Преобразователи частоты (модуляторы)

Назначение  изменение электрического представления сигналов с целью наиболее эффективного использования линий связи при передаче информации.

Р ис.5.2Обозначения преобразователей частоты

Обозначения сигналов, подаваемых на модуляторы, следующие.

a(t)  модулирующий сигнал;

f(t)  модулируемый сигнал;

S(t)  модулированный сигнал.

Классификация и формы модулированных сигналов

Модулированные сигналы в зависимости от типа сигнала или несущего колебаний делятся на три класса .

1. Аналоговая модуляция.

2. Дискретная модуляция .

3. Импульсная модуляция .

В зависимости от того, какой параметр подвергают изменению при модуляции, они делятся на подклассы.

Аналоговая модуляция бывает:

 амплитудная (АМ) (рис.5.4);

 частотная (ЧМ);

 фазовая (ФМ).

Дискретная модуляция:

 дискретная аналоговая (ДАМ);

 дискретная частотная (ДЧМ);

 дискретная фазовая (ДФМ).

Для импульсной модуляции, переносчиком информации является последователь-ность импульсов со скважностью Q>>1.

Импульсная модуляция бывает следующих видов:

 амплитудно-импульсная (АИМ);

 широтно-импульсная (ШИМ), которая в свою очередь делится на: ШИМ1 и ШИМ2 (рис.5.3);

Рис.5.3Разновидности широтной модуляции ШИМ1 и ШИМ2

фазоимпульсная (ФИМ)или времяимпульсная (ВИМ).

ШИМ1  изменению подвергается только передний фронт (например, левый) импульса.

ШИМ2  изменению подвергаются оба фронта пропорционально.

Рис.5.4Формирование АМ сигнала

, (5.3)

Рис.5.5Формирование сигналов дискретной модуляции

Амплитудная модуляция

Нормируем сигнал a(t) таким образом сигнал, чтобы .

В качестве цели последующего анализа поставим перед собой расчет спектра амплитудно-модулированного сигнала.

Рис.5.7Спектр сигнала a(t)

Амплитудномодулированный сигнал можно записать в виде

.

Обозначим - спектр сигнала a(t) (рис.5.7).

Выполняя прямое интегральное преобразование Фурье, получаем

С учётом известного выражения (формула Эйлера)

а также заменяя интегралы дельта-функцией согласно формуле

,

окончательно получаем

. (5.4)

Формирование спектра сигнала АМ в соответствии с выражение (5.4) поясняется рис.5.8.

С учётом условия физической реализуемости спектр сигнала АМ будет иметь место только в области положительной полуоси частот. На рис.5.9 представлена структура спектра АМ сигнала, состоящего из двух основных составляющих: нижней боковой полосы частот (н.б.) и верхней боковой (в.б.).

Способы передачи ам сигналов

В промышленных телекоммуникационных системах (многоканальных системах передачи информации) применяются следующие способы передачи АМ сигналов [10].

1 способ. Передача 2-х боковых полос частот и несущего колебания (ДБП) (рис. 5.10 и 5.11)

Р ис.5.10Спектральные диаграммы формирования

сигнала ДБП с несущим колебанием

Основное достоинство этого метода заключается в простоте построения оборудования на передаче и приёме.

Основные недостатки:  в линию передаются мощности обеих боковых и несущее колебание ;

 ширина полосы линейного спектра равна .

Р ис.5.11Схема формирования сигнала ДБП с несущим колебанием

Р ис.5.12Спектральные диаграммы

формирования сигнала ОБП

Рис.5.13Схема формирования сигнала ОБП

2 способ. Одна боковая полоса частот (ОБП) (рис. 5.12 и 5.13).

Главное достоинство этого метода, которое обусловило его широкое применение в современных телекоммуникационных системах, заключается в том, что в линию передаётся только одна боковая полоса частот.

Недостаток – усложнение оборудования на передаче и приёме.

3-й способ. Одна боковая и несущая (рис. 5.14)

Рис.5.14Спектральные диаграммы формирования

сигнала ОБП с несущим колебанием

Достоинства:

1. Полоса частот достаточно мала ( ).

2. Нет необходимости формировать несущее колебание на приемнике.

Недостаток  несущее колебание перегружает устройства передачи.

По сложности реализации этот способ занимает промежуточное место между 1-м и 2-м способами.

4-й способ. Частичное подавление одной боковой полосы частот (рис. 5.15).

Используется, например, в телевидении, в телефаксах. Применение связано с тем, что сигнал, передающий изображение, имеет спектральные составляющие, близкие к нулевой частоте.

Этот способ в реализации достаточно сложен.

Главное достоинство заключается в том, что этот способ позволяет передавать сигналы с частотами, близкими к нулю.

Рис.5.15Спектральные диаграммы формирования

сигнала с частичным подавлением одной

боковой полосы частот