AM-Sender mit Raspberry Pi Pico

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Moderne AM-Rundfunksender verwenden Transistor-Power-Endstufen ohne einen separaten Modulationsverstärker. Stattdessen arbeiten sie mit einem modulierten PWM-Signal. Die momentane Ausgangsamplitude wird also über die PWM-Breite gesteuert. Dieses Verfahren lässt sich mit dem Pico nachahmen. Der Versuch wurde mit einer Frequenz von 650 kHz durchgeführt.





Die mittlere Spannung am AD-Eingang wird auf die halbe Eingangsspannung eingestellt. Das ADC-Messergebnis wird dann im Programm durch 2 geteilt und hat einen Ruhewert bei 16000. Das führt zu einer mittleren PWM-Breite von 25%. Bei 100% Aussteuerung müsste das NF-Signal 3,3 Vss haben. Das PWM-Signal wird dann zwischen 0% und 50% moduliert.


#PWM Amplitudenmodulation auf 650 kHz
import time
from machine import Pin, PWM
ad_in = Pin(28, Pin.IN)
u = machine.ADC(2)
pwm0 = PWM(Pin(0))
pwm0.freq(650000)
pwm0.duty_u16(16000)

while (True):
    pwm0.duty_u16(u.read_u16()//2)





Am PWM-Ausgang sieht man deutlich die veränderliche Signalbreite. Je nach Triggerung des Oszilloskops steht eine Flanke stabil, die andere wechselt laufend.




Durch das RC-Tiefpassfilter wird aus dem PWM-Signal ein AM-Signal gebildet. Bei einer Ansteuerung mit einem Sinussignal erkennt man einen Schwachpunkt: Die Modulation erscheint deutlich in der Amplitude gerastert. In einem AM-Radio lassen sich typische Audiosignale zwar klar erkennen, aber man hört auch deutlich die Verzerrungen. Der Grund ist die begrenzte Auflösung des PWM-Signals. Zwar werden immer Werte bis 65000 übergeben, Aber Python recnhet sie in kleinere Werte um. Je höher die PWM-Frequenz ist, desto gröber wird die Auflösung der Pulsbreite. Bei einer Taktfrequenz von 130 MHz  und einer PWM-Frequenz von 650 kHz hat man bei einem Frequenzverhältnis von 200 theoretisch 200 Quantisierungsstufen. Wenn noch ein Vorteiler beteiligt ist, sind es nur noch 100 oder 50 Stufen. Schade, man kann war das Prinzip zeigen, aber ein brauchbarer AM-Modulator wird nicht daraus.



Wenn das Signal auf den Schwingkreis eines Mittelwellenradios gekoppelt wird, sieht es eigentlich ganz gut aus.



Zur Überprüfung der Modulation kann man das NF-Signal und das modulierte HF-Signal auf eine XY-Oszilloskop geben, so wie man es für Lissajous-Figuren tun würde. Nun wird allerdings ein Problem mit mangelnder Linearität deutlich. Bei großen Rundfunksendern löst man solche Probleme durch eine passende Vorverzerrung. Für einen AM-Modulator ist es aber wichtiger, dass das Modulationsverfahren von vornherein linear arbeitet.



Zum Vergleich: Der neue AM-Modulator mit dem SI5351. Hier wird der Träger rein analog moduliert.



Die XY-Darstellung zeigt die hervorragende Linearität der Modulation.



Das letzte Bild zeigt das Signal bei einer Übersteuerung der Modulation. Früher gab es in den Sendeanstalten so einen Bildschirm, mit dem permanent die optimale Aussteuerung überprüft werden konnte. Auch im Amateurfunk wurde diese Methode oft mit den AM-Sendern der Anfangszeit verwendet. Mit der Einführung der SSB-Sender ist das aus der Mode gekommen. Heute sorgt eine ALC für die richtige Aussteuerung.








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