντίστοιχα στις αρνητικές). Άρα:
— διπλάσιο του message bandwidth. Αυτή είναι μια από τις σημαντικές «αδυναμίες» της AM: αν το message έχει kHz, το AM σήμα καταλαμβάνει kHz φάσματος. Στη DSB-SC το ίδιο (κρατάει και οι δύο πλευρικές). Στη SSB μειώνεται στο (μισό, αφού κρατά μόνο τη μία πλευρά).
Έχεις AM single-tone σήμα με , , kHz, kHz. Συμπλήρωσε ύψος και θέση κάθε ζεύγους impulse στο φάσμα (θετικές συχνότητες μόνο).
5. Ισχύς, αποδοτικότητα και η ταυτότητα της AM
Τώρα μετράμε πού πάει η ισχύς. Το κλειδί είναι να ξαναδούμε το σήμα σπασμένο στα κομμάτια του, γιατί σε καθένα μετράμε ισχύ ξεχωριστά. Για single-tone message :
Το δεύτερο κομμάτι είναι γινόμενο δύο cosine· με την product-to-sum (την ίδια ταυτότητα που έδωσε τις sidebands στην §4) σπάει σε δύο sidebands, στο και στο , καθεμία πλάτους :
Άρα το AM σήμα είναι τρία cosine σε διαφορετικές συχνότητες: ο carrier στο και οι δύο sidebands στις . Όταν αθροίζεις cosine διαφορετικών συχνοτήτων, οι ισχύς τους απλώς προστίθενται — ο χρονικός μέσος κάθε σταυρωτού γινομένου μηδενίζεται. Οπότε αρκεί να βρούμε την ισχύ του καθενός, με το μόνο γεγονός που χρειαζόμαστε: η μέση ισχύς ενός cosine πλάτους είναι .
5a. Carrier power
Ο carrier έχει πλάτος :
5b. Sideband power (κάθε μία)
Κάθε sideband έχει πλάτος (όπως μόλις δείξαμε):
(Αυτή είναι η ισχύς κάθε sideband ξεχωριστά. Έχουμε δύο — upper και lower — οπότε η συνολική «χρήσιμη» ισχύς είναι .)
5c. Total power
Προσθέτουμε τον carrier και τις δύο sidebands (επιτρέπεται να τα αθροίσουμε, αφού ζουν σε διαφορετικές συχνότητες):
5cγ. Γενική (non-tone) μορφή — η ταυτότητα μέσω της περιβάλλουσας
Όλα τα παραπάνω (§5a–5c) υποθέτουν ότι το message είναι ένας καθαρός τόνος. Υπάρχει όμως και μια γενική μορφή που δουλεύει για οποιοδήποτε , χωρίς υπόθεση για το σχήμα του — και βγαίνει κατευθείαν από την περιβάλλουσα , σε δύο βήματα.
Βήμα 1 — η ισχύς του AM είναι το μισό της ισχύος της περιβάλλουσας. Το σήμα είναι , και η ισχύς του βγαίνει . Είναι το ίδιο -τρικ που εμφανίζεται σε όλο το κεφάλαιο: υψώνοντας στο τετράγωνο,
Η ισχύς είναι ο χρονικός μέσος του , δηλαδή . Ο πρώτος όρος δίνει . Ο δεύτερος κουβαλάει τον παράγοντα , που στον χρονικό μέσο μηδενίζεται: ένα cosine περνάει εξίσου από θετικά και αρνητικά, και το εμβαδόν του σε κάθε πλήρη κύκλο είναι μηδέν. (Το μεταβάλλεται πολύ πιο αργά από τον carrier, αφού , οπότε μέσα σε κάθε τέτοιο κύκλο είναι ουσιαστικά σταθερό και δεν χαλάει αυτή την αναίρεση.) Απομένει .
Το ίδιο βγαίνει κι από τη συχνότητα, με δύο γνωστά εργαλεία. Πρώτα, ο πολλαπλασιασμός με (modulation theorem) δίνει στο AM σήμα φάσμα
όπου είναι το φάσμα της περιβάλλουσας: το baseband φάσμα της αντιγράφεται στις με μισό πλάτος (αυτό είναι ακριβώς το φάσμα carrier + sidebands της §4, αφού ). Έπειτα, η ισχύς ισούται με το εμβαδόν κάτω από τη φασματική πυκνότητα — την «ισχύ ανά Hz» — που είδαμε ως ιδέα Parseval στον μετασχηματισμό Fourier. Επειδή η ισχύς πάει με το τετράγωνο του πλάτους, κάθε μισό-πλάτος αντίγραφο κουβαλάει το ένα τέταρτο της ισχύος της περιβάλλουσας· τα δύο αντίγραφα (στις και ) δίνουν , δηλαδή ξανά .
Βήμα 2 — η ισχύς της περιβάλλουσας. Εδώ χρειάζεται μία λογική υπόθεση για το message: ότι έχει μηδενική μέση τιμή (zero-mean), δηλαδή ο χρονικός του μέσος είναι — το σήμα ταλαντώνεται γύρω από το μηδέν, χωρίς σταθερή (DC) συνιστώσα. Αυτό ισχύει για ουσιαστικά κάθε πραγματικό σήμα πληροφορίας (ήχος, φωνή): μια σταθερή συνιστώσα δεν θα κουβαλούσε πληροφορία, θα σπαταλούσε μόνο ισχύ. Υψώνοντας την περιβάλλουσα στο τετράγωνο,
και παίρνοντας χρονικό μέσο, ο μεσαίος όρος σβήνει: , ακριβώς επειδή το είναι zero-mean. Απομένει
Συνδυάζοντας τα δύο βήματα: , δηλαδή
Sanity check στο single-tone. Για , . Τότε — ταυτίζεται με το §5c. ✓
Γενική efficiency. Η «χρήσιμη» ισχύς είναι το κομμάτι του message ()· ο carrier () είναι το άχρηστο βάθρο. Άρα , που απλοποιείται (πολλαπλασιάζοντας πάνω-κάτω επί ):
Πρόσεξε: ο παρανομαστής είναι (η ισχύς της περιβάλλουσας, όχι του AM σήματος), και ο αριθμητής η ισχύς μόνο του message — όχι του σταυρωτού (που έδωσε μηδέν στη μέση).
5d. Efficiency η — το «πόσο πάει σε χρήσιμη πληροφορία»
«Χρήσιμη» ισχύς = αυτή που κουβαλάει πληροφορία = ισχύς των sidebands. Στο single-tone η γενική η εξειδικεύεται. Δύο ισοδύναμες μορφές που θα δεις και τις δύο σε λύσεις:
(Είναι αλγεβρικά η ίδια — πολλαπλασιάζεις αριθμητή και παρονομαστή με 2.)
Για (μέγιστη χρήσιμη modulation πριν την υπερδιαμόρφωση):
Δύο τρίτα της ισχύος σπαταλιούνται πάντα στον carrier, ακόμα και στην καλύτερη επιτρεπτή λειτουργία. Αυτή είναι η μεγάλη αδυναμία της Conventional AM — και η αφορμή για το επόμενο κεφάλαιο της οικογένειας (DSB-SC, που πετάει τον carrier και έχει ).
AM ισχύς και efficiency calculator
Υποθέτει single-tone message m(t) = A_m·cos(2π f_m t), οπότε μ = A_m / A_c. Δώσε τα πλάτη carrier A_c και message A_m (V)· δείχνει το μ, τις ισχύεις (carrier, sidebands, total) και το efficiency η = P_useful / P_total.
Η μέγιστη efficiency στην Conventional AM είναι 33.3%, στο μ = 1. Αυτό σημαίνει ότι το 2/3 της ισχύος πάντα σπαταλιέται στον carrier (που δεν κουβαλάει πληροφορία). Γι' αυτό υπάρχει το DSB-SC και όλες οι suppressed-carrier παραλλαγές.
Ισχύει για single-tone message (ένας τόνος ⇒ ένας μοναδικός μ = A_m/A_c). Για message με πολλούς τόνους δεν υπάρχει ένας μ — εκεί χρησιμοποιείς τη γενική μορφή η = P_m / (A_c² + P_m) με P_m = ⟨m²(t)⟩ (§5cγ).
5ε. Δες τον τοίχο
Ο τύπος είναι αύξουσα συνάρτηση: αυξάνεις το , αυξάνει η αποδοτικότητα. Αλλά φραγμένη από το στο . Σύρε το πάνω στην καμπύλη και νιώσε γιατί η AM δεν φτάνει ποτέ στο 50%:
Efficiency wall — γιατί η Conventional AM δεν ξεπερνά ποτέ το 33.3%
Σύρε το μ πάνω στην καμπύλη ή με τον slider. Η εξίσωση η(μ) = (μ²/2)/(1 + μ²/2) είναι αύξουσα αλλά φραγμένη από το 1/3 στο μ = 1 — πάνω από εκεί έχεις overmodulation, οπότε ποτέ δεν φτάνεις στο 50%, πόσο μάλλον στο 100% που έχουν τα DSB-SC και SSB.
Γεωμετρικά: ο carrier δεν μειώνεται όσο ανεβαίνει το — μένει σταθερά στο . Μόνο τα sidebands μεγαλώνουν, και . Στο , η συνολική ισχύς sidebands () είναι το μισό της ισχύος του carrier — εκεί κολλάει η στο .
5ζ. Η ταυτότητα σε Watts στην κεραία
Το ακούγεται αφηρημένο. Πιο συγκεκριμένα: για να μεταδώσει ένας AM-πομπός 1 W μηνύματος, πρέπει να εκπέμψει 3 W. Ένας DSB-SC πομπός θα έπρεπε να εκπέμψει μόνο 1 W. Ένας SSB μόνο 0.5 W (κρατάει μόνο μία πλευρά — μισή η ενέργεια του DSB-SC). Δες τους τρεις δίσκους — οι περιοχές τους είναι κυριολεκτικά ισχύς:
Πόσα Watts ζητάει η κεραία για 1 W μηνύματος — AM vs DSB-SC vs SSB
Τρεις δίσκοι. Κάθε δίσκος έχει επιφάνεια ίση με την ισχύ που ζητάει η κεραία ενός σχήματος για να παραδώσει την ίδια ισχύ μηνύματος. Ο γκρι δακτύλιος της AM = ισχύς που πάει στον carrier και δεν φέρει πληροφορία. Σύρε το μ και δες πώς ο AM-δίσκος κάνει τα άλλα δύο να φαίνονται μικρά.
| Conventional AM | 5.08 W |
| DSB-SC | 1.00 W |
| SSB (USB ή LSB μόνο) | 0.50 W |
Στο μ = 1 (καλύτερη περίπτωση AM): AM ≈ 3 W, DSB-SC = 1 W, SSB = 0.5 W. Δηλαδή το AM χρειάζεται 3× την κεραιακή ισχύ για το ίδιο μήνυμα.
Η κόκκινη διακεκομμένη που μαρκάρει το «AM size» πάνω στους DSB-SC/SSB δίσκους είναι η ποσότητα ισχύος που σπαταλάει η AM σε σχέση με τα δύο άλλα. Αυτή είναι η πραγματική τιμή που πληρώνεις για τη χρήση envelope detector — μετράται σε Watts κεραίας, και είναι η αιτία που τα AM ραδιόφωνα ιστορικά απαιτούσαν πομπούς εκατοντάδων kW για κάλυψη μιας πόλης.
5η. Σύνοψη τύπων (single-tone)
| Ποσότητα | Τύπος |
|---|---|
| Modulation index | |
| Carrier power | |
| Sideband power (κάθε μία) | |
| Total sideband power | |
| Total power | |
| Efficiency | |
| Bandwidth | (= γενικά) |
Γενική μορφή (για κάθε zero-mean , single ή multi-tone):
| Ποσότητα | Τύπος |
|---|---|
| Total power | όπου |
| Efficiency | |
| Bandwidth | (W = υψηλότερη συχνότητα στο ) |
Όταν στην εκφώνηση δίνεται message με πολλαπλούς τόνους (όπως στην Άσκηση 4.1 παρακάτω: ), η γενική μορφή είναι η μόνη που δουλεύει — η single-tone έχει πρόβλημα γιατί δεν υπάρχει ένας μοναδικός .
Συμπύκνωσε — η αλυσίδα ισχύος
- (κάθε μία)
- στο
- Από : .
- Από : για κάθε sideband (όχι ξεχάσεις το ).
- Κάνε το άθροισμα: .
- Επιβεβαίωσε με τον compact: .
- Efficiency: .
Βάλε τα βήματα σε σωστή σειρά για να λύσεις: «δίνεται , βρες ». Αυτή είναι η ακριβής αλληλουχία της Sept 2025 ΘΕΜΑ 1.2 και επανέρχεται κάθε εξεταστική.
Σύρε τις γραμμές για αναδιάταξη — ή χρησιμοποίησε τα βελάκια .
- 1.③ Υπολόγισε (κάθε sideband).
- 2.② Υπολόγισε .
- 3.① Υπολόγισε και επιβεβαίωσε (αν όχι, η εκφώνηση έχει πρόβλημα ή ζητάει distortion).
- 4.⑤ — απάντησε σε ποσοστό.
- 5.④ , ή ισοδύναμα .
6. Worked example — το κανονικό εξεταστικό πρόβλημα
Εξάσκηση
Πέντε ερωτήσεις τύπου εξετάσεων — όλες πιθανές στις τελικές. Πριν δεις τη λύση κάθε μίας, κάνε μια προσπάθεια από μνήμη στο RecallDrill παρακάτω — αν δεν ζωγραφίζεις σωστά το φάσμα, οι ασκήσεις θα σου γράψουν τα ίδια λάθη.
Χωρίς να γυρίσεις πάνω: ζωγράφισε νοερά το ενός single-tone AM σήματος γύρω από . Πόσες impulses; Σε ποιες θέσεις; Με τι ύψος η καθεμία; Πόσο bandwidth συνολικά; Πόσο κουβαλάει η μία sideband σε σχέση με το carrier;
7. Recap
Τι μάθαμε
- Conventional AM: . Decomposes σε carrier () + DSB-SC (). Ο carrier δεν κουβαλάει πληροφορία.
- Modulation index , για single-tone απλά .
- Πρέπει για να αποφύγεις overmodulation ( πέφτει αρνητικό → envelope detector βγάζει → φαινόμενο αναδίπλωσης → παραμόρφωση που δεν φιλτράρεται).
- Phase reversal: σε υπερδιαμόρφωση ο carrier «αναποδογυρίζει» όπου το διασταυρώνει το 0 — ορατό στο time-domain.
- Φάσμα: carrier impulses στα ύψους + sidebands στις δύο πλευρές.
- Bandwidth = 2W — διπλάσιο του message bandwidth.
- Single-tone power: , each, .
- Efficiency , μέγιστο 33.3% στο μ=1. Δύο τρίτα της ισχύος πάντα στον carrier.
- Σε πραγματικά Watt κεραίας: για 1 W μηνύματος, AM ζητάει ~3 W, DSB-SC 1 W, SSB 0.5 W.
- Τρία «Αρνητικά» (slide 32): (1) τουλάχιστον 2/3 ισχύος πάει στον carrier (μη αποδοτική διαχείριση ισχύος), (2) διπλάσιο bandwidth από το message (μη αποδοτική διαχείριση φάσματος), (3) επιρρεπής σε παρεμβολές κι αλλοιώσεις από το περιβάλλον διάδοσης — το AM σήμα κουβαλάει την πληροφορία στο πλάτος, και ό,τι θόρυβος / fading χτυπήσει το πλάτος, εμφανίζεται απευθείας στο ανακτημένο (αναλυτικά στο /am/modulator-demodulator §AM σε θόρυβο).
- Για να βελτιώσεις efficiency χωρίς να αλλάξεις σχήμα: αδύνατο. Πρέπει να πας σε DSB-SC (επόμενο κεφάλαιο) ή SSB.
Συμπύκνωσε όλο το Conventional AM
- ανά πλευρά
- envelope detector ⇔ μ ≤ 1
- Γράφεις την βασική εξίσωση και ταυτοποιείς A_c και m(t).
- Υπολογίζεις μ. Επιβεβαιώνεις μ ≤ 1 (αλλιώς overmodulation + distortion αρμονικές).
- Φάσμα: 6 impulses (single-tone), 3 ζεύγη στις ±f_c, ±(f_c±f_m). Bandwidth = 2W.
- Ισχύς: P_c = A_c²/2 (πάντα), P_sb = μ²A_c²/8 (κάθε μία), P_total = sum.
- Efficiency: η = useful/total ≤ 1/3. Στο μ=1 είσαι στον τοίχο.
Πώς θα το αναγνωρίσεις
- «modulation index»
- «δείκτης διαμόρφωσης»
- «A_c και A_m»
- «απόδοση ισχύος»
- «efficiency»
- «overmodulation»
- «υπερδιαμόρφωση»
- «envelope detector»
- «φάσμα AM»
Σχεδόν κάθε εξεταστική Conventional AM έχει την ίδια ραχοκοκαλιά: σου δίνει μερικά νούμερα (A_c, A_m, ή ισοδύναμα μ και ένα πλάτος) και ζητάει τα κανονικά νούμερα της AM: μ, P_c, P_sb, P_total, η, BW. Η σταθερή recipe είναι ① μ ② P_c = A_c²/2 ③ P_sb = (μA_c)²/8 ξεχωριστά για κάθε πλευρά ④ P_total ⑤ η. Αν η εκφώνηση ξεκινάει με «δίνεται το αναπτυγμένο σήμα x(t) = …», η πρώτη σου κίνηση είναι να το γράψεις σε μορφή για να βγάλεις A_c, A_m, f_c, f_m.
Αν η εκφώνηση ρωτάει «τι συμβαίνει όταν...» (overmodulation, demod, BW), πας σε concept: phase reversal για μ > 1, BW = 2W, η ≤ 1/3 για το «γιατί αλλάζουμε σχήμα». Σχεδόν ποτέ δεν χρειάζεσαι μη-tone υπολογισμό — εκφωνήσεις με γενικό m(t) δίνουν συνήθως μόνο το απευθείας ή σου ζητούν να εκφράσεις P_total σε όρους P_m. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιείς (τύπος στη σελίδα formulas — «πρέπει να θυμάσαι», όχι μέσα στο τυπολόγιο).
Πού εμφανίζεται στα παλιά θέματα
- AM σήμα στο χρόνο και στη συχνότητα: tone modulationΠρόοδος · Απρίλιος 2026ΘΕΜΑ 9AM
- AM modulator με δίοδο (square-law)Πρόοδος · Απρίλιος 2026ΘΕΜΑ 5AM
- Δείκτης διαμόρφωσης από A_c και A_mΠρόοδος · Απρίλιος 2026ΘΕΜΑ 1AM
- Συνολική ισχύς AM για P_c=100W, m=1Πρόοδος · Απρίλιος 2026ΘΕΜΑ 2AM
- Τι σημαίνει m=1Πρόοδος · Απρίλιος 2026ΘΕΜΑ 3AM
- Μέγιστο ποσοστό ισχύος στα sidebandsΠρόοδος · Απρίλιος 2026ΘΕΜΑ 4AM
Τελείωσες αυτή τη σελίδα;