4.7 Получение модулированных сигналов

В теории связи мы говорим о «каналах» связи, т.е. о способе передачи информации.

Радиочастотный канал связи охватывает спектр электромагнитных колебаний:

- область очень низких частот (НЧ) – кГц,

• область «коротких волн» (ВЧ) – от единиц МГц до десятков МГц,

• область высоких частот (СВЧ) – десятки МГц,

- (УВЧ) – сотни МГц,

• микроволны – с 1ГГц.

Сигнал, содержащий речь, переносится радиочастотным каналом благодаря тому, что он модулирует несущую частоту радиодиапазона. Модуляцией в общем случае называется изменение по заданному закону параметров какого-либо регулярного физического процесса. В радиотехнике модуляция чаще всего применяется для переноса спектра сигнала.

Применение модуляции в системах связи диктуется:

1. необходимостью сопряжения частотных свойств сигнала и линии передачи: при передаче информации в ее естественной полосе радиоволнами с низкими частотами любые два сигнала стали бы перекрываться и служить помехой друг другу;

2. кодируя информацию несущими частотами, находящимися в разных частях спектра, мы получаем сигналы на разных частотах и таким образом устанавливаем одновременно много каналов связи;

3. одни длины волн более пригодны для генерации и распространения, другие менее:

например:

• сигналы ВЧ от 5 до 30МГц обходят Землю вокруг за счет многократных отражений от ионосферы, поэтому используются для связи за линией горизонта;

• сигналы микроволновой области - это узкие направленные пучки сигналов, формирующиеся с помощью антенн умеренных размеров, поэтому используются с ретрансляторами в пределах прямой видимости и в радиолокации.

4. метод модуляции можно выбрать таким образом, чтобы свести к минимуму влияние различных помех и искажений, возникающих в передающей среде.

Модуляцию несущего сигнала можно осуществлять несколькими путями. Все методы имеют общее свойство, а именно модулированный сигнал занимает полосу частот, по крайней мере, сравнимую с полосой модулирующего сигнала, т.е. с полосой посылаемой информации.

Высокая точность воспроизведения при передаче звука получается при полосе не менее 20-40 кГц безотносительно к несущей частоте. Телеграфная связь занимает ~ 50-100кГц. Передача телевизионного изображения ~ несколько Мгц. Немодулированный сигнал имеет нулевую ширину полосы и не передает информацию. Следует отметить, что передача информации с помощью модулированного сигнала возможна при достаточно высоком отношении сигнал/шум (S/N).

Итак, процесс модуляции требует участия, по крайней мере, двух величин. Одна из них содержит всю передаваемую информацию и называется модулирующим сигналом, вторая представляет собой высокочастотноенесущееколебание, которое модулируется посредством изменения одного или нескольких параметров. В подавляющем большинстве случаев в качестве несущей используется синусоидальное колебание, имеющее три параметра –амплитуду, частоту и фазу. В зависимости от изменяемого параметра различают три основных вида модуляции –амплитудную, частотную и фазовую.

4.7.1 Принцип работы амплитудного модулятора

Амплитудная модуляция – простейшая форма модуляции, если обращать внимание на частотный спектр и способ модуляции.

Амплитудным модулятором называется устройство, создающее на выходе сигнал вида:

(4.20)

где – «индекс модуляции» ≤1 (глубина модуляции) и при подаче на входные цепи гармонического высокочастотного несущего колебанияи низкочастотного модулирующего сигнала.

Раскрыв произведение в (4.20) получим

(4.21)

-спектральное представление сигнала

амплитудного модулятора

Несущее колебание никакой информации не несет, и наличие его в модулированном сигнале невыгодно. Для более эффективного использования мощности передатчика используют амплитудную модуляцию с подавлением несущей, так называемую балансную модуляцию (БМ).

-метод балансной модуляции с двумя боковыми полосами и подавлением несущей (DSBSC)

(4.22)

-метод с одной боковой полосой (SSB)

(радиолюбители и ВЧ радиотелефония)

В качестве простого амплитудного модулятора можно использовать резонансный нелинейный усилитель (рис.4.9). Обычно АМ осуществляется путем нелинейного усиления суммы модулирующего колебания и несущей . Амплитудная характеристика нелинейного усилителя в первом приближении может быть представлена в виде.

Для гармонических сигналов имеем (4.23):