Điều chế Biên độ (AM - Amplitude Modulation)

§        Mô tả tổng quát

Sự Điều chế Biên độ hay còn gọi là Điều Biên tại phía máy phát được áp dụng ngay từ thời kỳ đầu Vô tuyến được phát minh bởi nó được thực hiện rất đơn giản như hình dưới đây:

Trong đó, Tín hiệu cần được truyền đi là ‘nguồn’ để điều chế và được gọi là Sóng Điều chế (Modulating Wave) bởi thực chất Tín hiệu cần truyền đi cũng là một dạng Sóng tuy nhiên với Tần số rất thấp nên không thể truyền đi xa theo Nguyên lý Bức xạ Sóng Vô tuyến Điện – Từ vì cường độ Năng lượng Bức xạ dưới dạng Năng lượng Sóng Điện – Từ luôn tỷ lệ với bình phương Tần số của dao động. Trong lúc Tần số cao nhất của Âm thanh chỉ vào khoảng 16 KHz và Tần số thoại được chọn là 330 Hz – 3,3 KHz.
 

§        Mục đích điều chế

Theo như vừa trình bày trên, nếu Tần số của Thông tin cần truyền quá thấp thì không thể bức xạ một Năng lượng đủ lớn cho việc truyền đi xa mà cần phải biến đổi nó thành một Tần số lớn hơn rất nhiều thì mới có thể trở thành Sóng Điện – Từ để có thể truyền đi rất xa (theo Lý thuyết Sóng Điện - Từ thì Hiệu suất bức xạ sóng tỷ lệ với bình phương Tần số, tức là Tần số càng cao thì bức xạ càng khỏe nên sẽ càng truyền đi được rất xa):

Vì vậy, Thông tin cần truyền sẽ được ‘gửi’ vào trong một Sóng có Tần số lớn hơn để có thể truyền đi xa này được gọi là Sóng mang (Carrier) vì nó được dùng để mang Tín hiệu (Modulating Wave).

Có thể biểu diễn bằng các hệ thức toán học dưới đây:
 

o       Sóng mang

x_C = Acos(w + t)

Trong đó:

x: Giá trị (cường độ) tức thời của Sóng mang;

A: Biên độ (cường độ cực đại) của Sóng mang;

t: Thời gian biểu kiến (thời gian được xem xét hiện tại kể từ thời điểm gốc ban đầu được xác định trước) của Sóng mang;

w: Tần số góc của Sóng mang và được xác định bởi hệ thức dưới đây:

w = 2pf

Với f là Tần số của Sóng mang
 

o       Sóng  điều chế

Sóng điều chế chính là Nguồn Thông tin cần được truyền đi xa và có giá trị biểu kiến luôn thay đổi dưới dạng một hàm bất kỳ theo thời gian như dưới đây:

x_Mw = m(t)

Trong đó:

x_Mw: Giá trị (cường độ) tức thời của Tín hiệu điều chế;

m: Hàm phụ thuộc thời gian t của Tín hiệu điều chế
 

o       Tín hiệu đã được điều chế (AM Signal)

S = Acos(w + t) + m(t) = A[1 + m(t)]cos(wt)

Như vậy, ở đây, để hệ thức trên ‘có nghĩa’ tức là có thể điều chế thành công mà không bị méo hoặc còn gọi là gây nên biến dạng Tín hiệu thì m phải bé hơn hoặc bằng 1.

Khi đó, theo mô hình nói trên sau khi trở thành dạng Sóng được truyền đi (AM Signal) thì Biên độ của Sóng sẽ bị điều biến (thay đổi) bởi Biên độ của Thông tin cần truyền đi và có dạng đối xứng nhau qua Trục Biên độ:

Phương pháp điều chế nói trên được gọi là Điều chế Biên độ là vì Biên độ của Sóng mang bị biến đổi theo sự biến thiên của Thông tin cần được truyền đi.

Chú ý xem thêm: Mô phỏng Điều chế Biên độ

§        Ứng dụng của Điều chế Biên độ

Ngày nay, dạng Điều chế Biên độ chỉ được ứng dụng rộng rãi trong Kỹ thuật Truyền thanh Băng Tần thấp trong khoảng 550 – 1600 KH đối với Băng tần MW hoặc lớn hơn đối với các Băng tần SW1, SW2… mà không được ứng dụng trong Viễn thông hiện đại vì nhược điểm của nó là khả năng mang Thông tin thấp và hay bị nhiễu loạn tác động…

Tuy vậy, trong Truyền hình Tương tự, Điều chế Biên độ cũng có thể dung để điều chế Tín hiệu Hình ảnh với Dải thông khá rộng theo qui định là 4,43 MHz đối với Hệ truyền hình NTSC và 6,5 MHz đối với Hệ truyền hình màu PAL hoặc SECAM. Hình trên đây mô tả các Mức qui định trong Điều chế Biên độ đối với Tín hiệu Truyền hình.

Tín hiệu Hình được điều chế bởi kỹ thuật Điều Biên với các khoảng mức được qui định rất chặt chẽ:

Dưới mức 0 (Tín hiệu âm so với mức 0) khoảng 40% so với mức Biên độ của Tín hiệu được gọi là Tín hiệu Đồng bộ và Tự động Điều khiển Khuyếch đại:

Nếu Tín hiệu vượt quá mức qui định thì mức 40% này cũng sẽ tăng lên và nó sẽ được đưa về để điều khiển làm giảm độ khuyếch đại của máy thu sao cho Biên độ Tín hiệu hình trở lại đúng bằng mức chuẩn.

Theo qui định chuẩn thì Biên độ Tín hiệu hình tại đầu ra của Bộ Tách sóng Hình là 1,2 Volt_{P – P} tức là từ đỉnh dương đến đỉnh âm của Tín hiệu là 1,2 Volt.

Ngoài ra, Tín hiệu dưới mức 0 còn được qui định để tạo ra Tín hiệu Đồng bộ hình ảnh bao gồm Xung Đồng bộ Quét ngang và Xung Đồng bộ Quét dọc để điều khiển các Khối điều khiển Quét ảnh ở máy thu sao cho có thể đồng bộ với chế độ Quét ảnh ở máy phát.

Trên mức 0 (Tín hiệu dương so với mức 0) khoảng 100% là miền biến đổi theo đúng biến điệu của Tín hiệu hình.

Chú ý: Bản thân Thông tin nguồn cũng được tạo bởi nhiều Dao động có Tần số khác nhau sao cho có thể hợp thành một Tổ hợp Tần số có dải từ F_Min đến F_Max.

Vì thế, khi đưa vào điều chế thì theo Nguyên lý Giao thoa nó sẽ tạo ra hai Tần số khác nhau theo các hệ thức dưới đây:

          Đó chính là điều kiện tiêu chuẩn về Dải thông Điều chế Tín hiệu AM luôn cần phải được tuân thủ một cách tuyệt đối.

Vì lý do nói trên, để truyền được một Thông tin có ‘nội dung’ càng lớn thì sự biến đổi Biên độ của Sóng mang càng phức tạp và điều đó có nghĩa rằng Điều chế AM khó đáp ứng được những Thông tin phức tạp (có Dung lượng cao) bởi vì Điều chế Biên độ dễ bị nhiều tác động từ bên ngoài và của chính hệ thống làm cho Biên độ của Thông tin bị biến đổi ngoài ý muốn gây nên sự thiếu trung thực và tin cậy.

Do vậy, đối với những Thông tin phức tạp và đòi hỏi Độ trung thực cao thì người ta thường sử dụng phương pháp Điều chế Tần số.

        Đồng thời, sau khi điều chế thường tạo ra hai Dải tần số như mô tả ở hình trên nên người ta gọi nó là Double Side Band - DSB (Song Biên Tần hay cũng còn được gọi là Lưỡng Biên Tần) cho nên nó sẽ làm giảm hiệu suất của Máy phát cũng như làm giảm độ tin cậy của Máy thu. Vì thế gười ta thường chon 1 trong hai Dải Biên tần nói trên và được gọi là Đơn Biên Tần (Single Side Band - SSB).