Модуляция

Модуляцией называется процесс управления одним или несколькими параметрами колебаний высокой частоты в соответствии с законом передаваемого сообщения. Модуляцию можно также рассматривать как процесс наложения одного колебания на другое. Передаваемый сигнал называют модулирующим, управляемый высокочастотный - модулируемым. Частота модулирующего сигнала должна быть на один и более порядков ниже модулируемого.

Классифицировать методы модуляции можно по трем признакам в зависимости:

– от управляемого параметра высокочастотного сигнала: амплитудная (AM), частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ);

– числа ступеней модуляции: одно-, двух-, трехступенчатая;

– вида передаваемого сообщения – (аналогового, цифрового или импульсного) - непрерывная, со скачкообразным изменением управляемого параметра (такую модуляцию называют манипуляцией) и импульсная.

Описание модулированных сигналов возможно в рамках временного и спектрального методов. Для неискаженного приема модулированного сигнала полоса пропускания всех высокочастотных трактов радиопередатчика и радиоприемника должна быть равна или больше ширины спектра излучаемого сигнала. С другой стороны, спектр модулированного сигнала не должен выходить за выделенную данному каналу допустимую полосу излучения.

Излучения, лежащие за пределами выделенной полосой излучения, называются внеполосными. Их уровень не должен превышать определенной, строго нормируемой величины. В противном случае данный канал связи будет создавать помехи другим каналам.

При АМ в соответствии с законом передаваемого сообщения меняется амплитуда модулируемого сигнала. Поэтому при тестовом тональном модулирующем сигнале имеем для высокочастотного модулируемого сигнала: u(t)=U₀(l+mcosWt)cosw₀t,

где m=U_мод/U₀£1 - коэффициент амплитудной модуляции; w₀ - частота несущих колебании. График функции, который можно наблюдать на экране осциллографа

При любом способе амплитудной модуляции различают три основных режима работы: молчания (или несущей), максимальный и минимальный. При модуляции режим модулируемого ВЧ каскада непрерывно меняется. Максимальному режиму соответствует максимальное значение амплитуды колебаний, минимальному режиму - минимальное, в режиме молчания (U_мол) модуляция отсутствует.

Амплитуда ВЧ колебаний и мощность при тональной AM модуляции меняются по закону:

U_мод=U_мол(1+mcoswt); Р₁=Р_1мол(1+mcoswt)².

Мгновенные мощности ВЧ сигнала в трех режимах - молчания (Р_1мол), максимальном (Р_1макс, пиковом) и минимальном (Р_1мин) - связаны соотношениями: Р_1макс=Р_1мол(1+m)²; Р_1мин=Р_1мол(1–m)².

Кроме мгновенных, важна и средняя мощность ВЧ колебаний за период модулирующего сигнала Т:

.

Из трех последних формул при m=1 получим:

Р_1макс=4Р_1мол; Р_1мин=0; Р_1ср=1,5Р_1мол.

Пиковая мощность генератора при амплитудной модуляции в четыре раза превосходит мощность в режиме несущей (молчания).

Спектр AM колебания имеет вид:

u(t)=U₀cosw₀t+0,5mU₀cos(w₀–W)t+0,5mU₀cos(w₀+W)t,

из которого следует, что спектр колебания при амплитудной модуляции тональным сигналом состоит из трех составляющих с частотами: w₀ (совпадает с частотой несущей), w₀–W (нижняя боковая), w₀+W (верхняя боковая), мощности между которыми распределены в пропорции: 1:(0,5m²):(0,5m²).

Динамические характеристики при АМ: модуляционная m=Ф(U_W) (а) и модуляционно-частотная m=Ф(W) (б), где U_W, W - амплитуда и частота модулирующего сигнала.