Amplituden- und Frequenzmodulation

Amplituden- und Frequenzmodulation Übung

• Nenne zwei Möglichkeiten der Modulation.

  Tipps

  Bei der Modulation wird eine Welle einer anderen aufgeprägt. Wie kann eine Welle charakterisiert werden?

  Mithilfe der maximalen Auslenkung und der Anzahl der Schwingungen, die die Welle innerhalb von einer bestimmten Zeit durchläuft, kann eine Welle vollständig charakterisiert werden. Wie nennt man diese beiden Größen auch?

  Bei den einfachen Modulationen ändert sich jeweils eine dieser beiden Größen.

  Eine Welle wird durch die Amplitude und die Frequenz charakterisiert.

  Lösung

  Bei der Modulation wird eine Welle auf die andere geprägt. Die Sinusform der Welle verändert sich hierbei.

  Es gibt bei der Modulation eine hochfrequente Trägerwelle und eine niederfrequente Informationswelle.

  Wird nun das Informationssignal auf die Amplitude der Trägerwelle geprägt, dann nennt sich das Amplitudenmodulation.
  Die Frequenz der Trägerwelle bleibt bei dieser Modulation gleich. Die Amplitude ändert sich jedoch.

  Wird dagegen das Informationssignal der Trägerwelle so aufgeprägt, dass die Trägerfrequenz im Rhythmus der Informationswelle ändert, dann nennt sich dies Frequenzmodulation.
  Hierbei bleibt die Amplitude der Trägerwelle konstant.

• Nenne das Ziel einer Modulation.

  Tipps

  Von der Aufnahme bis zu dem, was du im Radio hörst, haben die elektromagnetischen Wellen einen weiten Weg zurückgelegt. An welcher Stelle liegen bezüglich der Wellen besondere Schwierigkeiten vor?

  Mithilfe eines Mikrofons kann Sprache in niederfrequente elektromagnetische Wellen umgewandelt werden. Können diese gut abgestrahlt und über weite Strecken versendet werden?

  Hochfrequente elektromagnetische Wellen können gut abgestrahlt werden. Sie enthalten jedoch wenig Informationen. Was wird gemacht, um dieses Problem zu lösen und auf welchem Teil des Weges von der Aufnahme zum Empfänger tritt diese Schwierigkeit auf?

  Lösung

  Vom Sender bis zum Empfänger legen die akustischen Signale einen weiten Weg zurück.

  Zuerst werden sie mithilfe eines Mikrofons in elektromagnetische Wellen umgewandelt. Diese werden meist über einen Sendeturm weitergeleitet und erreichen schließlich das Empfangsgerät. Dieses wandelt die elektromagnetischen Wellen wieder in das ursprünglich Signal (Sprache oder auch Musik) um.

  Schwierig ist hierbei vor allem die Übertragung vom Sendegerät zum Empfangsgerät.

  Ein Mikrofon wandelt Sprache in niederfrequente elektromagnetische Wellen um. Diese können jedoch schlecht transportiert werden.
  Hochfrequente elektromagnetische Wellen können deutlich besser transportiert und abgestrahlt werden. Sie enthalten jedoch nur wenig Informationen und sind deswegen alleine nicht zum Transport von akustischen Signalen geeignet.

  Lösung dieses Problems ist die Modulation. Dabei wird die informative, langwellige Signalwelle auf die transportable, kurzwellige Trägerwelle aufgeprägt.

  Die Wellen werden beim Empfangsgerät wieder getrennt.

  Somit ist das Ziel der Modulation die Übertragung des Signals vom Sender bis zum Empfänger möglich zu machen.

• Erkläre, was eine Modulation ist.

  Tipps

  Sprache lässt sich leicht in niederfrequente Wellen umwandeln. Enthalten diese dann viele oder wenig Informationen?

  Über weite Strecken sind langwellige elektromagnetische Wellen leichter zu transportieren. Sind das hoch- oder niederfrequente Wellen?

  Es wird versucht, die hochfrequenten mit den niederfrequenten Wellen zu vereinen, um die Eigenschaften beider Wellen nutzen zu können. Welche sind das und wie können die Wellen kombiniert werden?

  Lösung

  Es gibt hoch- und niederfrequente elektromagnetische Wellen.
  Für die Übertragung von Sprache oder Musik haben beide Vor- und Nachteile.

  Die hochfrequenten Wellen können zwar leicht über lange Strecken transportiert und auch einfach abgestrahlt werden, enthalten jedoch nur wenig Informationen.

  Die niederfrequenten Wellen enthalten viele Informationen. Sprache kann leicht in sie umgewandelt werden. Jedoch gibt es Schwierigkeiten bei der Abstrahlung dieser Wellen. Auch die Ausbreitungseigenschaften sind ungünstig.

  Somit wird versucht, diese beiden elektromagnetischen Wellen zu vereinigen.

  Es gibt dabei eine Trägerwelle. Diese ist hochfrequent. Außerdem gibt es eine Signalwelle. Diese ist niederfrequent.

  Es wird dann die Signalwelle auf die Trägerwelle aufgeprägt. Dieses Prinzip wird Modulation genannt.
  Dabei gibt es verschiedene Verfahren, zum Beispiel die Amplitudenmodulation oder die Frequenzmodulation.

  Am Ende muss das Signal noch wieder entschlüsselt werden. Das Empfangsgerät trennt dazu die modulierte Welle wieder in die Signalwelle und die Trägerwelle auf und wandelt die Signalwelle wieder in Sprache um.
  Dieses Verfahren wird Demodulation genannt.

• Erkläre die Unterschiede zwischen Amplituden- und Frequenzmodulation.

  Tipps

  Durch Frequenz und Amplitude wird eine Welle vollständig charakterisiert. Es wird bei den genannten Modulationen jeweils eine der beiden Größen in Abhängigkeit vom Signal verändert. Was passiert mit der anderen Größe?

  Das Bild zeigt eine Amplitudenmodulation. Wie verändern sich Frequenz und Amplitude bei der modulierten Welle gegenüber der Trägerwelle?

  Das Bild zeigt eine Frequenzmodulation. Wie verändern sich Frequenz und Amplitude bei der modulierten Welle gegenüber der Trägerwelle?

  Lösung

  Es gibt viele verschiedene Arten von Modulationen.
  Alle haben gemeinsam, dass ein niederfrequentes Signal auf eine hochfrequente Trägerwelle geprägt wird.

  Zwei einfache Arten der Modulation sind Frequenzmodulation und Amplitudenmodulation.
  Durch die Frequenz und die Amplitude ist eine Welle eindeutig festgelegt. Bei den genannten Modulationen wird jeweils eine Größe der Trägerwelle durch das Signal verändert.
  Die andere bleibt konstant.

  Der Name bezeichnet immer die Größe die veränderlich wird.

  Bei der Amplitudenmodulation wird also die Amplitude veränderlich. Sie ändert sich bei der modulierten Welle in Abhängigkeit von der Signalwelle.
  Demnach bleibt die Frequenz der Trägerwelle konstant.

  Bei der Frequenzmodulation wird die Frequenz veränderlich. Sie ändert sich bei der modulierten Welle dann im Rhythmus der Signalwelle.
  Die Amplitude der Trägerwelle bleibt hierbei konstant.

• Benenne Probleme bei der Übertragung von elektromagnetischen Wellen.

  Tipps

  Mit einem Mikrofon kann Sprache in langwellige elektromagnetische Schwingungen umgewandelt werden. Ist dies eine nieder- oder eine hochfrequente Welle?

  Es gibt lang- und kurzwellige elektromagnetische Schwingungen. Die Frequenz besagt, wie viele Schwingungen innerhalb einer gewissen Zeit gemacht werden. Welche der Wellen ist dann hoch- und welche niederfrequent?

  Es können nur hochfrequente Wellen gut von Antennen abgestrahlt werden. Jedoch können diese Wellen Sprache nicht sinnvoll transportieren.

  Lösung

  Es gibt lang- und kurzwellige elektromagnetische Schwingungen.
  Die Frequenz besagt, wie viele Schwingungen innerhalb einer gewissen Zeit gemacht werden.

  Somit ist eine niederfrequente Welle eine langwellige elektromagnetische Schwingung.
  Sprache oder Musik kann mithilfe eines Mikrofons leicht in diese Wellen umgewandelt werden. Jedoch können diese Wellen schlecht von Antennen abgestrahlt werden. Dazu kommen noch ungünstige Ausbreitungseigenschaften.

  Weiter ist eine hochfrequente Welle eine kurzwellige.
  Diese Wellen können gut über Antennen abgestrahlt werden. Sie enthalten jedoch nur wenig Informationen. Somit können sie Sprache oder Musik schlecht transportieren.

  Die Lösung besteht darin, dass die niederfrequente Informationswelle der hochfrequenten Trägerwelle aufgeprägt wird. Diese Vorgehensweise wird Modulation genannt. Es gibt dabei verschiedene Verfahren.

  Das Empfangsgerät trennt das aufgeprägte Signal wieder von der Trägerwelle. Dieses Verfahren wird Demodulation genannt.

• Finde weitere Vorteile der Modulation.

  Tipps

  Können akustische Signale besser in nieder- oder in hochfrequente Wellen umgewandelt werden und welche Vor- und Nachteile haben die jeweiligen Frequenzbereiche bei der Übertragung?

  Bei der Modulation wird eine niederfrequente elektromagnetische Welle einer hochfrequenten Trägerwelle aufgeprägt. Diese kann leichter abgestrahlt werden.

  Was wird am Radio eingestellt um unterschiedliche Kanäle zu empfangen?

  Lösung

  Bei der Modulation wird eine niederfrequentes elektromagnetisches Signal einer hochfrequenten Trägerwelle aufgeprägt.
  Für das eigentliche akustische Signal ist die Trägerwelle nicht wichtig. Sie erleichtert jedoch die Übertragung vom Sender zum Empfänger.

  Zusätzlich macht sie möglich, dass unterschiedliche Kanäle gesendet werden können. Die verschiedenen Sender haben die Möglichkeit ihre Trägerwelle anzupassen und so von den Anderen unterscheidbar zu machen.
  So können die Sender unterschiedliche Frequenzen für ihre Kanäle wählen.

  Im Empfänger wird das Signal durch Filter getrennt. Dieses sind sogenannte Schwingkreise.
  Es können dadurch zum Beispiel am Radio unterschiedliche Frequenzen eingestellt und damit unterschiedliche Kanäle empfangen werden.