Modulazione
1
Modulazione AM
Per trasmettere informazione è necessaria qualche forma di
modulazione.
Il processo della modulazione consiste nel variare un parametro di un
segnale periodico di base, di solito chiamato portante.
Normalmente come portante si usa un segnale a radiofrequenza,
perché l'informazione originale è in una forma che non è adatta alla
trasmissione diretta a distanza ed è perciò necessario convertirla ad
una frequenza più elevata attraverso il processo della
modulazione.
Con gli anni sono stati inventati vari metodi per modulare, allo scopo
di trasmettere l'informazione richiesta nel modo più efficiente possibile
con la minima quantità di distorsione.
2
Modulazione AM
I fattori primari da considerare nella trasmissione a distanza
dell’informazione sono
• la potenza del segnale;
• la larghezza di banda;
• la distorsione;
• la potenza del rumore.
Infine, molto importante è il rapporto tra potenza del segnale e
potenza del rumore o rapporto segnale-disturbo (S/N) in uscita
del sistema, poiché ne determina le prestazioni.
Di conseguenza, non deve sorprendere il fatto che vengano usate
molte tecniche di modulazione che sembrano competere l’una con
l’altra in certe condizioni pratiche.
3
Modulazione AM
Il particolare processo di elaborazione di un segnale elettrico, chiamato
modulazione, è necessario per almeno due motivifondamentali:
• per adattare le caratteristiche del segnale da trasmettere a quelle
del mezzo trasmissione;
• per consentire la trasmissione simultanea di più comunicazioni
utilizzanti lo stesso mezzo di trasmissione (mediante il processo
di traslazione di frequenza).
Diamo quindi una possibile definizione:
la modulazione è quel processo che trasforma una data
informazione in un segnale adatto ad essere applicato ad un
determinato canale di trasmissione.
4
Modulazione AM
Il segnale portante (carrier) ha la funzione di trasportare o di traslare
(a seconda dello scopo per cui si modula) il segnale elettrico contenente
l’informazione (voci, suoni, immagini, dati).
Il segnale modulante (modulating signal) contiene l’informazione vera
e propria, ma non ha le caratteristiche necessarie per essere applicato
direttamente al mezzo di trasmissione.
Il risultato del processo di modulazione è il segnale modulato
(modulated signal) che contiene l’informazione associata al segnale
portante.
Modulante
Modulatore
Portante
Segnale Modulato
5
Modulazione AM
Il processo di modulazione può essere ottenuto in modi diversi, ed una
possibile classificazione può avvenire:
• in base al tipo di portante utilizzata
• in base al tipo di segnale modulante.
La PORTANTE può essere di tipo:
• CONTINUO, ad esempio sinusoide
• IMPULSIVO, ad esempio segnale impulsivo o DIGITALE
La MODULANTE può essere di tipo:
• ANALOGICO: è un segnale che modifica in modo continuo un
parametro della portante (per esempio l’ampiezza o la frequenza)
• NUMERICO: è un segnale discreto, che modifica in modo discreto
un parametro della portante (per esempio ampiezza o frequenza).
6
Modulazione AM
Una possibile classificazione delle modulazioni analogiche principali è
riportata qui di seguito.
7
Modulazione AM
Ancora una classificazione ….
8
Modulazione AM
Il più semplice tipo di modulazione AM si realizza con una portante ed
una modulante entrambe sinusoidali.
La portante è generata normalmente da un oscillatore a
radiofrequenza, cioè alle frequenze usate nelle trasmissioni radio
(che vanno da alcune centinaia di kHz in su).
La modulante è il segnale informativo (analogico) che si vuole
trasmettere ( anche se in questo esempio non vi è trasporto di informazione).
9
Modulazione AM
Matematicamente, questi segnali possono essere espressi dalle seguenti
funzioni del tempo:
La portante:
La modulante:
Ricordiamo che pulsazione, frequenza e periodo sono legate fra loro
dalle relazioni seguenti:
Nota: per motivi che al momento non vengono precisati, la frequenza
della portante e quella della modulante devono essere tali che sia
10
Modulazione AM
La modulazione AM si realizza utilizzando due circuiti elettrici,
un moltiplicatore ed un sommatore, connessi come mostrato nella
figura seguente.
Vm (t)
X
Vp (t)
+
V AM (t)
L’espressine analitica del segnale modulato è pertanto:
v AM( t)






V mcos  mt Vp cos  p t  Vp cos  p t
che può essere anche scritta così
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Modulazione AM
Per un segnale AM con portante e modulante sinusoidali viene efinito
l'indice di modulazione, o profondità di modulazione, come il rapporto
fra l'ampiezza del segnale modulante e l'ampiezza del segnale portante:
da cui
L‘ espressione del segnale modulato si potrà scrivere pertanto:
Ricordando una delle formule di Werner:
12
Modulazione AM
la precedente espressione del segnale modulato diventa
la cui rappresentazione nel dominio della frequenza è riportata
nella figura sotto
13
Modulazione AM
Larghezza di banda
Dall’esame della figura precedente si può osservare che:
• l'operazione di modulazione ha dato luogo ad una traslazione in
frequenza del segnale modulante fm della quantità fp
• la larghezza di banda del segnale modulato risulta essere il
doppio della frequenza fm modulante, infatti:
fp + fm – (fp – fm) = 2 fm
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Modulazione AM
Larghezza di banda – segnali non sinusoidali
Nel caso (più realistico) di un generico segnale modulante non
sinusoidale, quindi con spettro esteso da fmin a fmax, la banda B occupata
dal segnale modulato è data dalla differenza tra la frequenza massima
superiore e quella inferiore relative allo spettro del segnale modulato:
B = fp+ fmax – (f p- f
max
) = 2 fmax
f
fmin
fmax
f
fp - fmax
fp
fp + fmax
B = 2 fmax
15
Modulazione AM
Esempio.
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Modulazione AM
Ricordando la definizione di indice di modulazione
va detto che deve essere minore di 1 affinché l’inviluppo (per inviluppo
si intende il luogo dei punti di picco relativi al segnale modulato) del
segnale modulato abbia lo stesso andamento dell’informazione da
trasmettere.
In pratica sarà
, mentre se è m > 1 si ha la cosiddetta
sovramodulazione ed in tal caso si introducono notevoli distorsioni
nell’inviluppo del segnale modulato che non consentono, in ricezione,
una ricostruzione fedele dell’informazione.
Nella radiodiffusione l’indice m è tenuto intorno al 40 ÷ 50 %.
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Modulazione AM
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Modulazione AM
L’indice di modulazione può essere ottenuto anche dall’esame del grafico
relativo al segnale modulato ( ad esempio, oscillogramma) mediante la
formula
Da facili calcoli si ricavano i valori massimo e minimo dell’inviluppo positivo:
Vmax = A/2 = Vp + Vm = Vp (1 + m)
e Vmin = B/2 = Vp - Vm = Vp (1 - m)
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Modulazione AM
Potenza di un segnale modulato in AM
In precedenza si è visto che, nel caso più semplice di modulante
e portante sinusoidali, il segnale modulato è composto da tre armoniche:
portante e due onde laterali.
La potenza del segnale AM sarà quindi pari alla somma delle potenze dei tre
segnali:
dove, con Pp si è indicata la potenza della portante, con Pright la potenza
della riga destra ( o Banda Laterale Superiore) e con Pleft , la potenza
della riga sinistra (o Banda Laterale Inferiore).
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Modulazione AM
Se con R0 si indica la resistenza di carico, è immediato il calcolo di PAM
che, dopo qualche semplice passaggio, porge la seguente formula
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Modulazione AM
Rendimento di modulazione
Il rendimento di modulazione è definito come il rapporto fra la
potenza del segnale informativo trasmesso contenuto in una sola
delle due righe laterali, e la potenza totale:
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Modulazione AM
Valutiamo il rendimento in due casi particolari: per m=0 e m=1.
Per m = 0 si ha:
Per m = 1 si ha:
Come si vede, nel caso di modulazione ottimale, con m = 1, il rendimento
è molto modesto: circa il 17%.
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Modulazione AM
Osservazioni:
• il segnale modulato è formato da tre righe spettrali di cui due, uguali,
rappresentano il segnale modulato, cioè l'informazione, e la terza, la più intensa,
rappresenta la portante che, a dispetto del nome, non porta alcuna
informazione.
• la potenza del segnale modulato in AM cresce con il quadrato dell'indice di
modulazione m.
• nel caso ottimale di modulazione al 100%, è m = 1 e risulta
P AM
 m2 

P P 1 
2 

P P 1 

1
2
3
2
P P
da cui
Pp
2
3
P AM
e cioè: i 2 / 3 della potenza totale sono (perduti) nella portante ed il rimanente 1 / 3 è
posto nelle bande laterali.
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Modulazione AM
Per aumentare il rendimento di modulazione si impiegano due tecniche
denominate DSB-SC (Double Side Band Suppressed Carrier) e SSB
(Single Side Band).
La DSB-SC consiste nel sopprimere la portante e trasmettere solo
le bande laterali.
Il segnale trasmesso è, in questo caso, costituito dal solo prodotto di
modulazione e il rendimento di modulazione teorico è del 50%.
Nella SSB, invece si trasmette una sola banda laterale o la superiore
(USB) o l'inferiore (LSB). Oltre ad un miglioramento in termini di potenza
trasmessa (rendimento teorico del 100% ), si ottiene anche una
riduzione della larghezza del canale di trasmissione, cosa abbastanza
utile nei sistemi di trasmissione a banda stretta come quelli telefonici.
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Modulazione AM
Circuiti per la modulazione AM
I metodi per ottenere la modulazione di ampiezza sono diversi,
ma possono essere divisi essenzialmente in due categorie:
• modulatori ad alto livello
• modulatori a basso livello.
Premettiamo intanto che, per ottenere una buona stabilità in
frequenza dei segnali trasmessi, non si modula mai direttamente
l'oscillatore a radiofrequenza, ma si interviene su uno stadio facente
parte della catena di amplificatori di potenza che segue l'oscillatore.
Nota: la modulazione ad alto livello è una tecnica utilizzata solo in modulazione
di ampiezza, perchè in gli altri tipi di modulazione (SSB, FM) viene prima
generato un segnale modulato di basso livello e poi lo si ad amplifica
mediante amplificatori a RF.
26
Modulazione AM
La modulazione ad alto livello, è la configurazione più comunemente
adottata nei trasmettitori AM perchè permette di impiegare amplificatori
di potenza in RF in classe C con rendimenti elevati, intorno al 70%.
Un elevato rendimento si rende necessario poiché i trasmettitori per radiodiffusione
in onde medie hanno potenze di uscita che raggiungono facilmente le centinaia di
KW.
Lo schema di un sistema di modulazione ad alto livello comprende
un oscillatore, la cui stabilità di funzionamento è assicurata, per
quanto riguarda le variazioni di carico, da un amplificatore separatore.
Segue una serie di stadi amplificatori di potenza ad alto
rendimento in classe C, sull'ultimo dei quali avviene la modulazione
per mezzo di un amplificatore di potenza di bassa frequenza.
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Modulazione AM
Ripasso: l’immagine seguente sintetizza le principali classi di funzionamento di
un amplificatore.
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Modulazione AM
Schema a blocchi di
un trasmettitore AM
con modulazione ad
alto livello
Questa modulazione viene effettuata sull'ultimo stadio di
amplificazionea RF (che impiega in genere un tubo a vuoto di potenza),
inserendo il segnale modulante tramite un trasformatore in serie al
circuito di collettore (o anodico nel caso di tubi a vuoto).
Con questa tecnica si modifica la tensione di alimentazione del transistore (o del tubo a vuoto) e quindi
l'ampiezza delle oscillazioni della portante.
Anche se in genere si lavora con una profondità di modualzione del 30~40% (piuttosto bassa per evitare
distorsioni), la modulazione ad alto livello richiede una elevata potenza del segnale modulante di BF,
potenza che viene fornita in genere da un amplificatore che lavora in classe B.
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Modulazione AM
La figura seguente mostra lo schema elettrico di principio un modulatore
AM ad alto livello , che utilizza un BJT modulato di collettore.
Nello schema di figura il transistore è prepolarizzato dai resistori R1-R2.
Il funzionamento avviene quindi partendo dalla classe A ed arrivando a regime
alla classe C per mezzo del gruppo di emettitore R3-C3. Il condensatore C2 è
un bypass per la radiofrequenza, affinché essa non interessi il trasformatore
30
di modulazione.
Modulazione AM
La modulazione a basso livello viene effettuata prima di amplificare la
portante a radiofrequenza; in tal modo è sufficiente una modesta
ampiezza del segnale modulante.
Dopo avere effettuato la modulazione però gli stadi di amplificazione a RF
che seguono devono essere lineari, e quindi devono lavorare in classe B,
con un basso rendimento ( intorno al 50% ).
Schema a blocchi di
un trasmettitore AM
con modulazione a
basso livello
31
Modulazione AM
La figura seguente mostra lo schema elettrico di principio di un
modulatore AM a basso livello , che utilizza un BJT modulato in base.
In presenza della portante a RF il gruppo R1-C2 polarizza il transistore in
classe C. Attraverso il trasformatore di modulazione, il segnale di BF si
sovrappone alla VBE, a riposo, per cui la corrente di uscita varia in ampiezza
proporzionalmente alle variazioni di VBE. Il circuito di carico, accordato sulla
frequenza portante, riproduce l'onda modulata in ampiezza.
32
Modulazione AM
Modulatore quadratico
Per realizzare una modulazione a basso livello si possono sommare, in
un dispositivo non lineare, ad esempio un modulatore quadratico, i due
segnali, portante e modulante, e filtrare in uscita, tra tutte le componenti
armoniche che si ottengono, solo quelle che interessano ai fini della
modulazione di ampiezza, e cioè la portante e le due bande laterali.
ll modulatore quadratico è dunque un circuito non lineare in grado di
fornire in uscita numerose componenti sinusoidali (armoniche).
Se ai suoi morsetti d'ingresso vengono applicati il segnale modulante
e quello portante (figura), in uscita, tra le tante componenti, si
hanno quelle relative ad una modulazione di tipo AM.
33
Modulazione AM
Il funzionamento del modulatore quadratico può essere compreso
osservando la figura seguente
Se la portante e la modulante sono rappresentate dalle seguenti equazioni
il segnale di ingresso sarà uguale alla loro somma:
34
Modulazione AM
Se la relazione tra la corrente di uscita i u(t) e la tensione
d'ingresso vi (t) e di tipo non lineare, la corrente di uscita si può
esprimere mediante la seguente relazione derivante dallo sviluppo
in serie di potenze della relazione uscita-ingresso del modulatore,
fermato al termine di 2o grado:
dove è
Sostituendo l'espressione di vi(t) vista prima, si ottiene un segnale di
uscita che contiene numerosi termini sinusoidali, tra cui:
che sono le componenti del segnale modulato AM richiesto.
35
Modulazione AM
Per estrarre le tre componenti utili dallo spettro del segnale di uscita
occorre utilizzare un filtro, ad esempio un carico selettivo che abbia
impedenza Z = R per le componenti utili e Z = 0 [ohm] per le
componenti che hanno frequenza minore e maggiore di quelle
della banda utile.
Con Z = R si ottiene:
Nota:
Essendo k2 < k1, per ottenere un alto indice di modulazione è necessaria
un'elevata ampiezza Am del segnale modulante. Se però tale ampiezza aumenta troppo,
nell’espressione del segnale di uscita dal modulatore nasce un termine di terzo grado e di
conseguenza nella banda utile dello spettro del segnale di uscita si hanno delle componenti
indesiderate dette prodotti spuri di intermodulazione, che producono distorsione
nell'inviluppo del segnale modulato.
Tale forma di distorsione, detta per intermodulazione, può essere evitata limitando
36
l’ampiezza del segnale modulante .
Modulazione AM
La figura seguente mostra lo schema di un semplice modulatore AM
che può essere utilizzato per una verifica sperimentale o per la
simulazione con Pspice.
VCC
20V
R3
1.0kohm
R1
C3
75kohm
Q1
2N3904
C2
100nF
V1
2.0pF
R2
20mV 1MHz 0Deg 10kohm
R5
R4
C1
220ohm
33nF
100kohm
V2
1000mV 10kHz 0Deg
37
Modulazione
Qui di seguito è riportato lo schema di un altro semplice modulatore AM
“ ad alto livello”. Cioè la modulazione è ottenuta direttamente agendo
sulla tensione di alimentazione (collettore) dell’oscillatore quarzato.
Nella pagina seguente è spiegato il funzionamento del circuito.
38
Modulazione
Output level can be raised by biasing the audio amplifier's output stage to a higher
voltage. This can be accomplished by placing a resistor from the base of the
grounded-emitter transistor to ground. As voltage to the oscillator is increased, the
voltage swing to achieve a given level of modulation will have to be increased as
well.
The gain of the audio amplifier is determined by the ratio of the 1 K ohm input
resistor to the 56 kOhm feedback resistor, and is limited by the open loop gain of the
grounded-emitter stage. The open loop gain can be estimated by looking at the
voltage drop across the 1 K ohm collector resistor. The voltage gain will be (in
theory) about 38 X the voltage across the 1 K collector load. Thus, a 2 volt drop
would give you an open loop gain of about 76:1 at audio frequencies, so the closed
loop gain will be dominated by the feedback as described above.
The low frequency roll-off of the input signal will be approximately 1/(2Pi*3.3 uf *
1,000 Ohms ), which comes out to about 50 Hz. The input impedance of the amplifier
at the summing node is sufficeintly low enough to allow as assumption of zero ohms
to be sufficient for a design using 5% resistors .
Be aware that the antenna has DC on it and shorting the antenna to ground might
destroy some of the parts. You can use a small (.001 uf for example) capacitor in
series with the oscillator output if you want. If you use an antenna with this device,
make is a really short one as RF emissions are regulated in most if not all countries.
Besides, the waveform is pretty rich in harmonics.
39
Modulazione
Ancora un esempio reale di modulatore AM ad alto livello (e’ un
trasmettitore per la Banda Cittadina (Citizen Band o CB).
40
Modulazione
I parametri delle emissioni AM standard (A3) sono:
• Gamma delle ONDE MEDIE:
kHz 525  1620 KHz (Europa)
e 525  1715 (Nord America)
• Banda segnale modulante: 50  4500 Hz (adatto per la voce umana,
non per la musica)
• Dunque un canale occupa 2 x 4500 = 9 KHz
(2 bande laterali)
• Banda di separazione fra i canali: 1 KHz
• Dunque i canali distano 9 + 1 = 10 KHz
quindi un centinaio)
(nell’intera banda ce ne stanno
• Indice di modulazione  40%
• Frequenza intermedia: 455  470 KHz
(in seguito vedremo cos’è)
41
Demodulazione di Ampiezza
DEMODULAZIONE AM
Il processo inverso della modulazione è chiamato demodulazione,
e serve ad estrarre il segnale originario – modulante - dal segnale
modulato.
Si possono distinguere due tipi di demodulazione AM:
• Demodulazione Lineare:
è utilizzata nella demodulazione di segnali AM di elevato livello e
l’ampiezza del segnale demodulato è proporzionale a quella
della portante.
• Demodulazione Quadratica:
è utilizzata nella demodulazione di segnali AM di basso livello e
l’ampiezza del segnale demodulato è proporzionale al quadrato
di quella della portante.
42
Demodulazione di Ampiezza
DEMODULAZIONE LINEARE
E’ realizzata solitamente con il rivelatore a inviluppo, un circuito
composto da soli componenti passivi, come mostra la figura sotto.
Il funzionamento di questo rivelatore può essere esaminato in due passi:
prima senza il condensatore, quindi con il condensatore, con riferimento
alla situazione di figura.
43
Demodulazione di Ampiezza
Il diodo mostrato nella figura conduce quando la tensione in ingresso al
diodo, vin, supera quella di uscita, vo.
Ciò avviene ogni volta che vin supera la tensione di soglia del diodo,
che è di circa 0.2V per il germanio.
Quindi, in assenza del condensatore, l'uscita del rivelatore sarebbe
costituita dai picchi positivi del segnale AM d'ingresso, come in figura
sotto.
44
Demodulazione di Ampiezza
Il valore medio di vo seguirà l'andamento dell'informazione, salendo
e scendendo con la medesima frequenza, 5kHz in questo caso.
A questo punto, basterebbe un filtro per estrarre l'informazione
desiderata.
Se al circuito viene aggiunto un condensatore, come mostrato nella
figura, il segnale sarà filtrato ed il suo valore medio aumenterà,
migliorando l’efficienza della demodulazione.
45
Demodulation di Ampiezza
Con questo circuito il condensatore si carica fino al valore di picco
positivo degli impulsi della portante, quando il diodo è in conduzione.
Quando la tensione di ingresso scende al di sotto del picco, il diodo è
bloccato ed il condensatore si scarica con una data costante di
tempo sulla resistenza in parallelo.
Il risultato sarà che l'uscita seguirà fedelmente i picchi del segnale
AM, con le sole perdite del segnale che cade ai capi del diodo.
Al segnale sarà sovrapposto un leggero ripple, alla frequenza di
portante, che potrà essere facilmente eliminato con un filtro.
46
Demodulazione di Ampiezza
Distorsione di taglio diagonale
I valori di R e di C all'uscita del demodulatore devono però essere
scelti in modo da ottimizzare il processo di rivelazione.
In particolare, come si può vedere in figura, se il condensatore è
troppo grande non si scaricherà in tempo sulla resistenza di carico e
quindi non seguirà fedelmente l'andamento del segnale in
ingresso.
47
Demodulazione di Ampiezza
Questo effetto è chiamato "taglio diagonale", dall'andamento
diagonale della curva di scarica del condensatore.
Nel caso si verificasse quanto sopra, avremmo una notevole
distorsione con consistente perdita dell’informazione.
La costante di tempo ottimale è determinata da un'analisi del problema
di taglio diagonale e dipende dalla massima frequenza modulante e
dalla profondità o percentuale di modulazione m.
Il criterio normalmente seguito nel dimensionamento della costante di
tempo RC è espresso nella seguente formula, con ovvio significato dei
simboli.
48
Demodulazione di Ampiezza
DEMODULAZIONE NON LINEARE
Una possibile tecnica di demodulazione non lineare è quella cosiddetta
QUADRATICA, che è adatta alla demodulazione di segnali di basso
livello.
Il nome deriva dall’uso di un circuito che eleva al quadrato (quadratore)
il segnale d’ingresso.
Lo schema a blocchi è mostrato nella figura seguente.
49
Demodulazione di Ampiezza
Il segnale d’ingresso v(t) è modulato AM e perciò è espresso come
All’uscita del quadratore si avrà
cioè
E ricordando la nota relazione trigonometrica
da cui
si ottiene
50
Demodulazione di Ampiezza
Il filtro Passa Basso sarà dimensionato per eliminare le frequenze
superiori a quella della modulante, per cui alla sua uscita si avrà
Quest’ultima espressione mostra che, a parte una componente
continua, è stato recuperato il segnale modulante.
51
Modulazione DSB
Per un segnale modulato con la tecnica AM standard la maggior parte
della potenza è contenuta nella portante (è tanto maggiore quanto
minore è l’indice di modulazione).
Pur essendo necessaria per effettuare la traslazione delle frequenze, la
portante (a dispetto del nome!) non porta informazione.
Il rendimento della AM standard è dunque piuttosto basso e,
considerando che l’informazione trasportata da un segnale AM è
contenuta nelle due bande laterali, si è pensato di realizzare un sistema
di trasmissione privo della portante.
Tale sistema è pertanto denominato a doppia banda laterale e portante
soppressa , cioè DSB-SC (Double Side Band - Suppressed Carrier) o,
semplicemente DSB.
52
Modulazione DSB
Il risparmio ottenuto non trasmettendo la portante ha però un prezzo:
come demodulatore non è possibile usare un rivelatore di inviluppo.
Per demodulare un segnale DSB è necessario disporre di un segnale
portante coerente in fase e frequenza con quello del modulatore.
Tale segnale, non essendo presente nel segnale modulato, andrà perciò
generato localmente e comporterà maggior complicazione e quindi costo
nel sistema ricevente.
Tuttavia la DSB è molto importante perché:
• è il primo passo per la realizzazione della SSB
• è utilizzata nella modulazione FM stereo
• è la base per la realizzazione di una modulazione digitale: la B-PSK
53
Modulazione DSB
La modulazione DSB può essere ottenuta, semplicemente, utilizzando un
moltiplicatore.
Se la portante è:
e la modulante:
Il loro prodotto è: v ( t)




Vp cos  p t V mcos  mt
e, applicando una ormai nota formula (Werner), si ha:
v(t)
V p V m
2
 



 cos  p   m t  cos  p   m t
Tale segnale, come si vede, presenta le due bande laterali, di ampiezza
pari a Vm· Vp/2 e frequenze pari alla somma e differenza tra fp ed fm.
54
Modulazione DSB
La figura seguente mostra lo schema a blocchi di un moltiplicatore ideale:
vm(t)
v(t)
vp(t)
Dal punto di vista circuitale il moltiplicatore può essere realizzato con un
circuito denominato modulatore bilanciato ad anello (mixer) del
quale viene proposto lo schema qui di seguito.
Uscita
segnale modulato
Ingresso
modulante
Ingresso
portante
55
Modulazione DSB
Funzionamento del mixer bilanciato ad anello.
La portante, di ampiezza adeguata, determina la commutazione ON-OFF
dei diodi (per semplicità, considerati ideali) e, perciò, non è necessario che
sia di tipo sinusoidale.
I diodi, dunque, si possono considerare come interruttori che si aprono e
chiudono alla frequenza della portante.
Infatti, durante la semionda positiva di quest’ultima, vanno in conduzione
i diodi D1 e D2 (fig. a).
Al contrario, durante la semionda negativa, vanno in conduzione i diodi
D3 e D4 (fig. b).
56
Modulazione DSB
Il segnale modulato ottenuto all’uscita è quindi composto da una serie di
campionamenti (cioè “pezzetti” del segnale modulante) ciascuno di
durata pari alla metà del periodo della portante e di polarità diretta
(diodi D1 e D2 ON) oppure invertita (diodi D3 e D4 ON) .
In pratica la modulante è moltiplicata, alternativamente per 1 e -1.
57
Modulazione DSB
Il segnale campionato ottenuto ha uno spettro composto da infinite
repliche dello spettro DSB, ognuna delle quali è centrata su una
frequenza multipla della portante, cioè n·f p .
Se la frequenza della portante è almeno il doppio di quella della
modulante , allora (Teorema di Shannon) gli spettri delle varie repliche
non si sovrappongono e, mediante un filtro passa banda appropriato
con frequenza centrale fp, è possibile recuperare il segnale DSB.
B = 2fm
58
Modulazione SSB
Nei sistemi di modulazione a doppia banda laterale le due bande
laterali hanno lo stesso contenuto informativo.
Poiché per la trasmissione dell'informazione è sufficiente trasmetterne
soltanto una, è stato realizzato il processo di trasmissione a banda
laterale unica che è indicato con l'acronimo SSB (Single Side
Band).
Oltre al risparmio di potenza dovuto alla soppressione della portante
e di una delle due bande laterali, con questa tecnica la banda
occupata dal segnale modulato è la metà di quella necessaria per la
trasmissione AM o DSB.
59
Modulazione SSB
I principali metodi per la generazione della SSB sono fondamentalmente
due:
• il metodo del filtro
• il metodo dello sfasamento.
Il primo metodo dal punto di vista circuitale è meno complesso del
secondo.
E’ in grado di garantire una maggiore stabilità di funzionamento e per
questo viene maggiormente impiegato per la generazione dei segnali
a banda laterale unica - SSB.
Il segnale SSB è ottenuto generando prima un segnale DSB-SC, quindi,
con un Filtro Passa Banda (con frequenza centrale opportunamente
dimensionata), si elimina la banda laterale non desiderata.
60
Modulazione SSB
Qui sotto è mostrato lo schema a blocchi del modulatore SSB
con il metodo del filtro
61
Modulazione SSB
Il metodo dello sfasamento può generare segnali SSB sia a
banda laterale superiore (USB) sia a banda laterale inferiore (LSB).
Il sistema utilizzato è costituito da due modulatori bilanciati con
caratteristiche identiche, due reti sfasatrici di 90º ed un
sommatore o sottrattore.
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Modulazione SSB
Il principio si basa sull'eliminazione delle due bande, di uguale
frequenza, che si trovano in opposizione di fase.
In altri termini, all'uscita dei modulatori A e B si ottengono due segnali
a doppia banda laterale (DSB) le cui bande laterali superiori o
inferiori sono esattamente in opposizione di fase.
Le bande laterali in opposizione di fase si annullano,
mentre le bande laterali in fase si sommano algebricamente,
creando un'unica banda che è quella da trasmettere.
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