Hoofdstuk 12: Modulatie en Zenders
Dit hoofdstuk behandelt hoe informatie (spraak, tekst) via radiogolven wordt overgebracht. We bespreken de analoge modulatievormen AM, EZB, CW en FM, en de opbouw van zenders in blokschema's.
1. Wat is Modulatie?
Modulatie is het "verpakken" van een laagfrequent signaal (LF, zoals spraak) in een hoogfrequent signaal (HF) zodat het via radio kan worden overgebracht.
Examenstof - Basisbegrippen:
- Informatiesignaal (AF): Het over te brengen signaal (spraak: 300 Hz - 3 kHz)
- Draaggolf (RF): Het hoogfrequente signaal waarop de informatie "meelift"
- Modulator: De schakeling die AF en RF combineert
2. Amplitudemodulatie (AM)
2.1 Werking
Bij AM varieert de amplitude van de draaggolf met de momentele waarde van het audiosignaal.
De omhullende (envelope):
Als je de toppen van het AM-signaal verbindt, zie je de vorm van het oorspronkelijke audiosignaal. Deze kromme heet de omhullende.
2.2 Frequentiespectrum van AM
Een AM-signaal bestaat uit drie frequenties:
Examenstof - AM-spectrum:
- Draaggolffrequentie (fd)
- Bovenzijband = fd + faudio (som)
- Onderzijband = fd - faudio (verschil)
De zijbanden hebben elk maximaal de halve amplitude van de draaggolf.
2.3 Bandbreedte van AM
Bandbreedte AM = 2 × hoogste audiofrequentie
Voorbeeld: Bij spraak tot 3 kHz is de bandbreedte 2 × 3 kHz = 6 kHz.
2.4 Vermogen en PEP
Examenstof - PEP (Peak Envelope Power):
Het gemiddelde vermogen van de periode bij de top van de omhullende.
Bij maximale modulatiediepte en 100 W draaggolf:
- Draaggolf: 100 W (4 delen)
- Bovenzijband: 25 W (1 deel)
- Onderzijband: 25 W (1 deel)
- Totaal: 150 W, waarvan slechts 50 W (1/3) informatie bevat
Modulatiediepte: De verhouding tussen de amplitude van het modulerende signaal en de draaggolf. Bij maximale modulatiediepte wisselt de amplitude tussen 0 en 2× de draaggolfamplitude. Meer geeft overmodulatie = vervorming.
3. Enkelzijband (EZB/SSB)
EZB is een efficiëntere variant van AM waarbij de draaggolf en één zijband worden onderdrukt.
Examenstof - EZB soorten:
| Afkorting |
Engels |
Betekenis |
Gebruik |
| USB |
Upper Sideband |
Bovenzijband |
Boven ~10 MHz |
| LSB |
Lower Sideband |
Onderzijband |
Onder ~10 MHz |
Voordelen van EZB ten opzichte van AM
Efficiëntie
25 W in plaats van 150 W voor dezelfde informatie (factor 6 besparing)
Bandbreedte
Ongeveer de helft (~2,7 kHz in plaats van 6 kHz), dus 2× zoveel stations mogelijk
DZB (Dubbelzijband): Beide zijbanden zonder draaggolf. Komt op N-examens alleen als fout antwoord voor (geen N-examenstof).
4. Morse-telegrafie (CW)
CW (Continuous Wave) is de oudste vorm van radiomodulatie: de draaggolf wordt aan- en uitgezet in het ritme van morsecode.
Examenstof - CW eigenschappen:
- Extreme vorm van AM: draaggolf aan of uit
- Zeer smalbandig: filters van 200-500 Hz (8-20% van EZB)
- Kan met klasse C eindtrap (informatie zit niet in amplitude)
- Sleutelclicks voorkomen met laagdoorlaatfilter
5. Frequentiemodulatie (FM)
5.1 Werking
Bij FM varieert de frequentie van de draaggolf met het audiosignaal. De amplitude blijft constant.
Examenstof - FM begrippen:
- Frequentiezwaai (Δf): Het verschil tussen draaggolffrequentie en maximale frequentie
- Modulatie-index (m): m = Δf / fi (zwaai gedeeld door modulatiefrequentie)
5.2 Bandbreedte van FM (Regel van Carson)
B ≈ 2 × (fi + Δf) = 2 × fi × (1 + m)
Voorbeeld: Bij fi = 3 kHz en Δf = 3 kHz (m = 1):
B ≈ 2 × 3 × (1 + 1) = 12 kHz
Vergelijk met EZB: slechts 2,7 kHz bandbreedte!
5.3 Voor- en nadelen van FM
Voordelen
- Minder storingsgevoelig (storingen zijn meestal AM-achtig)
- Afstemming weinig kritisch
- Eenvoudiger zender (klasse C mogelijk)
Nadelen
- Grote bandbreedte (minstens 3× EZB)
- Meer ruis bij ontvangst
- Zender altijd aan (ook zonder modulatie)
Waar wordt FM gebruikt? Vooral op hogere amateurfrequenties (bijv. 2-meterband, 144-146 MHz) waar meer frequentieruimte beschikbaar is. Op kortegolf wordt EZB gebruikt vanwege de kleinere bandbreedte.
6. Zenders in Blokschema
6.1 Basisopbouw
Examenstof - Zenderblokken:
| Blok |
Functie |
| Oscillator |
Wekt de draaggolffrequentie op |
| Scheidingstrap |
Beschermt oscillator tegen belastingvariaties |
| Stuurtrap (driver) |
Stuurt de eindtrap aan |
| Eindtrap (vermogensversterker) |
Levert het zendvermogen aan de antenne |
| VFO |
Variable Frequency Oscillator - afstembare oscillator |
6.2 Mengschakelingen (Mixers)
Mengschakelingen maken som- en verschilfrequenties uit twee ingangssignalen.
Examenstof - Soorten mixers:
- Mixer: Levert beide ingangssignalen + som + verschil
- Gebalanceerde mixer: Onderdrukt één van beide ingangsfrequenties
- Dubbel gebalanceerde mixer (DBM): Onderdrukt beide ingangssignalen, levert alleen som en verschil
6.3 EZB-modulator (Filtermethode)
EZB wordt meestal gemaakt via de filtermethode:
- Balansmodulator: maakt dubbelzijband (onderdrukt draaggolf)
- Zijbandfilter: (kristalfilter) onderdrukt één zijband
6.4 FM-modulator
Bij FM wordt het AF-signaal toegevoerd aan de oscillator via een afstemdiode (varicap/capaciteitsdiode). Deze verandert de capaciteit en daarmee de frequentie van de LC-kring.
7. Ongewenste Uitstralingen en Aanpassing
7.1 Harmonischen onderdrukken
Elke zender maakt ongewenste frequenties (harmonischen). Deze worden onderdrukt met laagdoorlaatfilters.
Examenstof - Pi-filter:
Een veelgebruikt filter met de vorm van de Griekse letter π. Het bestaat uit een spoel met aan weerszijden een condensator.
Het pi-filter heeft twee functies:
- Harmonischen onderdrukken (laagdoorlaatfilter)
- Impedantie-aanpassing tussen eindtrap en antenne
7.2 Klassen van instelling per modulatie
| Modulatie |
Klasse C mogelijk? |
Reden |
| AM / EZB |
Nee |
Informatie zit in amplitude (zou vervormd worden) |
| CW |
Ja |
Informatie zit in aan/uit, niet in amplitude |
| FM |
Ja |
Informatie zit in frequentie, amplitude is constant |
8. Samenvatting
Kernpunten voor het examen:
- Modulatie: Informatiesignaal (AF) verpakken in draaggolf (RF)
- AM: Amplitude varieert met audiosignaal; spectrum = draaggolf + twee zijbanden
- Bandbreedte AM: 2 × hoogste audiofrequentie
- Omhullende: Kromme die toppen van AM-signaal verbindt
- PEP: Peak Envelope Power - vermogen bij top van omhullende
- EZB/SSB: Draaggolf + één zijband onderdrukt; USB boven 10 MHz, LSB eronder
- Voordelen EZB: 6× efficiënter, halve bandbreedte
- CW: Draaggolf aan/uit; zeer smalbandig (200-500 Hz)
- FM: Frequentie varieert; amplitude constant
- Frequentiezwaai (Δf): Verschil draaggolf en maximale frequentie
- Modulatie-index: m = Δf / fi
- Bandbreedte FM (Carson): B ≈ 2(fi + Δf)
- FM voordelen: Minder storingsgevoelig, eenvoudiger zender
- FM nadelen: Grotere bandbreedte, meer ruis
- Zenderblokken: Oscillator, scheidingstrap, stuurtrap, eindtrap
- Mixer: Maakt som- en verschilfrequenties
- Pi-filter: Harmonischenonderdrukking + impedantie-aanpassing
- Klasse C: Geschikt voor CW en FM, niet voor AM/EZB