Угловая модуляция

Принципы, лежащие в основе угловой модуляции, были выдви­нуты еще в прошлом столетии (1862 г.) Гельмгольцем задолго до развития радиотехники. Однако впервые она была применена в радиосвязи в 1912 г. для телеграфной манипуляции передатчи­ков путем изменения их частоты. Первые схемы частотных моду­ляторов с электронными лампами относятся к 1921 г. (Г. А. Зейт-ленок и Е. И. Каменский). В своих работах в 1936—1938 гг. В. И. Сифоров и В. Б. Пестряков исследовали влияние помех при приеме частотно-модулированных (ЧМ) колебаний и показали преимущества этой системы модуляции.

Благодаря высокой помехоустойчивости, малым искажениям, экономичности радиопередатчиков принципы угловой модуляции завоевали широкие области применения. Частотная модуляция (ЧМ)— основной метод модуляции в радиорелейных линиях, пред­назначенных для многоканальной телефонии и телевидения. Угло­вая модуляция используется в настоящее время в радиорелейной связи, радиотелеграфии, радиолокации, в радиовещании и телеви­дении, в измерительной и ядерной технике.

Одной из разновидностей угловой модуляции является фазо­вая модуляция (ФМ). При ФМ модулирующий сигнал воз­действует на начальную фазу несущего колебания. Начальная

фаза несущего колебания становится переменной величиной и ме­няется по закону модулирующего сигнала:

где ψ_H0 — постоянная, равная неизменной части начальной фазы;

F(t) —модуляционная функция.

Аналитически фазо-модулированные (ФМ) колебания в об­щем случае описываются выражением

где амплитуда неизменна, а фазовый угол изменяется во времени. Частота ω_H и здесь называется несущей частотой. Величина θ(t) представляет полную (текущую) фазу.

При гармонической (однотональной) модуляции, когда ,

для ФМ колебания получаем

Величина m _ψ = Δψ выражает максимальное отклонение фазы при модуляции и называется фазовым отклонением, девиа­цией фазы или индексом фазовой модуляции.

Другой разновидностью угловой модуляции является частот­ная модуляция (ЧМ). При ЧМ модулирующий сигнал воз­действует на частоту несущего колебания. В случае ЧМ изменение мгновенной частоты высокочастотного колебания повторяет закон изменения модулирующего сигнала:

где ω(t)—мгновенная угловая частота несущего колебания.

Угловая частота в общем случае есть скорость изменения пол­ной ( текущей) фазы, т, е.

В частном случае, когда θ(t) = ω_Ht + ψ_H,

ω (t) = ω_H = const.

С другой стороны, полная фаза через мгновенную частоту может быть определена как

Таким образом, аналитическое выражение ЧМ колебаний в общем случае принимает вид'

При гармонической ( однотональной) модуляции, когда

для ЧМ колебания получаем

Сравним общие выражения для ФМ (15.48) и ЧМ (15.54) ко­лебаний. В обоих случаях физическая сущность явления анало­гична: фаза колебания изменяется, однако соотношение между фазовым углом и модулирующим сигналом различно.

Действительно, при ФМ фазовый угол φ(t) пропорционален модулирующему сигналу:

.

а соответствующая мгновенная частота

пропорциональна производной сигнала.

В случае же ЧМ мгновенная частота

пропорциональна модулирующему сигналу, а начальная фаза про­порциональна его интегралу:

Указанные особенности важны при применении ФМ и ЧМ. Па-пример, если колебание модулируется по фазе сигналом, предва­рительно прошедшим через интегрирующую цепь, то получается колебание, модулированное по частоте исходным сигналом. Таким способом, в частности, с помощью ФМ формируют ЧМ⁴ колебания.

При угловой модуляции амплитуда ФМ и ЧМ колебаний остается неизменной. Это повышает экономичность радиопередат­чиков за счет более полного использования их мощности. Кроме того, вследствие неизменности амплитуды ФМ и ЧМ сигналы бо­лее помехоустойчивы.