1.8 Gemoduleerde signalen

Bij modulatie wordt een laagfrequent signaal (spraak, tekst of data) op een hoogfrequente draaggolf gezet.

1.8.1 CW

De seinsleutel zet de draaggolf aan en uit; alleen geschikt voor tekst (morse). CW heeft de kleinste bandbreedte. Steile flanken geven sleutelclicks en dus een bredere uitzending; een laagdoorlaatfilter in de sleutelleiding rondt de flanken af. De eindtrap mag in klasse C staan.

1.8.2 amplitudemodulatie

De amplitude van de draaggolf volgt het modulerende signaal; de frequentie van de draaggolf blijft constant. De modulatiediepte loopt van 0 tot 100%; bij 100% schommelt de amplitude tussen 0 en 2 x de draaggolf. Meer dan 100% (overmodulatie) geeft vervorming en extra bandbreedte. Er ontstaan twee zijbanden op f_d − f_m en f_d + f_m. Bij 100% heeft elke zijband de halve spanning en een kwart van het vermogen van de draaggolf: 100 W draaggolf plus 2 x 25 W zijbanden. Met modulatie levert de zender dus meer vermogen dan zonder.

1.8.3 enkelzijbandmodulatie

Een balansmodulator onderdrukt de draaggolf, een zijbandfilter verwijdert één zijband: al het vermogen zit in de zijband die de informatie draagt. Bovenzijband (USB) of onderzijband (LSB). Zonder modulatie is er geen uitgangssignaal. Met één toon is het uitgangssignaal één sinus met constante amplitude, op f_d + f_toon (USB). Voorbeeld: 7 MHz, USB, tonen 1000 en 1800 Hz geeft 7001 en 7001,8 kHz.

Voordelen ten opzichte van AM: de halve bandbreedte, geen vermogen in de draaggolf, minder last van selectieve fading.
Nadelen: de afstemming is kritisch (een kleine frequentieafwijking vervormt de stem), een ingewikkelder zender en een lineaire eindtrap (geen klasse C).

1.8.4 fase- en frequentiemodulatie

Bij FM volgt de frequentie van de draaggolf de momentele waarde van het modulerende signaal; de amplitude blijft constant. Het zendvermogen hangt daarom niet af van de modulatie: een gloeilamp als belasting blijft constant branden. Bij PM verschuift de fase; de zwaai hangt dan af van de amplitude én de frequentie van het modulerende signaal.

Voordelen: ongevoelig voor amplitudestoringen, afstemming niet kritisch, hf-trappen in klasse C.
Nadelen: minstens 3 x de bandbreedte van EZB en altijd vol vermogen, ook zonder modulatie (de voeding wordt zwaarder belast). FM wordt vooral op VHF en hoger gebruikt.

1.8.5 frequentiezwaai en modulatie-index \( \left[ m = {\Delta F \over f_{mod}} \right] \)

De zwaai Δf is de grootste afwijking van de draaggolffrequentie, in hertz. Hij wordt bepaald door de amplitude van het modulerende signaal; een te grote zwaai verhelp je door de modulerende spanning te verkleinen. Voorbeeld: zwaai 10 kHz en toon 2500 Hz geeft m = 4.

1.8.6 draaggolf, zijbanden en bandbreedte

AM: B = 2 x de hoogste modulatiefrequentie (3 kHz geeft 6 kHz; 10 kHz bandbreedte betekent 5 kHz als hoogste toon).
EZB: B = hoogste min laagste audiofrequentie (500–2500 Hz geeft 2000 Hz, 300–3000 Hz geeft 2,7 kHz); de ontvanger 2,4 tot 3 kHz.
FM: ook bij één toon ontstaan veel zijbanden, op veelvouden van de toonfrequentie. Vuistregel \( B \approx 2 \cdot (\Delta f + f_{mod}) \): 3 kHz zwaai en 3 kHz spraak geeft 12 kHz. De bandbreedte hangt dus af van de zwaai (amplitude) én de modulatiefrequentie.
Toenemende bandbreedte: CW, EZB, AM, FM.

1.8.7 golfvormen van CW-, AM-, EZB- (SSB-) en FM-signalen (grafische weergave)

PE1HVH - Exameneisen 1.8 Gemoduleerde signalen: golfvormen van CW, AM, EZB en FM

Op de oscilloscoop: bij AM volgt de omhullende de toon; EZB met één toon lijkt op een ongemoduleerde draaggolf, met twee tonen ontstaat een zwevingsbeeld; FM heeft een constante amplitude.

1.8.8 spectra van CW-, AM-, EZB- (SSB-) en FM-signalen (grafische weergave)

PE1HVH - Exameneisen 1.8 Gemoduleerde signalen: spectra van CW, AM, EZB en FM

1.8.9 digitale modulatievormen: FSK, 2-PSK, 4-PSK en QAM

FSK: de frequentie springt tussen twee waarden (shift; bij amateurs meestal 170 Hz). PSK: de fase springt, bij 2-PSK 180°, bij 4-PSK 90°. QAM: amplitude én fase veranderen.

PE1HVH - Exameneisen 1.8 Gemoduleerde signalen: constellaties van 2-PSK, 4-PSK en 16-QAM

1.8.10 digitale modulatie: bitsnelheid, symboolsnelheid (baudsnelheid) en bandbreedte

Bitsnelheid in bit/s, symboolsnelheid in baud. Met n bits per symbool zijn er 2ⁿ toestanden: 4-PSK 2 bits, 16-QAM 4 bits. Symboolsnelheid = bitsnelheid / bits per symbool: 4800 bit/s in 4-PSK is 2400 baud, 9600 bit/s in 16-QAM is 2400 baud. Tekst: 6000 tekens van 7 bits plus pariteitsbit in 1 minuut is 6000 x 8 / 60 = 800 bit/s. De bandbreedte groeit met de symboolsnelheid; FSK is in de praktijk iets breder dan de shift (170 Hz en 50 baud: ongeveer 250 Hz; dat is de waarde uit de examenvragen).

1.8.11 foutdetectie en -correctie: CRC (packet radio), ARQ en FEC (toepassing AMTOR)

CRC (Cyclic Redundancy Check): de zender stuurt een controlegetal mee; klopt het bij de ontvanger niet, dan is er een overdrachtsfout en wordt het pakket opnieuw gestuurd (packet radio).
ARQ (Automatic Repeat Request): de ontvanger bevestigt elk blok of vraagt het opnieuw op; daarvoor is een verbinding in twee richtingen nodig.
FEC (Forward Error Correction): de zender stuurt extra informatie mee, waarmee de ontvanger fouten zelf herstelt, zonder terugmelding.
AMTOR (FSK, 100 baud) gebruikt ARQ bij een verbinding tussen twee stations en FEC bij uitzending naar meerdere stations.