Apparati di radiodiffusione AM ed FM. Tratto dal testo di Cecconelli Tomassini Le Telecomunicazioni

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1 Apparati di radiodiffusione AM ed FM Tratto dal testo di Cecconelli Tomassini Le Telecomunicazioni 1

2 Trasmettitori a modulazione di ampiezza Un trasmettitore per radiodiffusione ha il compito di convertire l'informazione che si vuole trasmettere in un segnale a radiofrequenza (RF) modulato. Quest'ultimo, attraverso una linea dl trasmissione (feeder), viene inviato all'antenna per essere irradiato sotto forma di onde elettromagnetiche. Lo schema generale di un radiotrasmettitore comprende pertanto due catene principali di organi: - una destinata a produrre l'onda portante a radiofrequenza, - l'altra destinata a inserire sulla prima il segnale informazione. Le due catene convergono in un modulatore, all'uscita del quale si ottiene il segnale a radiofrequenza modulato da inviare all'antenna trasmittente 2

3 Trasmettitori a modulazione di ampiezza La figura seguente mostra lo schema a blocchi di un trasmettitore per AM. 3

4 Analisi dello schema. Trasmettitori a modulazione di ampiezza L oscillatore pilota genera la portante e deve lavorare a vuoto. Pertanto è necessario un amplificatore ad alta impedenza d'ingresso (separatore), che consenta di ottenere la potenza necessaria al preamplificatore RF (amplificatore di eccitazione) senza caricare sensibilmente l'oscillatore. L'uscita del preamplificatore RF è applicata all'amplificatore di potenza finale, cui fa capo anche il segnale BF del modulatore, per produrre il segnale RF modulato in ampiezza. La potenza d'uscita del modulatore va dimensionata in base alla potenza del segnale a radiofrequenza da modulare e alla profondità di modulazione richiesta, ricordando che è 4

5 Trasmettitori a modulazione di ampiezza La potenza richiesta al modulatore BF può essere ridotta effettuando la modulazione, anziché nell'ultimo stadio di amplificazione RF (modulazione ad alto livello), in uno degli stadi precedenti a minore livello di potenza (modulazione a basso livello). In tal caso, però, gli amplificatori che seguono lo stadio modulato devono essere di tipo lineare, per conservare la modulazione. Il filtro passa-banda all'inizio della catena relativa al segnale modulante (in genere di Bassa Frequenza o BF), si rende necessario per limitare lo spettro del segnale modulante e quindi la larghezza di banda del segnale modulato. Per la radiodiffusione AM è prescritta una banda modulante compresa fra 300 Hz e 4,5 khz. Pertanto la larghezza di banda netta impegnata in ogni stazione radio" è di 9 khz. 5

6 Trasmettitori a modulazione di ampiezza Esercizio 6

7 Trasmettitori a modulazione di ampiezza 7

8 Trasmettitori a modulazione di ampiezza 8

9 Trasmettitori a modulazione di frequenza Nella normale radiodiffusione FM, la modulazione viene effettuata con una deviazione di frequenza F=75 khz. E un valore elevato, ma necessario per ottenere un buon rapporto segnale/disturbo. Si assume inoltre, per la massima frequenza modulante: Con questi valori la larghezza di canale risulta (formula di Carson) pari a: L'elevato valore di B (rispetto ai 9 khz della modulazione d'ampiezza) limita l'impiego della FM al solo campo delle onde ultracorte (in pratica da 88 a 108 MHz), dove la B risulta percentualmente modesta. 9

10 Trasmettitori a modulazione di frequenza Sono possibili due schemi di principio, per la realizzazione di radiotrasmettitori FM: - a modulazione diretta (con circuito di controllo per la stabilizzazione indiretta della portante) - a modulazione indiretta (attraverso la modulazione di fase, con stabilizzazione diretta della portante). 10

11 Trasmettitori a modulazione di frequenza Trasmettitori FM a modulazione diretta Lo schema a blocchi di questo tipo di trasmettitori è indicato nella figura sotto. 11

12 Trasmettitori a modulazione di frequenza Esempio di circuito VCO 12

13 Analisi dello schema Trasmettitori a modulazione di frequenza La modulazione è ottenuta applicando il segnale audio BF ad uno o due diodi varicap accoppiati al circuito risonante che determina la frequenza dell'oscillatore comandato in tensione (VCO ). Alla stabilizzazione della portante provvede un circuito di controllo automatico della frequenza (AFC, Automatic Frequency Control ), nel quale la frequenza dell'oscillatore FM viene confrontata con la frequenza di un oscillatore a quarzo e l'eventuale tensione di errore, debitamente amplificata, agisce sull'oscillatore in modo da correggere gli slittamenti di frequenza che l'hanno generata. Nota: la stabilizzazione di frequenza deve funzionare solo per le variazioni "lente" di frequenza (dovute per es. ai fenomeni di deriva termica), e non per le variazioni proprie della modulazione. Pertanto l'amplificatore dell'afc deve essere del tipo "ad alta costante di tempo (per es. preceduto da un opportuno filtro passa-basso). 13

14 Trasmettitori a modulazione di frequenza ll segnale FM è applicato all'ingresso del driver costituito da un amplificatore multistadio avente il compito di fornire la potenza di eccitazione necessaria all'amplificatore finale, funzionante in classe C e quindi con elevato rendimento di conversione. 14

15 Trasmettitori a modulazione di frequenza In genere l'oscillatore FM funziona su una frequenza di valore sottomultiplo di quello della frequenza portante. Ad esempio se la portante del trasmettitore deve essere F = 95 MHz, l'oscillatore FM può venire progettato per una frequenza F'= 10,55 MHz, modulata con una deviazione F'= 8,33 khz. Mediante due successivi stadi triplicatori di frequenza (amplificatori in classe C funzionanti in terza armonica), che moltiplicano sia F' che F, si passa ai valori definitivi di F = 95 MHz e F = 75 khz. Nota: 8,33 khz 9 = khz e 10,55 MHz 9 = MHz 15

16 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza Trasmettitori FM a modulazione indiretta Lo schema a blocchi di questo tipo di trasmettitori è indicato nella figura sotto. 16

17 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza Analisi dello schema La FM è ottenuta a partire da un modulatore PM, e perciò il segnale audio (modulante) è applicato al modulatore attraverso un circuito integratore. La portante F all'ingresso del modulatore di fase PM è fissa e può pertanto essere generata da un oscillatore a quarzo stabilizzato direttamente. La deviazione di frequenza F ' ottenibile all'uscita del modulatore è molto piccola e occorre perciò una grande moltiplicazione di frequenza per portarla al valore standard di 75 khz. Nota: per evitare di dover partire da una frequenza F troppo bassa (inadatta per un oscillatore a quarzo), si opera anche una conversione di frequenza che produce una traslazione" della banda modulata, senza alterare la deviazione di frequenza. 17

18 Ad esempio: Trasmettitori FM a modulazione di frequenza in un radiotrasmettitore a 95 MHz, se la F' all'uscita del PM è di 30 Hz, la moltiplicazione di frequenza necessaria per ottenere F' =75 khz è pari a In tal caso, anziché partire da una F '= 95/2500 = 38 khz, si parte da un oscillatore a quarzo a 200 khz, operando poi una conversione di frequenza per ottenere i 95 MHz della portante in antenna, in luogo dei 500 MHz che si otterrebbero con la semplice moltiplicazione. Esercizio 18

19 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza 19

20 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza 20

21 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza 21

22 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza Esercizio 22

23 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza 23

24 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza 24

25 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza 25

26 Trasmettitori FM a modulazione di frequenza 26

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