Amplitudenmodulation (AM)

Bei der Amplitudenmodulation (AM) wird ein Modulationssignal, z. B. ein Sprachsignal, durch Änderung der Amplitude auf den Träger aufmoduliert. Die Frequenz des Trägers wird bei AM nicht beeinflusst, sondern bleibt unverändert.

Den einfachsten und zugleich extremsten Fall haben wir mit der Übertagung von Morsezeichen mittels Continuous Wave (CW) schon kennengelernt. Das Ein- und Ausschalten des Trägers im Rhythmus der Bedienung der Morsetaste kann man auch als Wechsel zwischen minimaler und maximaler Amplitude beschreiben.

Um ein Sprachsignal mittels AM zu modulieren, wird auch der Bereich zwischen minimaler und maximaler Amplitude genutzt. Im Wasserfalldiagramm in Abbildung NE-12.5.1 sehen wir ein amplitudenmoduliertes Sprachsignal. Man kann in der Mitte deutlich den Träger als schmale Linie mit konstanter Frequenz erkennen. Links und rechts vom Träger sieht man allerdings auch etwas, obwohl die Frequenz des Trägers gar nicht beeinflusst wurde!

1) Kurzbeschreibung: Diagramm zur Wiedergabe des zeitlichen Verlaufs eines AM-Signals.

2) Ausführliche Beschreibung: Das Diagramm ist mit „AM“ überschrieben und gibt den zeitlichen Verlauf eines AM-Signals wieder. In der Mitte verläuft eine vertikale Achse, die unten mit „f_t“ beschriftet ist. Links und rechts davon gibt es die Beschriftung „f_t – 5 kHz“ bzw. „f_t + 5 kHz“. An der linken Seite der Abbildung gibt es Markierungen für einen zeitlichen Verlauf nach „0 s“ (oben), „30 s“ (in der Mitte) und „60 s“ (unten). Im eigentlichen Diagrammbereich sind ausgehend von der Mittelachse horizontale weiße Linien mit unterschiedlicher Länge zu sehen. — Abbildung NE-12.5.1: Signal eines AM-Rundfunksenders (Sprache / Musik)

Dieser unerwartete Effekt entsteht dadurch, dass sich durch die Änderung der Amplitude die Form des Trägers ändert und er nicht mehr einer reinen Sinusschwingung entspricht. Die zusätzlichen Frequenzen bezeichnen wir als Seitenbänder. In diesen steckt die übertragene Information, also z. B. die Sprache. In Abbildung NE-12.5.2 sehen wir eine übliche symbolhafte Darstellung von AM mit dem Träger in der Mitte und den beiden Seitenbändern links und rechts davon.

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „f“, einer vertikalen, nicht bezeichneten Achse, einer vertikalen Linie bei „f_T“ und zwei symmetrischen, dachförmigen Bereichen links und rechts davon.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „f“ und eine nicht näher bezeichnete vertikale Achse. Auf der Grundlinie ist bei „f_T“ eine vertikale Linie eingezeichnet. Links davon gibt es zwei vertikale Linien - eine längere und links davon eine kürzere. Beide beginnen auf der Grundlinie, ihre Enden sind miteinander verbunden. Spiegelbildlich zu der vertikalen Linie bei „f_T“ befinden sich auf der anderen Seite zwei vertikale Linien - eine längere und rechts davon eine kürzere. Auch hier sind die Enden miteinander verbunden. In der Mitte der dargestellten Kurvenform steht unter der horizontalen Achse die Beschriftung „f_T“. Weitere Skalen, Zahlen oder Gitterlinien sind nicht vorhanden. — Abbildung NE-12.5.2: Symbolische Darstellung eines amplitudenmodulierten Signals mit Träger und Seitenbändern

Warum entstehen bei AM zusätzliche Frequenzen neben dem Träger? Das lässt sich erklären, wenn man versteht, was in einem Amplitudenspektrum oder Wasserfalldiagramm genau dargestellt wird: Es zeigt für jede Frequenz an, wie groß die Amplitude ist. Genauer müssen wir sagen: Es zeigt für alle möglichen Sinusschwingungen mit verschiedenen Frequenzen an, wie stark deren Amplitude ist. Wenn also die Anzeige z. B. bei 144,3 MHz ausschlägt, dann wird eine reine Sinusschwingung mit einer Frequenz von 144,3 MHz gemessen. Schlägt die Anzeige aber beispielsweise gleichzeitig bei 144,300 Hz und bei 144,301 MHz aus, dann wurden zwei Sinusschwingungen gemessen.

Betrachten wir mit diesem Wissen noch einmal die AM-Sendung im Wasserfalldiagramm. Wir können jetzt erkennen, dass viele verschiedene Frequenzen zwischen 144,250 und 144,350 MHz mit unterschiedlicher Amplitude auftreten. Es sind also viele verschiedene Sinusschwingungen gleichzeitig messbar.

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „U“; drei Sinuskurven unterschiedlicher Farbe und verschiedener Anzahl an Maxima und Minima.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „t“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „U“. Drei Sinuskurven mit unterschiedlicher Farbe starten am Nullpunkt und verlaufen von links nach rechts um die Nulllinie. Eine rote Kurve steigt zu einem Maximum, fällt zu einem Minimum und erreicht etwa in der Mitte des Diagramms wieder den Kreuzungspunkt mit der Nulllinie und damit das Ende des ersten Durchgangs. Eine grüne Linie ist etwas weiter zusammengedrängt und erreicht diesen Kreuzungspunkt nach anderthalb Durchgängen. Eine blaue Kurve weist die doppelte Anzahl von Durchgängen gegenüber der roten Linie auf. Nach dem gemeinsamen Kreuzungspunkt in der Mitte setzen sich alle drei Kurven nach rechts bis zum Bildrand fort. — Abbildung NE-12.5.3: Mehrere Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz

Es bleibt die Frage, wieso aus einer einzigen Sinusschwingung, die man durch Modulation verformt, plötzlich mehrere Sinusschwingungen werden. Um dies zu beantworten, schauen wir uns den Weg andersherum an. Wenn man mehrere Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz hat und diese aufsummiert, entsteht eine „verformte“ Schwingung!

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „U“; eine rot gezeichnete Kurve mit unregelmäßigem Verlauf um die Nulllinie.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „t“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „U“. Eine rot gezeichnete Kurve startet am Nullpunkt und verläuft von links nach rechts mit unregelmäßigem Verlauf um die Nulllinie. — Abbildung NE-12.5.4: Summe mehrerer Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz

Es sind einfach zwei verschiedene Sichtweisen. Man kann es entweder als verformte Schwingung auffassen oder eben als Summe mehrerer Sinusschwingungen. Und das ist der Grund, warum die Änderung der Amplitude eines Trägers dazu führt, dass man weitere Frequenzen neben dem Träger im Wasserfalldiagramm sieht.

NE202: Welche Aussage zur Amplitudenmodulation ist richtig? Durch das Informationssignal ...

NE206: Welche spektrale Darstellung ergibt sich für die Modulationsart AM bei diesem Audiospektrum?

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit den Achsen „Leistung“ (vertikal) und „f [kHz]“ (horizontal) zeigt eine nach rechts abfallende Kontur zwischen den markierten Frequenzen „0,3“ und „2,7“.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem mit Pfeilspitzen hat eine vertikale Achse „Leistung“ und eine horizontale Achse „f [kHz]“. Auf der horizontalen Achse sind unter der Grundlinie die Zahlen „0,3“ links und „2,7“ weiter rechts eingezeichnet. Bei „0,3“ zeigt eine vertikale Linie von der Grundlinie nach oben zu einem höheren Punkt. Von dort verläuft eine gerade, schräg abfallende Linie nach rechts zu einem tieferen Punkt oberhalb von „2,7“. Bei „2,7“ geht eine kurze vertikale Linie von diesem Punkt zurück auf die Grundlinie. Es gibt keine Gitterlinien und keine Skala auf der senkrechten Achse.

Übrigens ist die von AM belegte Bandbreite doppelt so hoch wie die höchste Frequenz des Modulationssignals. Bei unserem Beispiel aus dem vorherigen Abschnitt war die höchste Frequenz 2700 Hz. Entsprechend würde dieses Signal als AM-Sendung eine Bandbreite von 5400 Hz belegen.

Weiter zum nächsten Abschnitt: Einseitenbandmodulation (SSB)