Модуляция колебаний

Все сигналы, с которыми приходится иметь дело на практике, представляют собой колебания низкой частоты. При передаче речи и музыки - это сигналы примерно от до нескольких тысяч герц, при передаче телефонных знаков – еще ниже. Для излучения радиоволн необходимы высокие частоты, которые дают сильные токи смещения. Поэтому в радиотехнике для передачи энергии употребляют высокочастотные колебания, а колебания сигналов низкой частоты используют для управления этими колебаниями, или, как принято говорить, для их модуляции. На приемной станции из этих сложных колебаний вновь выделяют колебания низкой частоты. Этот процесс восстановления сигнала называется демодуляцией. Модуляцию колебаний можно производить, изменяя их амплитуду, частоту или фазу.

В нашем курсе мы остановимся только на амплитудной модуляции, применяемой наиболее часто. Пример этого типа модуляции изображен на рисунке.

Когда из студии радиостанции не производится передача, колебания тока в антенне имеют вид

.

При наличии сигнала (речь, музыка перед микрофоном и т.д.) эти колебания превращаются в более сложные

,

г де - модулирующая функция, зависящая от типа сигнала.

В простейшем случае, если ток в цепи микрофона изменяется по гармоническому закону (передача чисто музыкального тона, камертон), модулирующая функция имеет вид:

,

где - частота модуляции.

Тогда колебания тока в антенне будут

.

Так как , то это колебание можно рассматривать как гармоническое, имеющее амплитуду . Максимальное значение амплитуды будет , минимальное - .

Величина глубиной модуляции.

Из тригонометрии нам известно, что

.

Применяя это равенство для нашего случая, получим выражение для силы тока в антенне в виде:

.

Следовательно, моделированное колебание представляет собой три гармонических колебания, происходящих с частотами , , . Основная частота передатчика называется в радиотехнике несущей частотой. Дополнительные частоты и , возникающие при модуляции, называются соответственно верхней и нижней боковыми частотами.

Если сигнал представляет собой негармоническое колебание, то вместо одной частоты модуляции мы будем иметь много частот.

Для того, чтобы при демодуляции получить сигнал неискаженной формы, необходимо чтобы в приемник попали колебания всех частот, возникших при модуляции. Для этого нужно, чтобы настройка приемника охватывала, по возможности, все боковые частоты.

Излучение и прием электромагнитных волн.

В первые годы после изобретения радио с его помощью передавались только телеграфные сигналы на сравнительно небольшие расстояния. Теперь по радио передаются музыка, речь, фотоснимки, оно используется для телевидения и т.д.

Рассмотрим, как осуществляется простейшая радиосвязь.

В цепи микрофона возбуждаются колебания электрического тока, соответствующие действующим на него звуковым колебаниям. Генератор высокой частоты создает незатухающие колебания, которые модулируются передаваемыми звуковыми сигналами или точнее колебаниями электрического тока в цепи микрофона.

Схема радиосвязи и графики зависимости колебаний электрического тока на различных этапах радиосвязи показаны ниже.

Н а первом графике изображен передаваемый электрический сигнал. На втором – высокочастотные колебания передающего ге-нератора. Модулированные высокочастотные колебания изображены на третьем графике. Эти колебания излучаются передающей антенной в виде электромагнитных волн.

В приемной антенне под действием этих волн индуцируется переменная ЭДС модулированного сигнала.

Как видно из схемы, катушка приемной антенны индуктивно соединена с катушкой колебательного контура. Этот контур с помощью конденсатора переменной емкости настраивается в резонанс с радиопередатчиком и в нем возникают колебания, соответствующие колебаниям радиопередатчика.

Э ти колебания с помощью кристаллического детектора « » выпрямляются. Зависимость их от времени изображена на четвертом графике.

Отделение звуковых коле-баний от выпрямленных моду-лированных колебаний произ-водится с помощью конденсатора . Емкость этого конденсатора подбирается таким образом, чтобы его емкостное сопро-тивление было бы большим для звуковых частот и малым для высоких частот. Только тогда токи звуковых частот пройдут через телефон . Этот процесс изображен на пятом графике.