Наши партнеры ArtmMisto
Модуляція коливань, повільне в порівнянні з періодом коливань зміна амплітуди, частоти або фази коливань за певним законом. Відповідно різняться амплітудна модуляція, частотна модуляція і фазова модуляція (рис. 1). При будь-якому способі М. к. Швидкість зміни амплітуди, частоти або фази повинна бути досить малою, щоб за період коливання модульований параметр майже не змінився.
М. к. Застосовується для передачі інформації за допомогою електромагнітних хвиль радіо-або оптичних діапазонів. Переносником сигналу в цьому випадку є синусоїдальні електричні коливання високої частоти w (несуча частота). Амплітуда, частота, або фаза цих коливань, а в разі світла і поляризація, модулюються переданим сигналом (див. модуляція світла ).
У найпростішому випадку модуляції амплітуди А синусоїдальним сигналом модульоване коливання, зображене на рис. 2, може бути записано у вигляді:
х = А 0 (1 + m sin W t) sin (w t + j). (1)
Тут A 0 і w - амплітуда і частота вихідного коливання, W - частота модуляції, а величина m, називається глибиною модуляції, характеризує ступінь зміни амплітуди:
Частота модуляції W характеризує швидкість зміни амплітуди коливань. Ця частота повинна бути в багато разів менше, ніж несуча частота w. Модульоване коливання вже не є синусоїдальним. Амплітудно-модульоване коливання являє собою суму трьох синусоїдальних коливань з частотами w, w + W і w - W. Коливання частоти w називається (в радіотехніці) несе. Його амплітуда дорівнює амплітуді вихідного коливання А 0. Дві інші частоти називаються бічними частотами, або супутниками. Амплітуда кожного супутника дорівнює mА 0/2.
Т. о., Будь-яка передає радіостанція, що працює в режимі амплітудної модуляції, випромінює не одну частоту, а цілий набір (спектр) частот. У найпростішому випадку М. к. Синусоїдальним сигналом цей спектр містить лише три складові - несучу і дві бічні. Якщо ж модулюючий сигнал не синусоїдальну характеристику, а більш складний, то замість двох бічних частот в модульованому коливанні будуть дві бічні смуги, частотний склад яких визначається частотним складом модулюючого сигналу. Тому кожна станція передачі займає в ефірі певний частотний інтервал. Щоб уникнути перешкод несучі частоти різних станцій повинні відстояти один від одного на відстані, більшій, ніж сума бічних смуг. Ширина бічної смуги залежить від характеру переданого сигналу: для радіомовлення - 10 кГц, для телебачення - 6 Мгц. Виходячи з цих величин, вибирають інтервал між несучими частотами різних станцій. Для отримання амплітудно-модульованого коливання коливання несучої частоти w і модулюючий сигнал частоти W подають на спеціальний пристрій - модулятор .
У разі частотної модуляції синусоїдальним сигналом частота коливань змінюється за законом:
w = w0 + Dw cos W t, (3)
де cos W t - модулюючий сигнал, Dw - т. зв. девіація частоти. При частотної модуляції смуга частот модульованого коливання залежить від величини b = Dw / W, званої індексом частотної модуляції. При b << 1 справедливо наближене співвідношення:
х »А 0 (sin w t + b sin W t cos wt). (4)
В цьому випадку частотно-модульоване коливання, так само як і амплітудно-модульоване, складається з несучої частоти w і двох супутників з частотами w + W і w - W. Тому при малих b смуги частот, займані амплітудно-модульованим і частотно-модульованим сигналами , однакові. При великих індексах b спектр бічних частот значно збільшується. Крім коливань з частотами w ± W, з'являються коливання, частоти яких дорівнюють w ± 2 W, w ± 3 W і т. Д. Повна ширина смуги частот, яку займає частотно-модульованим коливанням з девіацією Dw і частотою модуляції W (з точністю, достатньою для практичних цілей), може вважатися рівною 2 Dw + 2 W. Ця смуга завжди ширше, ніж при амплітудної модуляції.
Перевагою частотної модуляції перед амплітудної в техніці зв'язку є велика стійкість перед перешкодами. Це якість частотної модуляції проявляється при b >> 1, т. Е. Коли смуга частот, яку займає частотно-модульованим сигналом, у багато разів більше 2 W. Тому частотно-модульовані коливання застосовуються для високоякісної передачі сигналів в діапазоні ультракоротких хвиль (УKB), де на кожну радіостанцію виділена смуга частот, в 15-20 разів більша, ніж в діапазоні довгих, середніх і коротких хвиль, на яких працюють радіостанції з амплітудною модуляцією. Частотна модуляція застосовується також для передачі звукового супроводу телевізійних програм. Частотно-модульовані коливання можуть бути отримані зміною частоти задає (Див. радіопередавач ).
У разі фазової модуляції модульоване коливання має вигляд:
х = А 0 sin (w0 t + Dj cos W t). (5)
Якщо модулюючий сигнал синусоїдальний, то форма модульованих коливань і їх спектральний склад для частотної та фазової модуляції однакові. У разі несинусоидального модулюючого сигналу ця різниця чітко виражено.
У багатоканальних системах зв'язку в якості переносника інформації використовується не гармонійнеколивання, а періодична послідовність радіоімпульсів, кожен з яких представляє собою цуг коливань високої частоти (рис. 3). Періодична послідовність таких імпульсів визначається чотирма основними параметрами: амплітудою, частотою проходження, тривалістю (шириною) і фазою. Відповідно до цього можливі чотири типи імпульсної модуляції: амплітудно-імпульсна, частотно-імпульсна, широтно-імпульсна, фазово-імпульсна (рис. 4). Імпульсна модуляція має підвищену завадостійкістю в порівнянні з модуляцією безперервної синусоїдальної несучої, зате смуга частот, яку займає передавальної радіостанцією з імпульсною модуляцією, у багато разів ширше, ніж при амплітудної модуляції (див. імпульсна модуляція , Імпульсний радіозв'язок ).
Літ .: Харкевич А. А., Основи радіотехніки, ч. 1, М., 1962; Гольдман С., Гармонійний аналіз, модуляція і шуми, пер. (Переведення) з англ. (Англійський), М., 1951; Ритов С. М., Модульовані коливання і хвилі, «Тр. Фізичного інституту АН (Академія наук) СРСР », 1940, т. 2, ст. 1.
В. Н. Паригін.
Мал. 1. Схематичне зображення модульованих коливань: а - немодульоване коливання; б - модулюючий сигнал; в - амплітудно-модульоване коливання; г - частотно-модульоване коливання; д - фазово-модульоване коливання.
Мал. 4. Різні види імпульсної модуляції: а - немодульованою послідовність радіоімпульсів; б - переданий сигнал; в - амплітудно-імпульсна модуляція; г - частотно-імпульсна модуляція; д - широтно-імпульсна модуляція; е - фазово-імпульсна модуляція.
Мал. 3. Радіоімпульс.
Мал. 2. Амплітудна модуляція синусоїдальним сигналом, w - несуча частота, W - частота модулирующих коливань, Амакс і Амін - максимальне і мінімальне значення амплітуди.
