Bei der Amplitudenmodulation (AM) schwankt die Amplitude einer hochfrequenten Schwingung niederfrequent. Als Modulationsart wird AM im Rundfunk noch verwendet. In der Musik tritt Amplitudenmodulation auch natürlich als Tremolo auf.
Niederfrequente Nutzsignale wie Sprache oder Musik können häufig nicht direkt über gewünschte Übertragungsmedien wie beispielsweise einen Funkkanal übertragen werden. Zur Übertragung muss das Nutzsignal in einen anderen Frequenzbereich verschoben werden, was beispielsweise durch AM bewerkstelligt werden kann. Durch das Verschieben können auch mehrere Nutzsignale gleichzeitig und ohne gegenseitige Störung übertragen werden.
Historisches[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In der Anfangszeit des Rundfunks war die Amplitudenmodulation das wichtigste Verfahren zur Übertragung von Signalen.[1] Es gab gute Gründe, AM als Modulationsart zu wählen:
- Hauptgrund war, dass man auch mit obskuren und kaum verstandenen Hilfsmitteln wie Kristalldetektoren primitive Empfänger bauen konnte, die auf dem Prinzip des Hüllkurvendemodulators beruhen und nur wenige Bauelemente benötigten.
- Es gab noch kein Bauelement oder Verfahren, mit dem man im Mittelwellenbereich ein frequenzmoduliertes Signal hätte erzeugen oder demodulieren können.
Dabei wurde in Kauf genommen, dass bei AM unnötig viel Energie in die Ausstrahlung des „Trägers“ investiert werden muss, während nur maximal 18 % der Sendeleistung in den informationstragenden Seitenbändern stecken. In den USA wurden deshalb Verfahren entwickelt, bei kleiner Nutzsignalamplitude die Trägerleistung zu reduzieren, um Energie zu sparen. Als im Lauf der Jahre die Anzahl der Sendeanlagen und – wegen der erhöhten Empfindlichkeit der inzwischen erfundenen Überlagerungsempfänger – die Reichweite stieg, wurde offensichtlich, dass einige Eigenschaften von AM sehr nachteilig waren:
- Die Bandbreite ist doppelt so groß wie die maximale Modulationsfrequenz. Um im Mittelwellenbereich möglichst vielen Sendern Frequenzen zuweisen zu können, wurde außerhalb Amerikas ein Kanalraster von 9 kHz eingeführt. Die maximale Modulationsfrequenz ist dadurch auf 4,5 kHz begrenzt, in der Praxis ist die NF-Bandbreite sogar auf 2 bis 3 kHz begrenzt.
- Durch gegenüber dem Raster leicht versetzte Störsender lassen sich AM-Sendungen auch aus großer Entfernung wirksam stören, weil lästiges Interferenzpfeifen auftritt. Das funktioniert auf Kurzwelle über Tausende von Kilometern hinweg.
- Ein Hüllkurvendemodulator ist genau genommen ein Synchrondemodulator, der die benötigte Oszillatorfrequenz nicht lokal und mit sehr geringer Leistung erzeugt, sondern diese vom weit entfernten Sender phasenrichtig geliefert bekommt. Wenn es bei großer Distanz zu selektivem Trägerschwund kommt, liefert der Demodulator ein unbrauchbares Signal.
- Gewitter und Zündfunken vorbeifahrender Autos können AM-Empfang stärker stören als jede andere Modulationsart.
Vom heutigen Stand der Technik betrachtet ist AM überholt, weil die Qualitätsansprüche gestiegen sind und mit modernen Bauelementen FM-Geräte erheblich einfacher, billiger und leistungssparender gebaut werden können. Aus Kompatibilitätsgründen wird AM im Mittelwellenbereich wohl nicht ersetzt werden.
Spektrale Darstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
links: Modulationssignal als Funktion der Zeit, rechts: Spektrum des amplitudenmodulierten Signals
Das nebenstehende Bild zeigt die Auswirkungen des (niederfrequenten) Modulationssignals, dessen Oszillogramm links gezeigt wird, auf das gesendete Frequenzspektrum. Zur Erläuterung des Prinzips wird dabei abwechselnd eine Modulation mit einer wechselnden Frequenz und mit einer wechselnden Amplitude vorgeführt.
Durch dieses Modulationssignal entstehen symmetrisch zur Trägerfrequenz (engl.: Carrier) zwei zusätzliche Frequenzen, deren Abstand zum Träger die aktuelle Modulationsfrequenz ist. Jede Änderung zeigt sich sofort in der Position dieser Begleitfrequenzen bezüglich der Trägerfrequenz. Wenn die Modulationsfrequenz beispielsweise zwischen 300 Hz und 4000 Hz schwankt, wird ein Frequenzband der Gesamtbreite 8000 Hz überstrichen. In der Mitte dieses Bandes gibt es eine Lücke von 600 Hz, in deren Mitte der Träger steht. Den oben überstrichenen Frequenzbereich bezeichnet man als oberes Seitenband (engl. USB für Upper Side Band); der unten überstrichene Bereich heißt unteres Seitenband (engl.: LSB für Lower Side Band).
Ist das Modulationssignal Sprache oder Musik, so sind die Seitenbänder je nach Inhalt der Übertragung von Augenblick zu Augenblick verschieden geformt und entsprechen im Aussehen dem Frequenzspektrum des Modulationssignals.
Ändert sich die Amplitude (Lautstärke) des Modulationssignales, wird nicht die Amplitude des Trägers beeinflusst, sondern nur die Amplitude der Seitenfrequenzen. Der Träger selbst überträgt also gar keine Information, die steckt alleine in den beiden Seitenbändern. Um diese Energieverschwendung bei schwacher Modulation zu verringern, wurden Verfahren entwickelt, um dann auch die Stärke des Trägers vorübergehend abzusenken (Dynamische Amplitudenmodulation). Ein weiteres abgewandeltes Verfahren ist die Einseitenbandmodulation.
Anwendung der Amplitudenmodulation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
AM wird verwendet für:
- Rundfunk auf den Frequenzbändern Langwelle, Mittelwelle, Kurzwelle
- FM-Stereo (mit unterdrücktem Träger)
- Fernsehsignale verschiedener Fernsehnormen
- CB-Funk
- Amateurfunk (meist in modifizierter Form als Einseitenbandmodulation)
- Flugnavigation (ADF und VOR)
- Flugfunk (zivil: VHF 117,975 bis 137 MHz, militärisch: UHF)
- Chopper-Verstärker.