- •Министерство образования Республики Беларусь
- •Введение
- •1. Общие сведения о сигналах
- •1.1Основные типы сигналов
- •1.2. Периодические сигналы
- •1.3. Спектры периодических сигналов и необходимая ширина полосы частот
- •1.4. Спектр одиночного прямоугольного импульса
- •1.5. Преобразование непрерывных сообщений в дискретные сигналы
- •1.5.3. Квантование по времени и по уровню. При преобразовании аналоговой величины в код квантование осуществляется с заданными шагами как по времени, так и по уровню.
- •1.6 Модуляция. Основные понятия и определение
- •2 Непрерывная модуляция
- •2.1 Амплитудная модуляция
- •Подставив (2.2) в (2.5), получим
- •2.2 Частотная модуляция (чм)
- •Полная фаза модулированного колебания определяется в виде
- •2.3 Фазовая модуляция (фм)
- •Мгновенное значение частоты фм-колебания равно
- •2.4 Спектры сигнала с угловой модуляцией
- •2.5 Сравнение ам-, чм- и фм- сигналов
- •2.6 Одновременная модуляция по амплитуде и по частоте
- •3 Импульсная модуляция
- •3.1 Амплитудно-импульсная модуляция
- •3.2 Фазоимпульсная модуляция
- •3.3 Широтно-импульсная модуляция
- •4 Цифровая модуляция
- •4.1 Амплитудная манипуляция
- •4.2 Фазовая манипуляция
- •4.3 Частотная манипуляция
- •4.4 Квадратурная амплитудная модуляция
- •4.5 Двукратная модуляция
- •4.6 Спектры радиоимпульсов
- •5 Модуляторы и демодуляторы
- •5.1 Амплитудные модуляторы
- •5.2 Детекторы ам-сигналов
- •5.3 Модуляторы однополосного сигнала
- •5.4 Детекторы оам-сигнала
- •5.5 Частотные модуляторы
- •Точно так же для схемы на рисунке 5.16,б можно получить
- •5.6 Детекторы чм-сигналов
- •Дискриминатора со связанными контурами
- •5.7 Фазовые модуляторы
- •5.8 Фазовые детекторы (фд)
- •5.9 Амплитудно-импульсные модуляторы
- •Усилителе
- •5.10. Детекторы аим-сигналов
- •5.11. Широтно-импульсный модулятор
- •5.12 Демодуляторы шим-сигналов
- •5.12.2 Детектор шим на основе интегратора (рисунок 5.55)
- •5 1.13 Фазоимпульсные модуляторы
- •5.14 Детекторы фим-сигналов
- •5.15 Дискретный амплитудный модулятор
- •5.16. Детектор амп-сигналов
- •5.17. Модуляторы чмп-сигналов
- •5.17.1 Частотный модулятор с непосредственным воздействием на частоту колебаний (рисунок 5.61).
- •5.18 Демодуляторы чмп-сигналов
- •5.19 Модуляторы фмп-сигналов
- •5.20 Детекторы фмп-сигнала
- •5.21 Демодуляторы м-ичной амплитудной манипуляции
- •5.22 Демодуляторы м-ичной фозовой манипуляции.
- •5.23 Демодулятор квадратурной амптитудной манипуляции
- •5.24 Демодуляторы многопозиционной частотной манипуляции
2.5 Сравнение ам-, чм- и фм- сигналов
Сравним указанные виды модуляции по их двум основным характеристикам: средней за период высокой частоты мощности и ширине спектра.
Для АМ-сигналов средняя за период высокой частоты мощность изменяется, так как изменяется амплитуда сигнала. Эта мощность в максимальном режиме в (1+mАМ)2раз больше мощности молчания. Ширина спектра АМ сигнала зависит от величины максимальной частоты модуляции и равна 2max.
Для ЧМ-сигналов средняя за период высокой частоты мощность постоянна, так как амплитуда колебаний неизменна (Uω1=const). Ширина спектра ЧМ-сигнала, равна2ωg, зависит только от амплитуды модулирующего сигнала и не зависит от его частоты.
Для ФМ-колебаний средняя за период высокой частоты мощность также неизменна, ибо Uω1=const. Ширина спектра равна2m=2ωg, и зависит как от амплитуды модулирующего сигнала, так и от его частоты.
Таким образом, практическая ширина спектра колебаний с угловой модуляцией в mраз больше ширины спектра АМ-колебаний.
2.6 Одновременная модуляция по амплитуде и по частоте
В ряде случаев возникает необходимость в передаче двух сообщений с помощью одного носителя. Тогда одним сообщением носитель модулируют по частоте, а другим – по амплитуде. Наиболее простой по составу спектр сигнала с двойной модуляцией получится при гармоническом законе изменения, как частоты, так и амплитуды. Пусть по частоте носитель модулируется сообщением с частотой 1, а по амплитуде – с частотой2. Тогда частота и амплитуда носителя будут изменяться в соответствии с выражениями
, (2.38)
. (2.39)
Модулированное по частоте напряжение было получено выше при постоянной амплитуде Uω1(2.32). При изменении амплитуды в этом выражении следует заменить постоянную амплитудуUω1 изменяющейся в соответствии с (2.39). Тогда получим:
По сравнению с напряжением, модулированным только по частоте, здесь появляются дополнительные составляющие двух видов:
(2.40)
и
(2.41)
Чтобы яснее выявить спектральный состав сигнала, предположим сначала, что 1>>2, т.е. изменение амплитуды происходит значительно медленнее, чем изменение частоты. Тогда можно считать, что в спектре частотно-модулированного сигнала около несущего колебания с частотойω1и боковых составляющих с частотамиω1n1появилось дополнительно по два спутника с частотами, отличающимися на2. Спектр такого сигнала показан на рисунке 2.14.
Рисунок 2.14 – Спектр сигнала при одновременной модуляции
по частоте и амплитуде при 1>>2
Для систем телемеханики интерес представляет второй случай, а именно спектр сигнала при 1<<2. Тогда можно считать, что у каждой из трех спектральных линий АМ сигнала (несущей с частотойω1, нижней (ω1-2) и верхней (ω1+2) боковых составляющих) появились дополнительно по две боковые дискретные полосы: верхняя с частотами +n1и нижняя с частотами -n1. Спектр сигнала для этого случая двойной модуляции показан на рисунке 2.15.
Рисунок 2.15 – Спектр сигнала при одновременной модуляции
по частоте и амплитуде при 1<<2
Практически необходимая ширина спектра сигнала примерно равна сумме необходимых спектров только при амплитудной модуляции ωАМи только при частотной модуляцииωЧМ(рисунки 2.14, 2.15). При малом индексе частотной модуляции (mЧМ <1) необходимая ширина спектра сигнала лишь немногим больше, чем при амплитудной модуляции.