Частотная и фазовая модуляция.

Модуляция радиосигналов

Краткое содержание: Модуляцией называется процесс переноса спектра сигнала из области низких частот в область высоких частот. При модуляции осуществляется управление информационным параметром несущего высокочастотного сигнала. Если несущее колебание –гармонический сигнал, то имеет место модуляция, если же гармоническая несущая модулируется импульсным сигналом, то имеет место частный случай модуляции – манипуляция, если несущее колебание – импульсный сигнал, то имеет место импульсная модуляция. Различают амплитудную, частотную и фазовую модуляции.

Манипуляция также бывает амплитудная, частотная и фазовая. Импульсная модуляция бывает:

АИМ – Графики начертить самостоятельно.

ЧИМ -

ФИМ –

Амплитудной модуляцией называют такой процесс при котором по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда несущей.

Рис.1. График гармонического колебания

Рис.2. Временные диаграммы при амплитудной модуляции:

а – модулирующий сигнал; б – радиочастотное колебание;

в – амплитуднл-модулированный радиосигнал

Математическая форма АМ-сигнала:

U_АМ (t) = (Umн+ а_АМUmм sinΩt) * sinwt;

После математических преобразований получаем уравнение:

U_АМ (t) = Umн sinwt +m Um/2cos(w+Ω)t - m Um/2cos(w-Ω)t, где m – коэффициент амплитудной модуляции, m = а_АМUmм/≥ Umн.

Отсюда видно, что в спектре АМ-сигнала содержатся 2 боковые составляющие, ширина спектра АМ-сигнала равна удвоенной частоте модулирующего сигнала. Частота (w+Ω) называется верхней боковой частотой, а частота (w-Ω) – нижней боковой. Если модуляция отсутствует - m =0, при модуляции должно соблюдаться условие: а_АМUmм≤ Umн. При невыполнении этого условия происходит перемодуляция, т.е. искажение сообщений, передаваемых с помощью АМ-сигнала. Обычно на практике для передачи сигнала без искажений m = 0,5.

При передаче сообщений АМ-сигналом передаваемая информация содержится в боковых составляющих,

несущая полезную информацию не содержит, но для ее передачи затрачивается большая часть энергии, 66,6%, а на передачу боковых только 33,3%. В двух боковых составляющих содержится абсолютно одинаковая информация, поэтому используют способ передачи с помощью одной боковой полосы (ОБП).

Частотная и фазовая модуляция.

ЧМ и ФМ являются угловыми видами модуляции. Частотная модуляция – это управление частотой несущего колебания по закону модулирующего сигнала. Уравнение ЧМ-сигнала:

U_ЧМ (t) = Umн(coswt +MsinΩt +φ₀), где M – индекс частотной модуляции, φ₀ – начальная фаза ЧМ- сигнала. Здесь М = ∆ω ⁄Ω, а ∆ω -отклонение частоты несущей при модуляции, называется девиацией

частоты. Если М< 1 - ЧМ называется узкополосной, если М> 3 - ЧМ называется широкополосной.

Начертиь временные диаграммы самостоятельно.

При фазовой модуляции по закону модулирующего сигнала меняется фаза несущей.

Уравнение ФМ-сигнала:

U_ФМ (t) = Umн(coswt +∆φ_фм sinΩt +φ₀), где ∆φ_фм – индекс фазовой модуляции.

Важно знать, что при частотной модуляции меняется фаза сигнала, а при фазовой – его частота. В системах передачи аналоговой информации фазовую модуляцию не применяют, т. к. на фазу сигнала влияет гораздо больше факторов, чем на частоту. Такие факторы, как: взаимное перемещение передатчика и приемника, постоянно меняющаяся задержка сигнала при распространении в пространстве, задержка в электрических цепях. Кроме этого для выделения в приемнике сигнала информации с наименьшими искажениями необходимо точно знать начальную фазу сообщения. Частотная модуляция применяется широко, т.к. частота самый устойчивый параметр сигнала.

Импульсная модуляция.

При импульсной модуляции в соответствии с модулирующим сигналом изменяется один из параметров импульсной несущей: амплитуда - АИМ, частота следования импульсов – ЧИМ и т.д. Начертить временные диаграммы ФИМ, ШИМ, ВИМ, ИКМ.

Контрольные вопросы:

1. Что называют амплитудной модуляцией?

2. Чему равен спектр АМ-сигнала?

3. Причина возникновения перемодуляции?

4. Что такое девиация частоты?

5. Как зависит спектр ЧМ-сигнала от индекса частотной модуляции?

Задание на СРС:

1.Начертить в масштабе временные и спектральные диаграммы сигналов, описанных уравнениями:

U_м (t) = 3cos628t,

Uн(t) = 10cos6,28*10 ⁴ t,

2. Вывести уравнение АМ-сигнала и начертить временные и спектральные диаграммы [1, стр. 43-58].

3. Реферат на тему импульсно-кодовая модуляция.

Задание на СРСП:

1. Построить спектр ЧМ сигнала с М = 4

Глоссарий

Рус.яз.	Каз.яз.	Англ.яз.
Модуляция	Модуляция	Modulation
Амплитудная	Амплитудалық	Peak
Частотная	Жіиліктік	Frequency
Фазовая	Фазалық	Phase
Импульсная	Импульстік	Pulse
Широтная	Кеңдік
Импульсно-кодовая	Импульсті-кодалық	Pulse code