3756 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТРОЙСТВА

 

 

Лабораторная работа № 1

 

Амплитудная модуляция и манипуляция

 

1. Общие сведения

В системах связи для передачи сообщений используют электромагнитные   колебания   –   радиоволны.   Эффективно распространяются  в свободном  пространстве,  излучаются и принимаются антенными устройствами электромагнитные колебания радиодиапазона, частоты которых лежат в пределах от 30 кГц до 30 ГГц. Спектры передаваемых сообщений находятся в диапазоне видеочастот от 0 до Fв (рис.1) и не могут быть непосредственно переданы по радиоканалу.


Рис.1

Кроме того, для обеспечения электромагнитной совместимости различных систем связи применяют частотное разделение каналов, при котором   каждой   системе связи   отводится   свой   участок радиодиапазона. По этим причинам при передаче сообщений по радиоканалам возникает необходимость в переносе их спектров из области видеочастот в область радиочастот. Эта задача решается в передающем устройстве системы связи с помощью модуляции. В приемном устройстве для восстановления исходной формы сообщений выполняется обратная операция - демодуляция. При модуляции в качестве переносчика сообщений  используется гармоническое колебание, называемое несущей

,

где U0, w0, j0 - амплитуда, частота и начальная фаза несущего колебания. В процессе модуляции пропорционально передаваемому сообщению x(t)   изменяют один из параметров U0, w0, j0 несущего

колебания и получают соответственно амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляции. Если сообщение представлено в цифровой форме в виде последовательности символов 0 и 1, то модулируемый параметр принимает только два значения. Модуляцию в этом случае называют манипуляцией.

При АМ по закону передаваемого сообщения х(t) изменяется амплитуда несущего колебания

,

где 0 ≤ m ≤ 1 - глубина модуляции, -1 х(t) ≤ 1 - нормированное сообщение, Ux(t)=U0[1 + mx(t)] - огибающая АМ сигнала.

Вид АМ сигнала при гармоническом и цифровом модулирующих сигналах показан на рис.2.


Рис. 2

Важной характеристикой модулированных сигналов являются их спектры, отражающие распределение составляющих по частотному диапазону. Рассмотрим АМ при х(t)=sinW·t , где W-частота модулирующего сигнала

.

Используя тригонометрические преобразования, разложим функцию UАМ(t) на гармонические составляющие:

 

Первое слагаемое в разложении АМ сигнала совпадает с несущим колебанием. Две другие составляющие с частотами w0 –W и w0 + W появились в процессе модуляции. Спектр АМ сигнала с гармонической модуляцией показан на рис.З,а. В общем случае модулирующий сигнал является суммой большого числа гармоник

.

 

 

При модуляции от каждой i-й гармоники сообщения х(t) в АМ сигнале появляются две составляющие с частотами w0 –W и w0 + W. Общее число составляющих в спектре модулированного сигнала равно 2n+1. Группа гармоник с частотами w0 –W образует нижнюю боковую полосу, а с частотами w0 + W – верхнюю (рис.3,б). Ширина спектра АМ

Рис.3.


сигнала равна удвоенной верхней модулирующей частоте DwАМ=2Wв .


При амплитудной манипуляции спектр радиосигнала в первом приближении определяется спектром одной посылки - спектром радиоимпульса. Сигналы и их спектры при амплитудной манипуляции показаны на рис.4,а,б.

 

 

 

Рис.4

 

Ширина спектра амплитудно-манипулированного сигнала, определенного по главному лепестку (рис.4,б), составляет .  Место расположения спектра сигнала после модуляции определяется частотой несущей w0. При выборе w0 должно выполняться условие  w0>>Wв.

Передаваемая информация при АМ сосредоточена в боковых полосах, а несущее колебание непосредственно информации не несет. В то же время в несущем колебании сосредоточена большая часть энергии АМ сигнала (при гармонической АМ с m=1 до 67 %). Лучшими энергетическими показателями обладает балансная модуляция, которая получается из АМ исключением несущей

.

Рис.5

Балансно-модулированное   колебание   и   его   спектр представлены на рис.5. При полностью подавленной несущей возникают сложности при детектировании, поэтому несущую исключают не полностью, а оставляют 5—10 %. Остаток несущей называют пилот-сигналом.