6.5 Часово - імпульсна модуляція

При часово-імпульсної модуляції модулюючий сигнал впливає на розміщення імпульсів передаючої послідовності в часі, але величина і довжина цих імпульсів залишаються постійними. В залежності від способу впливу розрізняють два види: фазоімпульсну (ФІМ) і частотно - імпульсну (ЧІМ) модуляцію. Різниця між ними подібна на різницю між фазовою і частотною модуляцією гармонійної несучої.

У випадку ФІМ зустрічаємось з впливом модулюючого сигналу на фазу (місце розміщення) імпульсів. Для випадку модуляції гармонічним сигналом добуток w_пt в формулі немодульованої послідовності імпульсів (6.39) замінюєм добутком w_п(t+t), де

t=kS_ocost, (6.57)

і значення миттєвої частоти повторюється і набуває вигляд

_п(t)= _п - _п kSosint, (6.58)

а період повторення

(6.59)

Підставляючи отримані значення в формулу (6.39); отримуємо

(6.60)

Вводячи нові позначення, в останній вираз зводимо до рівняння

. (6.61)

В останій формулі

А_ф - постійна складова промодульованої послідовності;

А_ф=V_oT/T_п (6.62)

В_ф(,t)- компонента спектру, що утворена передаючим повідомленням, яке передається,

В_ф(,t)= (6.63)

С_ф(,rw_п,t) - член безкінечної послідовності компонент, частоти яких кратні частоті повторення w_п, разом з оточуючим компоненту спектром, який має нескінчене число складових з частотами (r_п  k);

(6.64)

Приведені формули часто записуються з використанням позначень:

девіації імпульсів

t_офім=kS₀; (6.65)

індексу часово - імпульсної модуляції

_фім=kS_о_п=t_о_п; (6.66)

девіації частоти повторення

п_{0 фiм}=kS_o_п=. (6.67)

На відміну від раніше розглянутих випадків імпульсної модуляції, на цей раз утворення передаючим повідомленням складова В_ф(,t) є лінійною функцією від , а отже, її виділення фільтром нижніх частот супроводжувалось пониженням низьких і підвищенням високих частот повідомлення. Крім цього, рівнь виділеного сигналу виявляється в крайньому разі в 10 раз нижче рівня сигналу, що отримується у випадку АІМ. Все це веде до того, що демодуляція ФІМ шляхом виділення повідомлення фільтром нижніх частот на практиці ніколи не використовується. Для відновлення повідомлення у випадку ФІМ на приймальному кінці приймається попереднє перетворення модуляції прийнятої послідовності імпульсів в АІМ або ШІМ, і тільки після цього йде демодуляція сигналу. тобто виділяється із нього повідомлення.

Аналогічно випадку ШІМ у випадку ФІМ розрізняють модуляцію першого роду (ФІМ - 1) і другого роду (ФІМ - 2). У випадку ФІМ - 1 часовий зсув імпульсу визначається значенням модулюючої функції в момент появи імпульса. При ФИМ - 2 часовий зсув імпульсів пропорційний миттєвим значенням модулюючої напруги в тактових точках.

У випадку ЧІМ по закону модулюючого сигналу змінюється безпосередньо кутова частота повторення імпульсів w_п. Тут так само, як і при ФІМ, імпульси послідовності зсуваються відносно своїх почакових положень; однак, це відбувається за іншим законом, а саме кут вектора коливання визначається у вигляді інтеграла миттєвої кутової частоти. Виходячи з виразу для немодулюючої послідовності імпульсів (6.39) і вважаючи, що вона модульована синусоїдальним сигналом, отримуємо

(6.68)

Вводячи нове позначення, записуємо

a_чiм(t)=A_ч+В_ч(,t)+ _ч+(, r_п, t). (6.69)

В останній формулі

А_ч - постійна складова промодульованої послідовності;

А_ч=U_o/T_п ; (6.70)

В_ч(,t)- компонента спектру, що утворена передаючим повідомленням;

В_ч(,t)= ; (6.71)

С_ч(, rw_п, t) член такої ж послідовності, як С_ф(, rw_п, t);

C_ч

(6.72)

В цьому випадку складова спектру В_ч(,t) пропорційна модулюючому сигналу, і тому можлива демодуляція методом виділення цієї компоненти фільтром нижчих частот. Вихідна напруга при цьому методі модуляції здається дещовеликою, ніж при ФІМ, але меншою ніж АІМ.

Другий спосіб демодуляції базується на виділенні зі спектру ЧІМ однієї з гармонік частоти повторення з боковими складовими. Смуга фільтра вибирається так, щоб через фільтр проходило значне число бокових коливаннь частоти rw_п. Подальша обробка такого коливання зводиться до амплітудного обмеження і детектирування за допомогою частотного дискримінатора. Отриманий таким чином низькочастотний сигнал в подальшому підсилюється.

Поєднюючи обидва методи часово - імпульсної модуляції, отримуємо картину, аналогічну випадку кутовой модуляції. Для ФІМ маємо справу з незалежною від частоти модулюючого сигналу і пропорційною її амплітуді дівіацією імпульсів t_о або величиною часового зсуву. У випадку ЧІМ незалежною від частоти модулюючого сигналу і пропорційною її амплітуді є девіація кутової частоти повторення

п_очiм=kS_о , (6.73)

а девіація імпульсів зменшується із збільшенням частоти модулюючого сигналу

t_oчiм = kS_o/_п = _п . (6.74)

Індекс модуляції для ЧІМ має вигляд

_чiм= kS_o/=t_o_п (6.75)

Із останніх співвідношень випливає, що ЧІМ найкраще використовувати для передачі низьких модулюючих частот. Чим вище значення низької частоти спектру передаючого сигналу, тим менша бажана девіація імпульсу t_o і тим більше каналів можна реалізувати в системі ЧІМ.

Основною перевагою часово - імпульсної модуляції є її відносно високий завадозахист.