Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции (АМ) амплитуда несущего высокочастотного колебания изменяется по закону управляющего сигнала. Рассмотрим простейший случай АМ колебания, когда управляющим сигналом является также гармоническое колебание (S_o•cos2pF_ot - т.н.модуляция одним тоном, Рис.2.5).

Рис.2.5

Амплитудно-модулированное колебание (АМК) имеет вид:

Uам =(А_о + S_o•сos2pF_o)•сos2pf_ot = A_o·[cos2pf_ot + 0.5M·cos2p(f_o+F_o)t + 0.5М·cos2p(f_o+F_o)t]

где М – глубина амплитудной модуляции,

А₀ – аиплитуда высокочастотного несущего колебания,

S₀ - амплитуда низкочастотной огибающей,

f₀ – частота высокочастотного заполнения,

F₀ – частота низхкочастотной огибающей.

На рис.2.6 показаны спектры управляющего cигнала - гармонического сигнала с частотой Fo и амплитудой S (рис.а), несущего колебания - гармонического сигнала с частотой f_o и амплитудой Ао (рис.б) и модулированного колебания (рис.в). Из рисунков видно, что исходный низкочастотный сигнал (с частотой F_o) в результате модуляции переносится в область радиочастот (f_o). Спектр модулированного колебания содержит несущую (f_o) и две боковые частоты - верхнюю с частотой (f_o+F_o) и нижнюю с

частотой (f_o-F₀).Отношение М = S_o/А_о называют коэффициентом АМ, 0 ≤ М ≤ 1.

При М > 1 наступает явление перемодуляции, которое характеризуется потерей полезной информации, поэтому принимают меры, чтобы предотвратить наступление пермодуляции.

Спектр сигналов при тональной АМ

Сигнал Несущая АМ-колебание

S₀ A₀ А₀

0.5МА₀ 0.5МА₀

f … f … f

0 F₀ 0 f₀ 0 f₀-F₀ f₀ f_o+F₀

до модуляции после модуляции

а) б) в)

Рис.2.6

В общем случае, когда спектр управляющего сигнала занимает полосу частот от F_{мин -}– (т.1) до F_мак – (т.2) (рис.2.7.а), в спектре модулированного сигнала возникают боковые полосы - нижняя, с полосой от (f_o-F_мак) - (т.3) до (f_o-F_мин) – (т.4) и верхняя, с полосой от (f_o+F_мин) – (т.6) до (f_o+F_мак) – (т.7) (рис.2.7,б). Несущая частота f_o расположена в т.5.

Спектр АМ сигнала в общем случае

Сигнал АМ-колебание

f … f

0 0

1 2 3 4 5 6 7

а) б)

Рис.2.7

Спектр частот, занимаемый АМ-сигналом, сосредоточен около несущей частоты f_o и занимает полосу 2•F_мак. Информация об управляющем сигнале содержится в каждой из боковых полос. Дублирование информации устраняется использованием только одной боковой полосы – для однополосной передачи применяют нижнюю боковую полосу, что позволяет почти в 2 раза сократить занимаемую полосу частот и уменьшить потребление энергии.

Угловая модуляция

При частотной модуляции по закону управляющего сигнала изменяется частота несущего колебания около среднего значения f_o (Рис.2.8).

Рис. 2.8

Частотно-модулированное колебание при модуляции одним тоном имеет вид:

Uчм = А_о•cos(2pf_o+k·S·cos2pF_o).

Максимальное отклонение частоты f_d = k·S от f_o называют девиацией частоты. Величину М_ч = f_d/F_o называют индексом частотной модуляции. Для реализации преимуществ частотной модуляции, величину М_ч выбирают много больше единицы.

Аналогично, при фазовой модуляции по закону управляющего сигнала изменяется фаза несущего колебания. Поскольку фаза и частота взаимосвязаны (частота - производная от фазы, а фаза - интеграл от частоты), эти виды модуляции объединяют общим названием - угловая модуляция.

Спектры сигналов при частотной и фазовой модуляции имеют более сложный состав, чем при АМ, однако основные закономерности спектра - несущая и боковые полосы - сохраняются.

Ширина спектра ЧМ-сигнала составляет F_чм = 2М_ч·∆F_мак, где как и прежде ∆F_мак - полоса частот, занимаемая управляющим сигналом.

Так как М_ч > 1, спектр ЧМ-сигнала шире спектра АМ-сигнала. Поэтому, в частности, частотную модуляцию используют только в диапазоне ультракоротких волн, чтобы относительная ширина спектра не оказалась чрезмерно большой.

Частотная модуляция обладает большей помехоустойчивостью по сравнению с амплитудной. Это объясняется тем, что помехи на входе приемного устройства приводят, как правило, к случайному изменению амплитуды, т.е. искажают информационный параметр. При частотной модуляции влияние помех на амплитуду сигналов не приводит к изменению информационного параметра - частоты. Наибольшей помехоустойчивостью обладают фазо-модулированные сигналы, однако техническая реализация фазовых модуляторов наиболее сложна, кроме того, существует явление набега фазы, которое существенно снижает длительность синхронной работы устройств с фазовой модуляцией.

Для восстановления низкочастотного сигнала в приемном устройстве осуществляется обратное преобразование – демодуляция (детектирование).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: