Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
Для передачи информации в радиотехнике используются радио-волны — высокочастотные электромагнитные колебания, которые возможно эффективно излучать с помощью антенных устройств и которые способны распространяться в пространстве.
Передаваемая информация должна быть тем или иным способом заложена в высокочастотное (несущее) колебание. Это осуществляется с помощью модуляции. Модуляцией называется изменение параметров несущего колебания по закону передаваемого сообщения. Модуляция, как правило, не оказывает влияния на способность высокочастотных колебаний распространяться в пространстве.
В самом общем случае, модулированный сигнал можно представить в виде колебания:
a (t)=Am (t) cos [ωt+ψ (t)]=Am (t) cos θ (t), (15.37)
в котором амплитуда Атили фаза φ изменяется по закону передаваемого сообщения.
Если Ати ψ — постоянные величины, то это выражение описывает простое гармоническое несущее колебание, не содержащее в себе никакой информации.
В зависимости от того, какой из двух параметров изменяется — амплитуда Атили угол θ — различают два основных вида модуляции: амплитудную и угловую.
Угловая модуляция в свою очередь подразделяется на частотную и фазовую модуляции. Эти два вида модуляции между собой тесно связаны, различие между ними проявляется лишь вхарак-
тере изменения во времени угла θ при одном и том же законе модуляции.
Для большинства используемых в радиотехнике сигналов характерно, что при модуляции параметры радиосигнала изменяются настолько медленно, что в пределах одного периода высокочастотного колебания его можно считать синусоидальным. Поэтому функции Am(t), ψ(t), θ(t) можно считать медленно изменяющимися функциями времени.
Модулированные колебания в общем не являются периодическими и относятся к числу квазигармонических, почти периодических функций. Такие функции могут быть разложены в тригонометрический ряд и представлены как сумма гармонических составляющих, частоты которых в общем случае не являются кратными, представляют комбинации частот и называются комбинационными. В отличие от такого ряда ряд Фурье содержит гармонические составляющие с кратными частотами.
В развитии теории модулированных колебаний большую роль сыграли работы Л. И. Мандельштама, П. Д. Папалекси, М. В. Шулейкина, В. И. Сифорова, И. С. Гоноровского и других советских ученых. В наиболее полном виде строгая математическая формулировка основных свойств модулированных колебаний и единых методов их исследования была впервые дана в монографии С. М. Рытова «Модулированные колебания и волны» (1940г.).
Амплитудная модуляция (AM) относится к числу простейших и получивших широкое применение благодаря своей простоте в осуществлении и использовании. При АМ амплитуда несущего колебания является функцией времени вида
Am(t) = Am0(l+F(t)], (15.38)
где Am0 — постоянная, равная среднему значению амплитуды;
F(t)—функция времени, изменяющаяся по такому же закону, что и модулирующий сигнал, и называемая модуляционной функцией.
Способы осуществления АМ обычно основаны на изменении потенциалов электронных приборов, входящих в состав радиопередающего устройства. В простейшем случае амплитудно-модулированное (АМ) колебание тока можно получить в цепи с изменяющимся сопротивлением, к которому приложено напряжение высокой частоты, а закон изменения определяется модуляционной функцией. Подобным переменным сопротивлением может служить, например, угольный микрофон.
Аналитически АМ колебания определяются выражением вида
α(t) = Am0[1+F(t)] cos( t+
). (15.39)
При гармонической (однотональной) модуляции, когда
F(t)=mcos (Ωt+ φ0), (15.40)
для АМ колебания получаем
, (15.41)
где т — коэффициент модуляции;
Ω — частота модуляции.
Коэффициент модуляции т пропорционален интенсивности передаваемого сигнала, его называют также глубиной модуляции. При амплитуда АМ колебания не принимает отрицательных значений. Такая модуляция называется неискаженной (рис. 15.14, а). При m>1 значения Am(t) на некоторых интервалах времени становятся отрицательными (рис. 15.14,6), что приводит к перемодуляции, связанной с искажением огибающей колебания. Во избежание этого коэффициент модуляции выбирают не более единицы.
При неискаженной модуляции амплитуда АМ колебания изменяется в пределах от Атmin = Amo (1 - т) до Ammax=Amo (1 + m). При этом коэффициент модуляции может быть найден как отношение максимального приращения ΔAтамплитуды колебаний к среднему ее значению Am0:
Следует заметить, что даже при модуляции простейшим гармоническим сигналом АМ колебание представляет собой сложный сигнал, состоящий из ряда гармонических составляющих. Эта особенность была установлена еще в 1913 г. московским профессором Н. Н. Андреевым, а затем подробно исследована в работах М. В. Шулейкина (1916 г.). Тем не менее в свое время (1930 г.) американским ученым Флемингом была поднята дискуссия о «реальности» дополнительных гармонических составляющих в АМ колебании с далеко идущими практическими выводами. Он утверждал, что временное представление АМ колебания (15.39) отображает реальную ситуацию, а его спектральное представление является математической фикцией. По мнению Флеминга, в действительности никаких дополнительных частот нет, реальна лишь несущая частота, а следовательно, ширина спектра АМ колебания бесконечно мала и точное воспроизведение сигнала возможно при сколь угодно малой полосе пропускания приемника, настроенного точно на несущую частоту. Из этого делался вывод о возможности безграничного уплотнения эфира.
В настоящее время в справедливости спектрального представления сомнений нет, а окончательный вывод Флеминга представляется наивным. Для обычно используемых фильтров с постоянными параметрами гармонический спектр АМ сигнала не менее реален, чем его временное представление. Спектр можно наблюдать и исследовать с помощью анализаторов спектра.
Как следует из формулы (15.41), при гармонической (однотональной) амплитудной модуляции
Первое слагаемое здесь представляет несущее колебание с частотой ωн. Второе и третье слагаемые соответствуют новым гармоническим составляющим, появляющимся в процессе модуляции амплитуды. Они являются продуктом модуляции и называются боковыми гармоническими составляющими. Частоты этих колебаний (ωн + Ω) и (ωн —Ω) называются боковыми: верхней и нижней боковой частотой соответственно. Амплитуды этих составляющих одинаковы и зависят от глубины модуляции (рис. 15.15,а), а их фазы симметричны относительно фазы несущего колебания. Чем меньше коэффициент т, тем меньше амплитуды боковых составляющих, и в пределе при т=0 они отсутствуют.
Если модулирующий сигнал является сложнымз
то каждая его гармоническая составляющая дает пару боковых частот:
В результате получается спектр, состоящий из двух полос частот, расположенных симметрично относительно несущей частоты ωн. Эти полосы частот, расположенные по обе стороны от несущей, называются боковыми: верхней и нижней боковой полосой (рис. 15.15,6).
Сравнивая спектры модулирующего сигнала (модулирующей функции) и соответствующего ему АМ колебания, можно сделать вывод, что спектр верхней боковой полосы AM колебания подобен спектру модулирующего сигнала. Разница лишь в том, что он сдвинут по оси частот на величину ωн. При AM происходит лишь трансформация спектра модулирующего сигнала по оси частот.
Если полоса частот модулирующего сигнала ограничена сверху максимальной частотой йтах, то соответствующий ему AM сигнал будет иметь спектр (см. рис. 15.15,6), ширина которого вдвое больше:
(15.46)
Для телевизионных сигналов, например, 
МГци 
МГц.
При одновременной работе в данном диапазоне частот нескольких радиопередающих устройств во избежание помех при приеме за счет перекрытия необходимо, чтобы несущие частоты ближайших (по шкале частот) станций были разнесены одна от другой не менее чем на .
Довольно широкий диапазон частот, занимаемый АМ сигналами, является недостатком такого вида модуляции. К числу других серьезных недостатков АМ следует отнести плохую помехозащищенность инизкую экономичность радиопередатчиков. Указанные недостатки устраняются или в значительной мере снижаются при других видах модуляции, в частности при угловой модуляции.
Частным случаем АМ колебаний является последовательность когерентных прямоугольных радиоимпульсов (рис. 15.11). Такие колебания называют манипулированными. Различают соответственно амплитудно-, фазо- и частотно-манипулированные сигналы.
