Modulation af sendere – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Modulation af sendere

30. maj 2009

Modulation af sendere

Hej Spørg om Fysik
Jeg er licenseret radioamatør, og har været det siden jeg var 14 år i 1995. Jeg har arbejdet meget med elektronik og sendere siden, men jeg kan ikke forstå frekvensteorien. Altså, jeg bruger min sender, der f.eks sender på 14.250 Mhz med lysets hastighed, men det er jo min stemme der kommer ud af modtageren, med et stemmeområde fra, så vidt jeg husker, ca. 250 hz -18000 hz.

Hvordan kan man lave en frekvens på en frekvens?

Al sending: radar, TV radio mm. med radiobølger udbreder sig med lyshastigheden (i luft og vakuum). Der gælder bølgeligningen som siger:

  λ*f = c

her er λ bølgelængden målt i meter, f frekvensen i Hertz og c lyshastigheden. c = 2,997 924 58 * 108 m/s (defineret i dag, derfra fås længdeenheden 1 m). For de aktuelle f = 14,250 MHz giver det λ = 21,04 m. Det er altså bølgelængden der sendes på.

Stemmen

En persons stemme er mekaniske svingninger i luft, den udbreder sig med 330 m/s (afh. af temperaturen). Det meste af informationen ved normal tale er under 4 kHz, det var så hvad en gammeldags telefon kunne klare. Der er desuden information i overtonerne, heldigvis sjældent til 18 kHz. De fleste lidt ældre mennesker kan kun høre til et sted imellem 5 og 15 kHz, mangler må klares med høreapparat, især når hørelsen mangler ved 3-4 kHz, hvor det bliver svært at følge samtaler og forstå tale i telefon. Desværre har mange unge også høredefekter, fordi de ved koncerter med elektronisk forstærkning har fået overbelastet hørelsen, evt. fra brag fra kanonslag eller fra elektroniske musikmedier med musik fra høretelefoner direkte i øret. Det sidste bevirker, at det er yderst vanskeligt at bedømme styrken af musikken (ingen ting at sammenligne med) og en vedvarende overbelastning af hørelsen, som nedsætter den i længden. Da vi har en stor industri her i landet med høreapparater, er vi godt dækket og eksporten må forudses stigende med de mange elektroniske afspillere alle anvender i dag, det ville dog være bedre at undgå høretab. De højeste frekvenser i grundtonerne i et orkester eller en sopran ligger lidt over 4 kHz, moderne FM stereo sender kun op til omkring 15 kHz af tekniske grunde, så det er området der er interessant for tale og musik. 

Modulation

Sender man bare bølgen ud kontinuert, dvs. uden modulation, kan man måle, at den er der, men det er uinteressant, ingen snak, ingen TV-billeder. For at få sendt information med: musik, en stemme, billeder etc. må man modulere den kontinuerte bølge. Det kan man gøre på flere måder. Man taler normalt om amplitudemodulation henholdsvis fase- og frekvensmodulation (figurer fra Lærebog i teleteknik fra P&T). Der er en masse praktiske forhold med sidebånd osv., men dette er det fundamentale.

Bærebølge

Den ønskede udsendelse lægges ind på bærebølgen (den oprindelige svingning som man udsender). Amplitudemodulation blev især anvendt i de længere bølgelængder på Danmarks radio og en række andre stationer, i dag har de fleste sendeanlæg frekvens- eller fasemodulation. På figuren ses det, at ved amplitudemodulation fastholdes grundfrekvensen og oveni lægges det ønskede signal som en ændring af højden (amplituden) af svingningerne. Se billedet ovenfor.

Ved fase- og frekvensmodulation ændres længden af den enkelte svingning lidt (svingningstiden), det ses hvordan bølgerne visse steder ligger tættere andre steder fjernere fra hinanden. Se billeder herunder. Senderen er konstrueret til at kunne dette. Tilsvarende er så modtageren konstrueret til at opfange ændringerne, sortere dem fra og efter passende forstærkning, gengive dem som tale, musik eller billeder. Specielt ved morse har det været meget anvendt at modulerer helt, dvs. når der ikke er tegn er bærebølgen helt væk. 

Din stemme modulerer altså signalet på en af de to metoder ovenfor, den findes imellem senderantennen og modtageren kun som en modulation på signalet, i modtageren bliver den så gendannet ud fra signalet (og din senderfrekvens fjernes), og din besked er så det der modtages.

Med venlig hilsen
Malte Olsen