ELEMANIA
TLC - Modulazione di ampiezza
Modulazioni analogiche con portante sinusoidale

In questo tipo di modulazioni il segnale modulante è un segnale analogico e la portante è un segnale sinusouidale. Un'applicazione tipica è quella delle trasmissioni radio, come si è già accennato. Riprendendo l'espressione generale di una portante sinusoidale

p(t) = Ap sen( 2πfp t + φp)

il segnale modulante potrà fare variare l'ampiezza (modulazione di ampiezza), la frequenza (modulazione di frequenza) o la fase (modulazione di fase) della portante.

Affinché il segnale portante possa mantenere le proprie caratteristiche fondamentali nonostante il processo di modulazione, occorre che l'entità della modulazione sia sufficientemente "piccola" rispetto ai parametri stessi della portante. In altre parole la modulazione deve modificare la portante senza però "stravolgerne" completamente la forma e, soprattutto, senza comprometterne le caratteristiche di trasmissibilità sul canale.

Modulazione di ampiezza

Nella modulazione di ampiezza (Amplitude Modulation, AM) l'ampiezza della portante sinusoidale viene fatta variare in funzione del segnale modulante da trasmettere s(t) secondo la formula:

m(t) = (Ap + KA s(t) ) sen( 2πfp t + φp)

m(t) rappresenta il segnale modulato (combinazione di portante+modulante). KA è un fattore di proporzionalità in base al quale all'ampiezza della portante Ap viene aggiunto un contributo dovuto al segnale modulante s(t). In pratica l'ampiezza della portante non è più costante, ma varia in funzione del segnale modulante s(t):

Si noti che la frequenza della portante è sempre molto maggiore della frequenza del segnale modulante. Si dice che il segnale modulato è un inviluppo della portante sinusoidale con il segnale modulante, cioè il segnale modulante in un certo senso "racchiude" le oscillazioni della portante sinusoidale.

Se Smax rappresenta l'ampiezza massima del segnale modulante s(t), si dice indice di modulazione M il seguente rapporto:

M = (KASmax)/Ap

Praticamente M pone in relazione la modulazione massima KASmax con l'ampiezza della portante Ap e misura la profondità della modulazione. In generale M deve sempre essere minore di uno (ovvero minore del 100%), in modo tale che la forma dell'onda portante non venga troppo distorta dalla modulazione. Se M è maggiore di uno si parla di sovramodulazione. La figura seguente mostra il risultato della modulazione di ampiezza ottenuta con diversi valori dell'indice di modulazione M:

 

Graphs illustrating how signal intelligibility decreases with overmodulation

Spettro del segnale modulato in ampiezza

Si può dimostrare che, se lo spettro del segnale modulante s(t) presenta una banda di frequenze compresa fra fmin e fmax, lo spettro del segnale modulato m(t) contiene due repliche dello spettro di s(t) inforno alla frequenza della portante fp:

Osserviamo che:

Altri tipi di modulazione in ampiezza

Per ridurre l'occupazione di banda e la potenza del segnale trasmesso, spesso nella pratica vengono utilizzate versioni modificate della modulazione AM. In particolare abbiamo:

Trasmissione radio in modulazione di ampiezza (AM)

Per le trasmissioni radio commerciali in modulazione di ampiezza si usa comunemente la banda di frequenze compresa fra 535 kHz e 1605 kHz (onde medie). Tale banda è suddivisa in 107 canali, ciascuno di ampiezza circa 10 kHz. A causa di tale limitazione di banda, la modulazione AM può riprodurre solo parzialmente la banda audio (solo per frequenze inferiori a 5 kHz). La scelta di canali con ampiezza di banda maggiore sarebbe solo parzialmente utile, a causa delle intrinseche limitazioni della modulazione AM, in particolare per quanto riguarda la sensibilità al rumore.

La figura seguente mostra lo schema a blocchi di un ricevitore AM:

Il circuito elettrico (semplificato) è invece questo:

 

L'antenna serve per captare le onde radio. Essa è di solito realizzata con una spira metallica avvolta su un nucleo di ferrite. Questo tipo di antenne consente di ridurre notevolmente le dimensioni necessarie:

Antenna in ferrite

Il sintonizzatore (tuner) è costituito da un circuito risonante realizzato per mezzo dell'antenna e di un condensatore variabile. Variando la capacità del condensatore viene variata la frequenza di risonanza del circuito, il quale viene in tale modo "accordato" su una specifica frequenza: in pratica in questo modo si seleziona una portante sola fra tutte quelle captate dall'antenna.

Il demodulatore (detto anche rivelatore) ha invece il compito di estrarre il segnale modulante da quello modulato. A tale scopo viene usato un diodo raddrizzatore (diode rectifier) in abbinamento con un circuito resistenza-condensatore che serve per rivelare i picchi (rivelatore di inviluppo). La figura seguente mostra il funzionamento del rivelatore (il condensatore si scarica lentamente fra un picco e l'altro della portante sinusoidale, ricostruendo in tale modo l'andamento del segnale modulante):

 

Infine l'amplificatore amplifica il segnale per renderlo adatto all'ascolto.

Altre applicazioni della modulazione in ampiezza

1) Televisione analogica

Le trasmissioni televisive analogiche vengono effettuate in modulazione di ampiezza (con soppressione parziale della banda laterale inferiore) nelle bande VHF e UHF. In Italia la larghezza di canale è 7 MHz.

2) Multiplazione telefonica a divisione di frequenza

La modulazione di ampiezza viene anche usata (nella forma a banda laterale unica, SSB) per la multiplazione telefonica con la tecnica FDM (frequency division multiplex).

 

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