Genlik modülasyonu

Genlik modülasyonu İletişim teknolojisinde (yayıncılıkta) kullanılan bir modülasyon türüdür. Uluslararası literatürde AM kısaltmasıyla gösterilir. Dilimizde ise, zaman zaman GM kısaltması kullanılmaktadır. Bu modülasyon türü 1906 yılında ilk defa Kanadalı mühendis Reginald Fessenden tarafından (1866-1932) geliştirilmiştir.^[1]

Ses,AM ve FM sinyalleri animasyonu. — Sinyal FM veya AM yöntemi ile taşınabilir.

Modülasyonun esasları

Modülasyon, yüksek frekanslı bir sinyalin kimi özelliklerinin iletilmek istenen bilgi sinyaline bağlı olarak değiştirilmesidir (Buna kodlanma da denilebilir.). Yüksek frekanslı sinyale, taşıyıcı denilir. Bu sinyal sinüs veya darbe sinyalidir. Taşıyıcının türü ve taşıyıcının değişen özelliklerine bağlı olarak modülasyonun pek çok türü vardır.

Genlik modülasyonunda, taşıyıcı sinüs sinyalidir. Yayın yapan tesiste, yani vericide taşıyıcı sinüs sinyalinin genliği bilgi sinyaline bağlı olarak değiştirilir. Bu işlemi yapan devreye modülatör denir. Alıcıda ise bu işlemin tersi yapılır. Yani genlik değişikliği bilgi sinyaline çevrilir. Alıcıda yapılan işleme ise genlik demodülasyonu, bu işlemi yapan devreye ise demodülatör denir.

Modülatör

Genlik modülatörü olarak, pek çok devre kullanılabilir. Bütün modülatörlerin ortak özelliği, devrede doğrusal olmayan bir devre elemanı olmasıdır. Bu eleman transistör ya da diyot gibi bir eleman olabilir. Ancak, bu gibi elemanlar karakteristiklerinin doğrusal olmayan bölgesinde çalışmalıdır. Doğrusal olmayan bir elemana iki farklı sinyal (bilgi ve taşıyıcı) uygulandığı takdirde, devre çıkışında pek çok ürün yer alır. Genlik modülasyonda önemli olan iki sinyalin çarpılması sonucu oluşan ürünlerdir. Bu açıdan genlik modülatörü, sinyal çarpıcı devre olarak görülebilir.

Bilgi sinyali ve taşıyıcı sinyal

İletilmek istenen bilgi sinyali; ses sinyali, görüntü sinyali veya data olabilir. Bu sinyal genellikle değişken frekanslı ve çok harmonikli bir sinyaldir. Ancak bu sinyalin bir kosinüs dalgasıyla ifade edilebileceği varsayılırsa,

x_{s}(t)=S\cdot \cos(\omega _{s}t)

Taşıyıcı sinyal bir osilatörde üretilir:

x_{t}(t)=A\cdot \cos(\omega _{t}t)

Burada S ve A sırasıyla bilgi ve taşıyıcı genlikleridir.

ω açısal frekanstır.

\mathbf {\omega } =2\cdot \pi \cdot f

Bu iki sinyal modülatör olarak çalışan bir çarpıcı devreye uygulanırsa çarpıcı devre çıkışı;

e(t)=S\cdot \cos(\omega _{s}t)\cdot A\cdot \cos(\omega _{t}t)

Trigonometrik özdeşliklerden yararlanılarak bu ilişki aşağıdaki gibi de yazılabilir:

e(t)={\frac {A\cdot S}{2}}\cdot [(\cos(\omega _{s}t+\omega _{t}t)+\cos(\omega _{s}t-\omega _{t}t))]

Görüldüğü gibi, çarpıcı çıkışında $~\omega _{s}+\omega _{t}~$ ve $~\omega _{s}-\omega _{t}~$ açısal frekanslarında iki sinyal vardır. (Frekans olarak $~f_{s}+f_{t}~$ ve $~f_{s}-f_{t}~$ .) Bu iki sinyale yan bant, yapılan modülasyona ise taşıyıcısı bastırılmış genlik modülasyonu veya çift yan bant modülasyonu (DBS) denilir.

Ancak uygulamada, bilgi sinyali genliği çarpıcıya girmeden önce, sabit genlikli bir gerilimle (DC) toplanır. (Şayet bilgi sinyali genliği DC genliğine göre normalize edilmiş sayılırsa, DC genliği 1 volt olarak kabul edilebilir.):

e(t)=(1+S\cdot \cos(\omega _{s}t))\cdot A\cdot \cos(\omega _{t}t)

e(t)=A\cdot \cos(\omega _{t}t)+{\frac {A\cdot S}{2}}\cdot (\cos(\omega _{s}t+\omega _{t}t)+{\frac {A\cdot S}{2}}\cdot (\cos(\omega _{s}t-\omega _{t}t))

Bu durumda çarpıcı çıkışında $~f_{s}+f_{t}~$ ve $~f_{s}-f_{t}~$ frekanslarındaki sinyallere ek olarak $~f_{t}~$ frekansında bir sinyal daha vardır. Bu tür modülasyon klasik, yani taşıyıcısı bastırılmamış genlik modülasyonudur. İki modülasyon türü arasındaki fark, ilkinde bütün enerjinin yan bantlarda, yani $~f_{s}+f_{t}~$ ve $~f_{s}-f_{t}~$ frekanslarında yoğunlaşması, ikincisinde ise enerjinin en az yarısının taşıyıcı frekansında olmasıdır. Bilgi sadece yan bantlarda olduğuna göre, çift yan bant modülasyonu daha verimli bir modülasyon türüdür. Ne var ki, alıcıda taşıyıcı bilgisi olmadan demodülasyon yapmak, yani bilgi sinyalini elde etmek çok daha karmaşık devreler gerektirdiği için, yayıncılıkta klasik genlik modülasyonu kullanılır.

Modülasyon oranı

Klasik genlik modülasyonunda, bilginin taşıyıcıyı ne oranda modüle ettiği önemlidir. Bu orana modülasyon oranı veya modülasyon indeksi denilir.Oran m harfiyle gösterilir ve % cinsinden verilir.

Bu oran bilgi sinyali maksimum genliğinin sabit genlikli sinyale olan oranıdır.Oran maksimum % 100 olabilir. Daha yüksek bir oran hem vericinin aşırı yüklenmesine, hem de bilgi sinyalinin bozulmasına (Halk arasında ses çatlaması denilen bozukluğa) yol açar.

Dalga şekli

Üstten itibaren 1.Bilgi sinyali, 2.Taşıyıcı sinyal, 3. Çift yan bant modüleli sinyal, 4. Klasik (taşıyıcısı bastırılmamış) genlik modüleli sinyal.

Yandaki şekilde, genlik modülasyonunda dalga şekilleri gösterilmiştir. Bu dalga şekilleri uygun bir osiloskopta görülebilir.

En üst dalga şekli bilgi sinyaline aittir. Bu örnekte, bilgi sinyali olarak tek frekanslı bir sinyal gösterilmiştir. Gerçi bilgi sinyali tek frekanslı olmaz. Ama bu sinyaler bir dizi trigonometrik dalga ile ifade edilebilirler.
İkinci dalga şekli taşıyıcıya aittir. Taşıyıcı vericideki bir osilatörde üretilir. Bu örnekte, taşıyıcı sinyalin frekansı bilgi sinyali frekansının yirmi misli seçilmiştir.
Üçüncü dalga şekli çift yan bant modülatörü çıkışına aittir.
Dördüncü dalga şekli ise genlik modülatörü çıkışını göstermektedir. Bu örnekte modülasyon oranı % 50 seçilmiştir. Nitekim, bilgi sinyali minimum değerdeyken bile, dalga şeklinde taşıyıcının devam ettiği görülmektedir.

Çift yan bant ve klasik genlik modülasyon dalga şekli karşılaştırılırken, her iki dalga şeklinde de aynı zaman ekseninin kullanıldığına dikkat edilmelidir.

RF bant genişliği

Gerek klasik genlik modülasyonu gerekse çift yan bant modülasyonunda RF bant genişliği, bilgi bandı genişliğinin iki mislidir. Taşıyıcı frekansın her iki tarafında, bilgi bandına özdeş birer bant simetrik olarak oluşur.

Uzun ve orta dalga radyo yayınlarında klasik genlik modülasyonu kullanılır. Bu bantlarda ses sinyali bant genişliği 5 kHz de sınırlanmıştır. Bu durumda RF bant genişliği de 10 KHz dir (5 kHz gerek insan gerekse müzik aletlerinin ürettiği bütün seslerin iletilmesi için yeterlidir. Ancak müzik kalitesi için gerekli olan harmoniklerin bir bölümü, bu bandın dışında kalırlar. Bu sebepten kaliteli müzik için daha geniş bilgi bandına uygun olan frekans modülasyonu tercih edilir.

Modülasyon türlerinin kodları

Genlik modülasyononunun pek çok türü olduğundan Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (International Telcommunication Union) modülasyon türlerinin tanımlanması için tanıtım kodları geliştirmiştir.

İlk harf modülasyon türünü ifade eder A Genlik modülasyonu anlamına gelir. A harfini izleyen 3 bilginin ses olduğunu, 5 ise görüntü olduğunu ifade eder. Rakamı izleyen harf ise alt tür tanımlaması yapar.

A ile SSB, B ile DSB, C ile VSB anlaşılır. Klasik genlik modülasyonu için eski metinlerde harf kullanılmıyordu. Ancak 1982 den sonra E harfi kullanılmaya başlanmıştır.

DSB de (çift yan bant) yukarıda belirtildiği gibi taşıyıcı bastırılmıştır. SSB de (tek yan bant) taşıyıcının yanı sıra bir yan bant ta bastırılmıştır. VSB de (artık yan bant) taşıyıcı mevcuttur. Yan bantlardan biri kısmen bastırılmıştır.

Üreticiler çoğu kez RF bant genişliğini de bu kodun önünde gösterirler. Mesela 10A3 klasik genlik modülasyonu ile radyo yayını anlamına gelir. 10 sayısı kHz cinsinden toplam RF bant genişliğini verir.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

^ "Father Landell de Moura : Radio Broadcasting Pioneer : FABIO S. FLOSI : UNICAMP – University of Campinas, State of São Paulo" (PDF). Aminharadio.com (İngilizce). 24 Kasım 2015 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi.

[1] "Father Landell de Moura : Radio Broadcasting Pioneer : FABIO S. FLOSI : UNICAMP – University of Campinas, State of São Paulo" (PDF). Aminharadio.com (İngilizce). 24 Kasım 2015 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi.

[1]