Общие сведения об амплитудной модуляции

В процессе изучения теории генератора нами использовалась модель сигнала в виде u(t)=Ucosωt. Такой сигнал обычно служит несущим колебанием, на которое в процессе модуляции или манипуляции наносится сигнал, содержащий информацию в исходной или предварительно преобразованной форме (цифровой, кодированной, шифрованной).

При амплитудной модуляции (АМ) в соответствии с информационным сигналом изменяется амплитуда несущего колебания. Для анализа свойств и особенностей АМ воспользуемся простейшей моделью информационного сигнала в форме моногармонического колебания косинусоидальной формы

u_Ω(t)= U_ΩcosΩt (7.1)

здесь предполагается, что ω >> Ω.

С учётом (7.1) колебание с АМ принимает вид

u(t)=U(1+mcosΩt)cosωt (7.2)

В этом выражении m – коэффициент амплитудной модуляции

(7.3)

k – крутизна характеристики амплитудного модулятора.

В соответствии с (7.2), картина амплитудно-модулированного колебания во времени представлена на рисунке 7.1а.

Рисунок 7.1 – Колебание с амплитудной модуляцией

 

На этом рисунке «m+» - коэффициент модуляции «вверх» от уровня несущей; «m-»- коэффициент модуляции «вниз» от уровня несущей. По величине этих параметров можно, в первом приближении, судить о наличии нелинейных искажений. Как правило, появлению нелинейных искажений соответствует неравенство m+ и m-.

Преобразуем (7.2) к следующему виду

u(t)= U cosωt + U mcosΩt·cosωt =

= U cosωt+ (7.4)

На основании (7.4) амплитудно-модулированное колебание представляет собой сумму трёх гармонических колебаний с постоянной амплитудой и частотой (для принятой модели информационного сигнала!). Спектр, соответствующий (7.4) представлен на рисунке 7.1б. Таким образом, амплитудно-модулированное колебание содержит исходную несущую частоту и две боковых частоты . При амплитудной модуляции сложным сигналом (например, речевым, музыкальным и т.п.), в спектре АМ образуются две боковых полосы частот, причём верхняя боковая по форме спектра повторяет спектр информационного сигнала, а нижняя имеет инверсную форму (рисунок 7.1в).

Согласно (7.2) максимальная амплитуда АМ колебаний Uмакс=U(1+m). Соответственно, мощность несущей и максимальную мощность можно определить следующим образом

(7.5)

Среднюю, за период модулирующего сигнала, мощность АМ колебаний можно определить как сумму мощностей несущей и двух боковых

(7.6)

При m = 1, P1макс = 4Р1; Р1ср = 1,5Р1.

Качественные показатели АМ колебаний определяются статическими и динамическими модуляционными характеристиками. Статические модуляционные характеристики (СМХ) снимаются без процесса модуляции и представляют собой зависимость параметров режима генератора от модулирующего напряжения на АЭ (Uу,Ек). В качестве примера на рисунке 7.2а представлены СМХ, снятые в функции от управляющего напряжения.

 

Рисунок 7.2 – Статические и динамические

модуляционные характеристики

 

Динамические модуляционные характеристики (ДМХ) представляют собой зависимость коэффициента модуляции m и параметров режима генератора от амплитуды информационного сигнала. Снимаются динамические характеристики непосредственно в процессе модуляции. Примеры ДМХ представлены на рисунке 7.2б.

 

 

Качественные показатели АМ определяются также амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ), которые снимаются в функции от частоты информационного сигнала F при m = 0,5 и 0,9. На рисунке 7.3 приводятся примеры АЧХ для коэффициента модуляции m и коэффициента гармоник Кг.

Рисунок 7.3 – Амплитудно-частотные характеристики

 

В качестве «опорной» частоты (Fo), относительно которой ведётся отсчет отклонения АЧХ, в радиовещательных передатчиках принимаются частоты 400 или 1000 Гц. Для коэффициента модуляции АЧХ снимается в децибеллах М[дб].

Амплитудная модуляция может быть осуществлена различными способами. В зависимости от того, в каком режиме по напряженности работает генератор, амплитуду колебаний можно менять с помощью напряжения возбуждения, коллекторного напряжения, напряжения смещения, сопротивления нагрузки. Однако на практике наибольшее применение нашли коллекторная (анодная, стоковая) модуляция и модуляция возбуждением, именуемая также усилением модулированных колебаний (УМК)