Модуляция на гармоническом переносчике

В качестве несущего колебания частот используют гармонические колебания вида:

u(t) = A(t) cos[ω(t)t + φ(t)]. (4.1)

В этом колебании переменной, как правило, может быть только одна величина – амплитуда A(t), частота ω(t) или фазы φ(t), две других величины (в простейших видах модуляции) должны оставаться неизменными. В зависимости от переменного параметра, выбранного для передачи информационного сигнала различают: амплитудную модуляцию (АМ) u(t) = A(t)cos(ω₀t + l₀), частотную (ЧМ) u(t) = A₀ cos[ω(t)t + φ₀] и фазовую (ФМ) u(t) = A₀ cos[ω₀t + φ(t)]. Следует отметить, что частотный и фазовый параметры гармонического колебания входят в состав более общего представления несущего колебания – u(t) = A₀ cos Ψ(t)

Модулированное по амплитуде колебание:

S(t) = A₀[1 + m x(t)]cos ω₀t

Теперь амплитуда модулированного колебания будет изменяться по закону передаваемого информационного сигнала x(t). Временное изображение АМ сигнала представлено на рис

Глубину модуляции можно измерить по максимальному и минимальному отклонениям амплитуды:

.

Несущее колебание на частоте ω₀ имеет амплитуды А₀, боковые составляющие равны А₀m/2 и при m = 1 (100%), составляют А₀/2. Несущее колебание имеет максимальную амплитуду, однако, не несет никакой полезной информации, поэтому в некоторых системах связи (при априори точном известном положении по оси частот сигнала несущей, что позволяет ее всегда восстановить на приемном конце) для экономии излучаемой энергии несущую можно не передавать - это системы с балансной модуляцией - БМ (несущая необходима только при детектировании в качестве опорного колебания, относительно которого отсчитывают частоты боковых составляющих, поэтому в БМ несущую восстанавливают в приемнике по небольшому пилот-сигналу или известному кварцевому значению несущей). Для экономии энергии излучения и снижения занимаемой полосы частот можно передавать только одну боковую полосу - такая модуляция называется амплитудной модуляцией с одной боковой полосой АМ с ОБП.
Амплитудная модуляция осуществляется в пределах схемы с нелинейными элементами (диоды, транзисторы с рабочей точкой на нелинейном участке характеристики), так как только с помощью нелинейного преобразования можно получить сигналы новых частот (или осуществить функцию перемножения двух сигналов, в результате чего образуются сигналы новых частот). Демодуляция должна проводиться тоже только на нелинейном элементе для получения (выделения) низкочастотной (модулирующей) составляющей АМ сигнала. Фильтрация низкочастной части спектра демодулированного сигнала фильтром низкой частоты выделяет информационный сигнал от высокочастотных компонент АМ сигнала.

Рассмотрим особенности угловой модуляции. Несущее колебание может передавать информационный сигнал изменением частоты или фазы несущего колебания:

S(t) = A₀ cos Ψ(t) = A₀ cos [ω(t)×t + φ(t)]. (4.4)

Изменение фазы связано с изменением частоты через зависимость:

При исследовании частотной модуляции ω(t) для упрощения записи положи фазу φ(t) = 0. По аналогии с АМ изменение частоты:

ω(t) = ω₀[1 + m_ωx(t)], (4.7)

здесь ω₀ – основное (исходное значение частоты несущего колебания;

m_ω = ∆ω₀/ω₀;

∆ω – отклонение частоты (девиация частоты).

Временные графики ЧМ при модуляции гармоническим сигналом

представлены на рис

Фазомодулированный сигнал (ФМ)

S(t) = A₀ sin [ω₀t + φ(t)], (4.13)

у которого сдвиг фазы (по отношению с cos ω₀t) изменяется от начального значения φ₀ пропорционально модулирующему колебанию x(t):

φ(t) = φ₀ + ax(t).

Теперь модулированный ФМ сигнал:

S(t) = A₀ cos [ω₀t + φ₀ + ax(t)].

ЧМ модуляция осуществляется изменением частоты автогенератора с помощью электронного конденсатора-варикапа (variable capacitor - переменная емкость) полупроводникового прибора с управляемой внешним напряжением емкостью p-n перехода.

ФМ модуляция осуществляется применением варикапа в контуре, расстроенном относительно частоты внешнего генератора, при этом изменение фазовой характеристики обусловлено установлением рабочей частоты на скате частотной характеристики колебательного контура.

Поиск по сайту: