Considerazioni energetiche sulla AM

[IW5AFV]

In questi giorni, rimettendo a posto un trasmettitore C11, ho dovuto rispolverare le considerazioni energetiche legate alla modulazione d’ampiezza.
Noi rottamai, che utilizziamo spesso apparecchiature in AM, poniamo molta attenzione per operare con un indice di modulazione più vicino possibile al 100%.
Infatti sappiamo bene che il segnale utile alla comunicazione è contenuto solo nelle bande laterali del segnale trasmesso, e che la potenza delle bande laterali è direttamente proporzionale all’indice di modulazione.
Per esempio, un C11 con 50W di portante, modulato al 100% con una sinusoide, produce due bande laterali con una potenza di 12.5W ciascuna, mentre modulato con il 50% questa potenza scende a poco più di 3W.
Quindi con il 50% di modulazione il C11 è sprecato:in un QSO potrei ottenere la stessa efficacia utilizzando un trasmettitore con una portante di soli 12.5W .
Per misurare l’indice di modulazione generalmente usiamo il metodo, noto a tutti i radioamatori, mostrato nella figura seguente (tratta da internet perché mi faceva fatica rifarla da capo).

rappresentazione AM.png

Con un oscilloscopio si visualizza il segnale all’uscita del trasmettitore modulato con un segnale sinusoidale al posto del microfono; Vp è la tensione della portante non modulata, Vmax e Vmin sono le tensioni massima e minima in presenza di modulazione.
L’indice di modulazione è m = (Vmax –Vmin) /(Vmax+Vmin).
Quindi quando Vmin = 0 calcoliamo che l’ indice è pari ad 1, ossia il 100%
Però a mio parere questo calcolo non è esatto perché bisogna tener conto anche che quando l’indice di modulazione è il 100%, Vmax DEVE essere il doppio di Vp.
In pratica se con l’oscilloscopio misuro 5 quadretti su Vp, dovrei misurare 10 quadretti su Vmax.
Io mi sono insospettito perché misurando il mio C11 la tensione Vmax non era il doppio di Vp; misuravo un rapporto intorno a 1.75 mentre Vmin andava a 0.
Suppongo che questo sia dovuto alla non linearità introdotta dalle finali RF, cioè ad un raddoppio della tensione di placca sul picco della sinusoide modulante non corrispondeva un raddoppio della tensione della RF trasmessa (cioè 4 volte la potenza della portante).
Allora sono andato a vedere lo spettro del segnale modulato, che ha questa forma (sempre scroccata da internet).

Spettro AM.gif

fm è la frequenza modulante, 1KHz nel mio caso.
La formula mVp/2 indica la tensione delle due bande laterali; con m = 1 questa tensione è metà di quella della portante. Siccome l’analizzatore di spettro misura le potenze, la potenza delle due bande laterali è ¼ di quella della portante, equivalente a 6dB sotto la portante (sappiamo che la potenza è proporzionale al quadrato della tensione).
La potenza delle due bande laterali misurata sul mio trasmettitore era invece 8dB sotto, conseguente ad un indice di modulazione dell’80%.
Intendiamoci, l’80% è un buon risultato, non c’è da stracciarsi le vesti; in sostanza però si perdono 2 dB di potenza utile rispetto al 100%, come operare con una portante di 32W invece di 50W.
Non so se il mio ragionamento è corretto, so che ci sono strumenti appositi per misurare l’indice di modulazione, ma non so su che principio lavorano.
Mi piacerebbe conoscere il vostro parere.
Paolo IW5AFV

[IK0QDQ]

Bella illustrazione e ragionamento che non fa una grinza.
Vorrei solo aggiungere una postilla: molto dipende da quale tipo di modulazione si impiega. Infatti nel caso della modulazione di placca il modulatore deve concorrere fornendo una potenza pari alla metà della potenza da modulare. Nel caso invece di altri tipi di modulazione si vanno a variare i parametri di lavoro dello stadio finale e la potenza di picco corrisponde alla potenza massima possibile per lo stesso stadio finale (il modulatore fornisce solo la potenza necessaria a variare i parametri di polarizzazione). Ovviamente il tutto in via teorica. In pratica, a complicare le cose intervengono le distorsioni date dalla non linearità degli stadi finali.
Edoardo

[IW5AFV]

OK Edoardo, concordo. Un esempio di quanto dici è il trasmettitore della WS19, che risparmia sulla potenza del modulatore ma a scapito della potenza trasmessa dalla 807.
Mi resta il dubbio della precisione degli strumenti che misurano l'indice di modulazione. Se come suppongo si basano su misure di ampiezza piuttosto che su misure spettrali incappano nello stesso errore che ho evidenziato.

Paolo IW5AFV

[roberto burdese]

Ho uno "strumentino"che misura la modulazione. Provo ad allegare il manuale, oltre ad una foto, se non è troppo pesante. "BR"

[IW5AFV]

Buonasera Roberto,
ho dato un'occhiata al manuale.
Ho capito che è un bello strumento, che è in pratica un ricevitore che si sintonizza automaticamente sulla frequenza del segnale richiudendo il loop sulla sua frequenza intermedia.
Per quanto riguarda il principio su cui misura l'indice di modulazione AM non l'ho ben compreso.
Mi sembra di capire che in sostanza normalizza il segnale IF, attraverso il circuito di AGC, quindi procede alla rivelazione del segnale e poi confronta il livello del segnale normalizzato, che in sostanza corrisponde al livello della portante ,Vp, con il livello di picco del segnale modulato Vm, entrambi a valle della rivelazione.
Quindi farebbe un rapporto tra le ampiezze, m = Vm/Vp ed in questo caso potrebbe incappare nello stesso errore che ho descritto nel mio intervento, quando il segnale modulato non è simmetrico a causa della non linearità del trasmettitore.
Però mi pare di aver capito che può utilizzare nella misura sia il livello del picco positivo (peak) che quello del picco negativo (trough). Quindi nel caso di una modulazione dissimmetrica forse ci sarebbe la possibilità, mediando le due misure, di ricavare l'indice di modulazione reale.
Paolo IW5AFV

[roberto burdese]

SI, Paolo, grazie, Ciò che avevo capito io, era che è un circuito piuttosto "incasinato" !!!!!!!! Anche la RACAL DANA ne fà (faceva)un modello equivalente, come prestazioni e dimensioni. A presto Roberto.