Амплитудно-импульсная манипуляция

В радиотехнике применяют разнообразные виды импульсной модуляции. Импульсная модуляция осуществляется в два этапа.

Первый этап.

В качестве несущего колебания используется периодическая последовательность импульсов, обычно прямоугольных.

Несущее колебание:

,

где r(t) описывает один импульс на интервале

.

При этом информационный сигнал s(t) является модулирующим сигналом. В результате воздействия сигнала s(t) на один из параметров несущего сигнала образуются видеосигналы с импульсной модуляцией.

Второй этап.

Видеосигналы с импульсной модуляцией являются модулирующими сигналами, а в качестве несущего используется гармоническое колебание. В результате получаются радиоимпульсы с импульсной модуляцией.

Импульсная модуляция позволяет осуществить временное разделение каналов радиосвязи, т. е. интервалы между соседними импульсами обычно используются для передачи импульсов других каналов.

Виды импульсной модуляции

Далее показаны графики нескольких видов модуляции: АИМ – амплитудно-импульсная модуляция, ШИМ – широтно-импульсная модуляция, ФИМ – фазоимпульсная модуляция, ЧИМ – частотно-импульсная модуляция.

Как видно из графиков, при АИМ меняется амплитуда импульсов, при ШИМ меняется ширина импульсов, при ФИМ меняется фаза импульсов (это выражается в том, что импульсы смещаются относительно тактовых точек), при ЧИМ изменяется частота следования импульсов.

Огибающая изменяется по закону

,

в нашем случае

,

где – коэффициент модуляции.

Амплитудная импульсная модуляция

Для изучения основных особенностей импульсной модуляции в качестве примера возьмем сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ).

.

Как простейший случай рассмотрим тональную амплитудную импульсную модуляцию (ТАИМ):

.

Определим спектр сигнала. Для этого необходимо несущее колебание разложить в ряд Фурье:

.

Чтобы определить спектр, нужно найти сумму гармонических колебаний:

Эта формула является спектральным представлением АИМ сигнала. На основе этого выражения построим амплитудный спектр сигнала:

В данном случае .

Из графика видно, что в результате АИМ около каждой гармоники с частотой спектра немодулированной импульсной последовательности появляются две боковые составляющие на частотахи. Кроме того, имеется составляющая с частотой модуляции– это полезная составляющая. Спектр данного сигнала бесконечен, но на практике ширину спектра принимают равной ширине первого лепестка.

.

Это достаточно широкая полоса, для сравнения возьмем амплитудную модуляцию (АМ):

,

т. е. – это широкополосный сигнал, который занимает значительно более широкую полосу, чем модулирующий сигнал.

Отметим, что при АИМ ширина спектра определяется только длительностью импульса. Поскольку при импульсной модуляции спектр сосредоточен в области низких частот, то для передачи сообщения по радиоканалу необходимо сместить этот спектр в область высоких частот. Это осуществляется посредством вторичной модуляции (см. выше второй этап). При вторичной модуляции АИМ сигнал является модулирующим, а гармонический сигнал – несущей. В результате получается радиосигнал АИМ.

.

На следующих графиках показан процесс модуляции высокочастотного колебания сигналом АИМ.

Сигнал АИМ

Несущее гармоническое колебание

Конечный результат

Ширина спектра сигнала АИМ при модуляции высокой частоты удваивается:

.

На следующем графике показан спектр сигнала ТАИМ.

Из графика видно, что спектр сигнала АИМ смещается в область высокой частоты . Спектр симметричен относительно несущей частоты. Сигнал ТАИМ относится к широкополосным сигналам.

Выводы

1.	Модуляция – это процесс изменения одного из параметров высокочастотного колебания под воздействием низкочастотного сигнала, отображающего передаваемое сообщение.
2.	При амплитудной модуляции (АМ) по закону передаваемого сообщения изменяется амплитуда несущего колебания.
3.	При тональной амплитудной модуляции спектр сигнала состоит из трех гармонических сигналов.
4.	При передаче АМ - сигнала основная мощность передатчика расходуется на передачу несущего колебания, которое не несет никакой информации, а для передачи сообщения используется только малая мощность передатчика.
5.	Радиоимпульс – это высокочастотное колебание конечной длительностью, огибающая которого является видеоимпульсом. Радиоимпульс можно считать разновидностью АМ - сигналов.
6.	Угловая модуляция – это такой вид модуляции, когда модулирующий сигнал воздействует на фазовый угол несущего колебания, а амплитуда остается постоянной.
7.	Различают два вида угловой модуляции: фазовую модуляцию (ФМ) и частотную модуляцию (ЧМ).
8.	При фазовой модуляции модулируемый сигнал воздействует непосредственно на начальную фазу ВЧ – колебания.
9.	При частотной модуляции мгновенная частота колебаний изменяется по закону модулирующего сигнала.
10.	При частотной модуляции и фазовой модуляции изменяются мгновенная частота и начальная фаза сигнала.