6-1-воротников

Спектр АМ сигнала

АМ сигнал состоит из трех гармонических сигналов: одного с несущей частотой и двух с частотами - м и + м. Соответствующие этим частотам сигналы называются спутниками.

В общем случае модулирующий сигнал имеет более сложный спектр: спутник состоит из набора сигналов разных частот, образующих по обе стороны от несущей две полосы боковых частот. Если АМ линейная, то нижняя (левая) полоса боковых частот в точности повторяет форму модулирующего сигнала, а верхняя (правая) является ее зеркальным отражением (рис. 10, а).

а б

Рис. 10. Спектр линейного АМ сигнала (а), звуковой сигнал со спектроанализатора (б)

Амплитуда u0 несущего колебания не меняется, в то время как амплитуда спутника равна mu0/2. Амплитуды сигналов в спектре соотносятся как 1 : m/2 : m/2, поэтому соотношение

мощностей этих сигналов имеет вид 1 : (m/2)2 : (m/2)2. Следовательно, при m = 1 мощность

каждого спутника составляет лишь 25 % от мощности несущего колебания.

Достоинства АМ:

•простота решений;

•малая ширина спектра сигнала.

Недостатки АМ:

•значительные энергетические затраты;

•зависимость мощности полезного сигнала от глубины модуляции.

Спектр АМ сигнала

Частотная модуляция

В случае модуляции несущей частоты гармоническим сигналом, имеем:

(t) 0 cos мt.

Здесь представляет собой амплитуду отклонения несущей частоты от начальной 0, а

cos мt определяет форму модулирующего сигнала. Параметр называемый девиацией частоты, не зависит от частоты сигнала и соответствует глубине модуляции при АМ.

Ширина спектра частотно-модулированного сигнала определяется значением индекса

u(t) u0 (sin 0t sin мt cos 0t).

Однако, как правило, >>1, и следовательно, спектр ЧМ сигнала значительно шире, чем АМ

(рис. 11, б). Ширину спектра в этом случае определяют из приближенного выражения:

2 м (1+ ).

Достоинства ЧМ:

•высокая помехозащищенность;

•малые энергетические затраты.

Недостатки ЧМ:

•значительная ширина канала связи.

Частотная модуляция

СНЧ радиостанции ВМФ

Для обеспечения связи с подводными аппаратами и лодками используют принципы ЧМ и

приемо-передающие устройства, работающие в коротковолновом (береговые КВ системы ближней связи) и сверхдлинноволновом (сверхнизкочастотном – СНЧ) диапазонах.

Благодаря значительной длине СНЧ-радиоволны, достигающей 3000 км в воздушном пространстве, электромагнитное поле глубоко проникает в стенки волновода «Земля – ионосфера». Глубина

проникновения в морскую воду на частотах 50 – 100 Гц достигает 70 м.

Рис. 12. Радиостанция «Зевс» (вид из космоса)

СНЧ радиостанция «Зевс», расположенная в Мурманской области, работает на частоте 82 Гц (длина волны 3656 км), в режиме ЧМ (MFSK -1/+1,3 Гц), суммарная мощность передатчиков составляет 20 – 30 МВт, ток 200 – 300 А, глубина контактных скважин 2 – 3 км (рис. 12).

Фазовая модуляция

Модулированный сигнал при фазовой модуляции колебания с несущей частотой 0 гармоническим сигналом sin мt имеет вид

u(t) u0 cos( 0t sin мt),

где — индекс ФМ, характеризующий максимальное отклонение фазы модулированного

сигнала от фазы исходного.

Несущая частота при ФМ, как и при ЧМ, непостоянна и определяется согласно выражению:

(t) 0 м cos мt.

Девиация частоты при ФМ зависит от частоты модулирующего сигнала = м. Если модулирующий сигнал uм гармонический, то спектры фазово- и ЧМ сигналов практически одинаковы (рис. 13). В противном случае законы изменения фазы и частоты сигнала оказываются различными. Для ФМ с небольшим индексом спектр боковых частот практически такой же, как и

при АМ.

Рис. 13. Спектры ЧМ (а) и ФМ (б) сигналов для несущей частоты 10 кГц.

Визуально сигналы при ФМ и ЧМ похожи, качественное различие существует лишь между АМ, с одной стороны, и ЧМ или ФМ — с другой. Для всякого закона изменения частоты всегда может быть указан эквивалентный закон изменения фазы. Существенно, что ширина спектра ФМ, также как ЧМ сигнала увеличивается с возрастанием глубины модуляции.

Варианты импульсной модуляции

Наибольшее распространение получили амплитудно-импульсный (рис. 16, б), частотноимпульсный, широтно-импульсный (рис. 16, в) и фазово-импульсный, а также импульснокодовый (рис. 16, г) способы модуляции сигналов.

а

= АИМ

б

Pulse-density modulation = ШИМ

в

= ИКМ

г

Рис. 16. Варианты ИМ: а – исходный сигнал, б – АИМ-сигнал, в — ШИМ-сигнал, г — ИКМ-сигнал

Пример:

•для ШИМ PWM (10 бит, 10 МГц) на формирование сигнала с 50% уровнем потребуется 1024 внутренних такта (512 тактов на выходе будет «1», 512 – «0»). Частота повторения (несущая частота ШИМ) составит 10 кГц;

•для ШИМ PDM с теми же параметрами при 50% уровне на выходе будет чередование «1» и «0» с частотой 10 МГц, что значительно выше и упрощает фильтрацию;

•в целом, частота на выходе у PDM будет выше, чем у PWM при равной внутренней тактовой.

Схемы демодуляции

Для восстановления информации из модулированных сигналов применяют схемы демодуляции.

аналоговые демодуляторы

где Sд — динамическая чувствительность схемы (0 < Sд < 1).