Kod amplitudske modulacije, u skladu sa zakonom poslane poruke, mijenja se amplituda moduliranog signala. Amplitudna modulacija je najčešći tip analogna modulacija u radio komunikacijskim sistemima, radiodifuziji i televiziji.

Najjednostavniji oblik amplitudske modulacije je jednotonski(od riječi ton - zvuk jedne frekvencije), na kojoj je modulirajući signal harmonijska oscilacija:

gdje
- amplituda modulirajućeg signala (maksimalna visina sinusoida);

- kružna (ugaona) frekvencija,
;

- period modulirajuće oscilacije;

- početna faza.

Visokofrekventni harmonijski signal se gotovo uvijek koristi kao noseći val u komunikacijskim i radiodifuznim sistemima.

Uzmimo sinusoidni signal kao testnu analognu poruku:

(40)

Nosioci, tj. modulisane oscilacije

(41)

gde je frekvencija nosećih talasa
- frekvencija modulirajuće oscilacije.

Kao rezultat uticaja oscilacije (40) na amplitudu oscilacija nosioca (41), dobijamo signal sa amplitudnom modulacijom:

gdje
je faktor amplitudne modulacije.

Grafikoni tri imenovane fluktuacije prikazani su na Sl. 13 i sl. 14.

Radi jasnoće, sl. 15, a, b prikazani su grafikoni modulirajuće oscilacije na
, noseći - at
.

1. Amplitudno modulirani spektar signala

Iz (42) dobijamo izraz:

koje u skladu sa formulom za proizvod trigonometrijskih funkcija svodimo na oblik

iz čega proizlazi da se spektar oscilacija sa amplitudnom modulacijom tonskim signalom sastoji od tri komponente sa frekvencijama: (poklapa se sa frekvencijom nosioca), (
) (donja strana), (
) (gornja strana). A m amplituda bočne komponente
.

Rice. 15. Amplitudna modulacija

a - modulirajući (kontrolni) signal; b- vibracija nosioca (radio frekvencijski signal); v- amplitudno modulirani signal.

Širina AM spektra
... Dakle, sa bazom B = 1, signal sa amplitudnom modulacijom pripada klasi uskopojasnih.

Kod modulacije sa složenijom porukom koja zauzima spektar od
prije
(Sl. 16, a), spektar AM oscilacija, prikazan na slici 1, će se promeniti u skladu sa tim. 16, b.

Spektar amplitudno moduliranog signala je skup jednostavnih (harmoničnih) oscilacija (komponenti) različite frekvencije i amplitude na koje se složeni oscilatorni proces može razložiti duž ose frekvencije, tj. AM signal. Analitički izraz za takav signal, uzimajući u obzir trigonometrijsku formulu proizvoda kosinusa, može se predstaviti kao zbir oscilacija:

(45)

Iz formule (44) se može vidjeti da se kod jednotonske modulacije spektar AM signala sastoji od tri visokofrekventne komponente: početne oscilacije nosioca sa amplitudom
i frekvencija , kao i dvije nove harmonijske oscilacije različitih frekvencija
i
, ali sa istim amplitudama
/2 koji se pojavljuju u toku amplitudske modulacije i odražavaju prenesenu poruku.

Oscilacije sa frekvencijama
i
nazivaju se gornja i donja bočna komponenta (frekvencije). Nalaze se simetrično u odnosu na noseću frekvenciju. .

Spektar jednotonskog AM signala prikazan je na Sl. 17. Sa slike se jasno vidi da je širina spektra AM signala (
) sa jednotonskom modulacijom jednak je udvostručenoj vrijednosti frekvencije modulacije:

(46)

gdje je F frekvencija ciklične modulacije (modulacijski signal).

U nedostatku modulacije (M = 0), amplitude bočnih komponenti su jednake nuli i spektar AM signala se pretvara u spektar vibracije nosioca (komponenta
na frekvenciji ). U slučaju modulacije nosioca signalom složenog oblika, koji se sastoji od nekoliko harmonika različitih frekvencija, svaki harmonik modulirajućeg (kontrolnog) signala stvara dvije bočne frekvencije u spektru radio signala, smještene simetrično u odnosu na noseća frekvencija. Shodno tome, spektar takvog AM signala sastoji se od nosioca i dva bočna pojasa - gornjeg i donjeg. Širina svake bočne trake je
, a širina spektra kompleksnog AM signala ispada da je jednaka udvostručenoj vrijednosti najviše frekvencije u spektru modulirajućeg signala (slika 18).

Odmah vas upozoravam: jednostavno neće raditi. Modulacija je previše komplikovana.

Da biste razumjeli šta je modulacija, morate znati šta je frekvencija i počnimo s ovim.
Na primjer, uzmimo zamah: frekvencija zamaha je broj ukupnih vibracija, zamaha u sekundi.
Pun, to znači da je jedan zamah pomicanje zamaha od krajnje lijeve pozicije, prema dolje, kroz centar do maksimalnog nivoa na desnoj strani i onda opet kroz centar do istog nivoa na lijevoj strani.
Obična dvorišna ljuljačka ima frekvenciju reda veličine 0,5 herca, što znači da pun zamah obavljaju za 2 sekunde.
Zvučnik zvučna kolona ljulja mnogo brže, reprodukujući "A" notu prve oktave (440 herca), pravi 440 vibracija u sekundi.
V električna kola fluktuacije, to je ljuljanje napona, od maksimalne pozitivne vrijednosti, naniže, preko nulte napona do maksimuma negativnu vrijednost, gore, kroz nulu ponovo do maksimalnog pozitivnog. Ili od maksimalni napon, kroz neki prosjek do minimuma, pa opet kroz prosjek, opet do maksimuma.
Na grafu (ili ekranu osciloskopa) to izgleda ovako:

Frekvencija kolebanja napona na izlazu radio stanice koja emituje nosilac na 18. kanalu mreže C u "evropi" biće 27175000 vibracija u sekundi ili 27 megaherca i 175 kiloherca (mega - milion; kilo - hiljada).

Da bi modulacija bila vizuelna, izmislimo dva određena signala, jedan sa frekvencijom od 1000Hz, drugi na 3000Hz, grafički izgledaju ovako:

Obratite pažnju na to kako su ovi signali prikazani na grafikonima s lijeve strane. Ovo su grafovi frekvencije i nivoa. Što je frekvencija signala veća, to će signal biti udesno prikazan na takvom grafikonu, što je viši njegov nivo (snaga), to je viša linija ovog signala na grafikonu.

Sada zamislite da smo dodali oba ova signala, tj gotova forma naš izmišljeni test signal je zbir dva signala. Kako ste ga spustili? Vrlo je jednostavno - stavili su mikrofon i ispred njega stavili dvije osobe: muškarca koji je vikao na 1000Hz i ženu koja je vrištala na 3000Hz, na izlazu mikrofona smo dobili naš test signal koji izgleda ovako:

A upravo ćemo tim testnim signalom "napajati" mikrofonski ulaz našeg izmišljenog predajnika, proučavajući šta se dobija na izlazu (na anteni) i kako sve to utiče na razumljivost i domet komunikacije.

Modulacija općenito

Modulirani signal nosioca na izlazu bilo kojeg predajnika u svakom slučaju (za bilo koju modulaciju) dobija se dodavanjem ili množenjem signala nosioca sa signalom koji se prenosi, na primjer, signalom sa izlaza mikrofona. Razlika između modulacija je samo u tome šta se umnožava, sa onim što se dodaje i u kom delu sklopa predajnika se to dešava.
Što se tiče prijema, sve se svodi na to da se iz primljenog signala odabere čime je signal moduliran, pojača se i učini razumljivim (čujnim, vidljivim).

Amplitudna modulacija - AM (AM, amplituda modulacija)

Kao što vidite, sa amplitudnom modulacijom, nivo napona vibracije visoka frekvencija(nosač) direktno zavisi od veličine napona koji se dovodi iz mikrofona.
Povećava se napon na izlazu mikrofona, a povećava se i napon nosioca na izlazu predajnika, tj. više snage na izlazu, manji napon iz mikrofona, manji napon na izlazu. Kada je napon na izlazu mikrofona u određenom središnjem položaju, predajnik emituje određenu centralnu snagu (sa AM modulacijom na 100% sa 50% tišine snage ispred mikrofona).
Dubina AM modulacije je nivo uticaja signala iz mikrofona na nivo izlazne snage predajnika. Ako je kolebanje 30%, tada će najjači impuls negativnog napona iz mikrofona smanjiti nivo nosioca na izlazu za 30% maksimalne snage.
A ovako izgleda spektar signala sa AM modulacijom (distribucija njegovih komponenti po frekvencijama):

U centru, na frekvenciji od 27175000 Hz, imamo nosilac, sve niže i više frekvencije" bočne pruge", odnosno suma signala nosioca i audio frekvencija našeg test signala:
27175000 + 1000Hz i 27175000-1000Hz
27175000 + 3000Hz i 27175000-3000Hz
Nositelj minus audio je donji bočni pojas, a nosilac plus audio je gornji bočni pojas.
Nije teško primijetiti da je za prijenos informacija dovoljan samo jedan bočni pojas, drugi samo ponavlja istu informaciju, ali samo sa suprotnim predznakom, trošeći snagu predajnika za emitovanje ove duple informacije u eter.
Ako uklonimo nosač, koji korisne informacije uopšte ne sadrži jedan od bočnih pojaseva, tada dobijate SSB modulaciju (na ruskom: SSB) - modulaciju sa jednim bočnim pojasom i bez nosioca (single-sideband modulacija).

SSB modulacija (SSB, SSB)

Ovako SSB izgleda na izlazu predajnika:

Vidi se da se ovaj signal ne razlikuje mnogo od AM modulacije. Razumljivo je, SSB je nastavak AM, odnosno SSB nastaje iz AM modulacije, iz čijeg se signala uklanja nepotreban bočni pojas i nosilac.
Ako pogledate spektar signala, razlika je očigledna:

Nema nosioca ili duplog bočnog pojasa (ovaj grafikon prikazuje USB, tj. SSB, gdje je gornji bočni pojas lijevo, postoji i LSB, to je kada je donji bočni pojas ostavljen).
Nema nosača, nema duple strane - sva snaga predajnika se troši samo na prijenos korisnih informacija.
Samo što je nemoguće primiti takvu modulaciju na konvencionalnom AM prijemniku. Za prijem morate vratiti "početnu tačku" - nosioca. Lako je za napraviti - poznata je frekvencija na kojoj radi predajnik, pa samo treba dodati nosilac iste frekvencije i pojavit će se početna tačka. Radoznali čitalac je vjerovatno već primijetio da ako se ne zna frekvencija predajnika, onda početna tačka neće biti tačna, dodaćemo pogrešan nosilac, šta ćemo čuti? I čućemo glas ili "bika" ili "patuljka". To će se desiti jer prijemnik u ovoj vrsti modulacije ne zna koje smo frekvencije inicijalno imali, da li su to bile 1000Hz i 3000Hz, ili 2000Hz i 4000Hz, ili 500Hz i 2500Hz - "udaljenosti" između frekvencija su tačne, ali je počeo da se pomak, kao rezultat ili "pi-pi-pi" ili "boo-boo-boo".

CW modulacija (CW)

S telegrafom je sve jednostavno - to je signal 100% AM modulacije, samo oštar: ili postoji signal na izlazu predajnika ili ga nema. Pritisne se telegrafska tipka - signal je, otpuštena - nema ništa.
Telegraf na grafovima izgleda ovako:

Prema tome, spektar telegrafskog signala:

To jest, frekvencija nosioca se 100% modulira pritiskom na telegrafski taster.
Zašto na spektru postoje 2 štapa koja blago odstupaju od signala "centralne frekvencije", a ne jedan jedini - nosilac?
Ovdje je sve jednostavno: kako god bilo, telegraf je AM, a AM je zbroj signala nosioca i modulacije, budući da je telegraf (Morseov kod) niz pritisaka na tipke, onda su to i oscilacije s određenom frekvencijom , iako niska u poređenju sa zvukom. Učestalošću pritiskanja tipke bočne trake telegrafskog signala se povlače od nosača.
Kako prenijeti takve signale?
U najjednostavnijem slučaju, pritiskom na dugme za odašiljanje u tišini ispred mikrofona.
Kako primiti takve signale?
Za prijem, potrebno je da konvertujete nosač koji se pojavljuje u eteru u ritmu pritiska na taster u zvuk. Postoji mnogo metoda, a najjednostavniji je spojiti kolo na izlaz detektora AM prijemnika, koji dostiže vrhunac svaki put kada se napon pojavi na detektoru (tj. nosilac stigne na detektor). Složeniji i razumniji način je da se signal koji dolazi iz zraka pomiješa sa signalom generatora (lokalnog oscilatora) ugrađenog u prijemnik, a razliku signala dovede do pojačala zvuka. Dakle, ako je frekvencija signala u zraku 27175000Hz, frekvencija generatora prijemnika je 27174000, a zatim na ulaz pojačala audio frekvencija signal 27175000 + 27174000 = 54349000Hz i 27175000-27174000 = 1000Hz, naravno prvi nije zvucni signal vec radio signal, njegovo pojacalo se nece pojacavati, ali drugo, zvuk je vec 1000 Hz će ga pojačati i čućemo "piiii", dok je nosilac u zraku i tišina (zračna buka) kada nije.
Inače, kada dvoje ljudi istovremeno uključe prenos, efekat "piiii" koji nastaje sabiranjem i oduzimanjem nosilaca u prijemniku, mislim da su mnogi primetili. Ono što se čuje je razlika između nosivih signala koji nastaju u našem prijemniku.

FM modulacija (FM, frekvencijska modulacija)

Zapravo, suština frekvencijske modulacije je jednostavna: frekvencija nosioca se lagano mijenja u napon na izlazu mikrofona. Kada se poveća napon na mikrofonu, povećava se i frekvencija, kada se smanji napon na izlazu mikrofona, tada se smanjuje noseća frekvencija.
Smanjenje i povećanje frekvencije nosioca javlja se u malim granicama, na primjer, za C-Bi radio stanice je plus / minus 3000Hz na frekvenciji nosioca reda veličine 27000000Hz, za FM radiodifuzne stanice je plus / minus 100000Hz .
Parametar FM modulacije je indeks modulacije. Odnos zvuka maksimalne frekvencije koju će mikrofonsko pojačalo predajnika proći prema maksimalnoj promjeni noseće frekvencije pri najglasnijem zvuku. Nije teško primijetiti da je za CB to 1 (ili 3000/3000), a za FM radio stanice oko 6 ... 7 (100000/15000).
Kod FM modulacije, nivo nosioca (snaga signala predajnika) je uvijek konstantan, ne mijenja se sa jačinom zvuka ispred mikrofona.
V grafički, na izlazu FM predajnika modulacija izgleda ovako:

Kod FM modulacije, kao i kod AM, izlaz predajnika ima i noseći i dva bočna pojasa, budući da frekvencija nosioca visi u vremenu sa modulirajućim signalom, povlačeći se od centra:

DSB, DChT, fazna i druge vrste modulacije

Iskreno, treba napomenuti da postoje i druge vrste modulacije nosioca:
DSB - Dual Sidebands i Missing Carrier. DSB, zapravo AM modulacija u kojoj je nosilac uklonjen (isječen, potisnut).
DChT - dvofrekventni telegraf, u stvari, nije ništa drugo do frekvencijska modulacija, ali pritiskom na telegrafski taster. Na primjer, tačka odgovara pomaku nosioca na 1000Hz, a crtica na 1500Hz.
Fazna modulacija - modulacija faze nosioca. Modulacija frekvencije pri malim indeksima 1-2 je u suštini fazna modulacija.

U nekim sistemima (televizija, FM stereo emitovanje), nosilac je moduliran drugim moduliranim nosačem, koji već nosi korisne informacije.
Na primjer, pojednostavljeno, FM stereo emitirani signal je nosilac moduliran frekvencijskom modulacijom, signal koji je sam po sebi moduliran nosačem DSB modulacije gdje je jedan bočni pojas signal lijevog kanala, a drugi bočni signal desnog audio kanala.

Važni aspekti prijema i prijenosa AM, FM i SSB signala

Budući da su AM i SSB modulacije, kod kojih je izlazni signal predajnika proporcionalan naponu koji dolazi iz mikrofona, bitno je da se on linearno pojača, kako na prijemnoj tako i na predajnoj strani. Odnosno, ako se pojačalo pojača 10 puta, onda bi s naponom na svom ulazu od 1 volt, izlaz trebao biti 10 volti, a sa 17 volti na ulazu, izlaz bi trebao biti točno 170 volti. Ako pojačalo nije linearno, odnosno na ulaznom naponu od 1 volta, pojačanje je 10, a na izlazu od 10 volti, a na ulazu od 17 volti pojačanje će biti samo 5, a izlaz će biti 85 volti, tada će se pojaviti izobličenja - piskanje i grcanje sa glasnim zvukovima ispred mikrofona. Ako je pojačanje, naprotiv, manje za male ulazne signale, tada će doći do piskanja na tihi zvuci a neugodni prizvuci čak i na glasnim (jer svaki zvuk na početku svog oscilovanja prolazi zonu blizu nule).
Linearnost pojačala je posebno važna za SSB modulacija.

Za izjednačavanje nivoa signala u AM i SSB prijemnicima koriste se posebni čvorovi kola - automatske kontrole pojačanja (AGC kola). Zadatak AGC-a je da izabere takvo pojačanje prijemnih čvorova da jak signal(od bliskog dopisnika) i slaba (od udaljenog), na kraju, ispostavilo se da su otprilike isti. Ako se AGC ne koristi, slabi signali će se čuti tiho, a jaki će rastrgati emiter zvuka prijemnika na komadiće, kao što kap nikotina razdire hrčka. Ako AGC prebrzo reaguje na promenu nivoa, tada će početi ne samo da izjednačava nivoe signala od bliskih i udaljenih korespondenata, već i unutar signala da "guši" modulaciju - smanjujući pojačanje sa povećanjem napona i povećavajući sa smanjenjem , svodeći svu modulaciju na nemoduliran signal ...

Za FM modulaciju nije potrebna nikakva posebna linearnost pojačala, pri čemu se informacije o FM modulaciji prenose promjenom frekvencije i nikakvo izobličenje ili ograničenje nivoa signala ne može promijeniti frekvenciju signala. Zapravo, u FM prijemniku je nužno instaliran limitator nivoa signala, jer nivo nije važan, važna je frekvencija, a promjena nivoa samo će ometati odabir promjena frekvencije i pretvoriti FM nosač u zvuk signala kojim je moduliran.
Inače, upravo zato što su u FM prijemniku svi signali ograničeni, odnosno slabi šumovi imaju skoro isti nivo kao jak korisni signal, u nedostatku FM signala detektor (demodulator) pravi toliko buke - to pokušava da izoluje promenu frekvencije šuma na ulazu prijemnika i šum samog prijemnika, a u šumu je promena frekvencije veoma velika i nasumična, pa se čuju nasumični jaki zvukovi: glasna buka.
Kod AM i SSB prijemnika, šum u odsustvu signala je manji, jer je sam šum prijemnika i dalje mali u smislu nivoa i šum na ulazu je mali u odnosu na korisni signal u smislu nivoa, a za AM i SSB to je nivo koji je bitan.

Za telegraf linearnost također nije bitna, tu se informacija nosi samim prisustvom ili odsustvom nosioca, a njegov nivo je samo sporedni parametar.

FM, AM i SSB na sluh

U AM i SSB signalima, impulsni šum je mnogo uočljiviji, kao što je pucketanje neispravnog paljenja automobila, škljocanje pražnjenja munje ili tutnjava od uključivanja pretvarača napona.
Kako slabiji signal, što je njegova snaga manja, to je zvuk na izlazu prijemnika tiši, a što je jači, to je glasniji. Iako AGC radi svoj posao nivelisanjem nivoa signala, njegove mogućnosti nisu beskrajne.
Za SSB modulaciju je skoro nemoguće koristiti squelch i generalno razumjeti kada je drugi dopisnik pustio prijenos, jer kada je tišina ispred mikrofona u SSB-u, predajnik ne emituje ništa u eter - nema nosača, a ako je tišina ispred mikrofona, onda nema bočnih traka.

FM signali su manje podložni impulsnom šumu, ali zbog glasna buka FM detektor u nedostatku signala jednostavno je nepodnošljivo sjediti bez šuma. Svako isključivanje dopisničkog prijenosa u prijemniku praćeno je karakterističnim "pshyk" - detektor je već počeo prevoditi buku u zvuk, a squelch se još nije zatvorio.

Ako slušate AM na FM prijemniku ili obrnuto, čut ćete gunđanje, ali i dalje možete shvatiti o čemu se radi. Ako slušate SSB na FM ili AM prijemniku, biće samo divlja audio kaša od "oink-zhu-zhu-zhu" i apsolutno nikakve razumljivosti.
Na SSB-u prijemnik može savršeno slušati CW (telegraf), AM, uz nešto izobličenja i FM sa malim indeksima modulacije.

Ako se dvije ili više AM ili FM radio stanica upali u isto vrijeme na istoj frekvenciji, onda dobijete zbrku nosilaca, neku vrstu škripe i škripe među kojima ništa ne možete razaznati.
Ako se dva ili više SSB predajnika uključe na istoj frekvenciji, onda će se u prijemniku čuti svi koji su govorili, pošto SSB nosača nema i nema šta da se tuče (miksati do zvižduka). Možete čuti svakoga, kao da svi sjede u istoj prostoriji i pričaju odjednom.

Ako se AM ili FM frekvencija prijemnika ne poklapa baš s frekvencijom predajnika, tada se pojavljuju izobličenja na glasnim zvukovima, "šištanje".
Ako se frekvencija SSB predajnika mijenja u vremenu sa nivoom signala (na primjer, oprema ne uključuje napajanje), tada se u glasu čuje klokotanje. Ako je frekvencija prijemnika ili predajnika lebdeća, tada zvuk pluta u frekvenciji, zatim "mumlja", pa "cvrči".

Efikasnost modulacije - AM, FM i SSB

Teoretski, naglašavam - teoretski, s jednakom snagom odašiljača, domet komunikacije ovisit će o vrsti modulacije na sljedeći način:
AM = Udaljenost * 1
FM = Udaljenost * 1
SSB = Udaljenost * 2
U istoj teoriji, energetski, SSB nadmašuje AM za 4 puta u snazi, ili 2 puta po naponu. Dobitak se javlja zbog činjenice da se snaga predajnika ne troši na emisiju beskorisnog nosioca i nepotrebno umnožavanje informacija drugog bočnog pojasa.
U praksi je dobitak manji, jer ljudski mozak nije navikao da čuje zvukove etra u pauzama između glasni zvuci a čitljivost donekle pati.
FM je također modulacija "sa iznenađenjem" - neke pametne knjige kažu da AM i FM nisu bolji ili čak gori od FM-a, drugi tvrde da s niskim indeksima modulacije (a ovo su CBS i radio-amaterske radio stanice), FM pobjeđuje AM za 1,5 puta. U stvari, prema subjektivno mišljenje autor Mundijala je "prodorniji" od AM oko 1,5 puta, prvenstveno zato što je SP manje podložan impulsni šum i fluktuacije u nivou signala.

AM, FM i SSB oprema u smislu složenosti i preinake jedne u drugu

Najsofisticiranija oprema je SSB.
Zapravo, SSB uređaj može lako raditi u AM ili FM režimu nakon zanemarljivih izmjena.
Gotovo je nemoguće pretvoriti AM ili FM primopredajnik u SSB (biće potrebno uvesti jako, jako puno dodatnih čvorova u kolo i potpuno preurediti jedinicu predajnika).
Od autora: izmjena AM ili FM aparata u SSB mi se čini potpunim ludilom.
SSB uređaj "od nule" - skupljen, ali za preradu AM ili FM u SSB - ne.

Drugi po složenosti je FM aparat.
Zapravo, FM uređaj već sadrži u prijemniku sve što je potrebno za detekciju AM signala, budući da ima i AGC ( automatsko podešavanje gain), a samim tim i detektor nivoa primljenog nosioca, odnosno, u stvari, punopravni AM prijemnik, koji radi samo negdje vani, unutra (iz ovog dijela kola radi i prag squelch).
Predajnik će biti teži, jer gotovo svi njegovi stupnjevi rade u nelinearnom režimu.
Od autora: možete ponoviti, ali nikad nije bilo potrebe.

AM oprema je najjednostavnija.
Za pretvaranje AM prijemnika u FM, morat ćete uvesti nove čvorove - limiter i FM detektor. U stvari, limiter i FM detektor su 1 mikrokolo i nekoliko detalja.
Pretvaranje AM odašiljača u FM je mnogo lakše, jer je potrebno samo uvesti lanac koji će frekvenciju nosača "razgovarati" u vremenu sa naponom koji dolazi iz mikrofona.
Od autora: par puta sam preradio AM primopredajnik u AM/FM, posebno CB radio stanice "Cobra 23 plus" i "Cobra 19 plus".

S kvalitativne strane, amplitudna modulacija (AM) se može definirati kao promjena amplitude nosioca proporcionalno amplitudi modulirajućeg signala (slika 2, a).

Slika 2. Amplitudna modulacija (m<<н).

a - oblik signala; b - frekvencijski spektar.

Za modulirajući signal s velikom amplitudom, odgovarajuća amplituda moduliranog nosioca trebala bi biti velika za male vrijednosti Am. Kao što će se vidjeti iz onoga što slijedi, ovo je poseban slučaj općenitije modulacijske metode.

Proizvod ova dva izraza je:

Jednačina (3) pokazuje da će se amplituda moduliranog nosioca promijeniti od nule (kada je mt = 900, cos (mt) = 0) do AnAm (kada je mt = 0°, cos (mt) = 1). Pojam Amcos (mt) An je amplituda moduliranih oscilacija i direktno zavisi od trenutne vrijednosti modulirajuće sinusoide. Jednačina (3) se može transformisati u oblik

Ova transformacija je zasnovana na trigonometrijskom identitetu

Jednačina (4, a) je signal koji se sastoji od dvije oscilacije sa frekvencijama 1 = n + m i 2 = n-m i amplitudama. Prepisivanjem izraza za modulisanu vibraciju (4, a) dobijamo

1 i 2 se nazivaju bočnim pojasevima jer je m obično širina pojasa, a ne jedna frekvencija. Dakle, 1 i 2 predstavljaju dva frekvencijska pojasa - iznad i ispod nosioca (slika 2, b), tj. gornje i donje bočne trake, respektivno. Sve informacije koje treba prenijeti sadržane su u ovim bočnim trakama.

Jednačina (4, b) je dobivena za poseban slučaj kada je modulirani signal rezultat direktnog množenja en s njim. Kao rezultat, jednačina (4, b) ne sadrži komponentu na frekvenciji nosioca, tj. noseća frekvencija je potpuno potisnuta. Ova vrsta potisnute modulacije nosioca ponekad je namjerno dizajnirana u komunikacijskim sistemima jer smanjuje snagu zračenja. Većina ovih sistema emituje određenu snagu na frekvenciji nosioca, čime se dozvoljava prijemniku da se podesi na tu frekvenciju. Također je moguće odašiljati samo jedan bočni pojas, jer sadrži sve relevantne informacije o signalu osnovnog pojasa. Prijemnik tada rekonstruiše jednu bočnu modulaciju.

Kompletan izraz, koji predstavlja amplitudno modulisanu oscilaciju u opštem obliku, ima oblik

Ovaj izraz opisuje i nepotisnuti nosilac (prvi član na desnoj strani jednačine) i proizvod, tj. modulacija (drugi termin s desna). Jednačina (6, a) se može prepisati kao

Posljednji izraz pokazuje kako se amplituda nosioca mijenja u skladu s trenutnim vrijednostima modulirajućeg valnog oblika. Amplituda moduliranog signala Anm sastoji se od dva dijela: An - amplituda nemoduliranog nosioca i Amcos (mt) - trenutne vrijednosti modulirajuće oscilacije:

Odnos Am prema An određuje stepen modulacije. Za Am = An, vrijednost Anm dostiže nulu pri cos (mt) = - 1 (mt = 180 °) i Anm = 2An pri cos (mt) = 1 (mt = 0 °). Amplituda modulisanog talasa menja se od nule do dvostruke amplitude nosioca. Stav

određuje indeks modulacije. Da bi se spriječilo izobličenje prenesene informacije - modulirani signal - vrijednost m mora biti u rasponu od nula do jedan: 0m1. Ovo odgovara Amanu. (Za m = 0 Am = 0, tj. nema modulirajućeg signala.) Jednačina (6, a) se može prepisati uvođenjem m:

Na slici 3, a prikazan je oblik moduliranih oscilacija, a koeficijent modulacije m izražen je kroz maksimalnu i minimalnu vrijednost njegove amplitude (vršne i čvorne vrijednosti). Slika 3b daje predstavu o spektru moduliranih oscilacija, koji se može izraziti transformacijom jednadžbe (6):

Slika 3. Amplitudna modulacija.

a - oblik signala; b - spektar modulisanih vibracija

Slika 4 prikazuje rezultat modulacije sa faktorom m većim od 100%: m> 1.

Slika 4. Rezultat modulacije (m> 1)

Tabela 1 pokazuje amplitudu i snagu za svaku od tri frekvencijske komponente moduliranog valnog oblika.

Tabela 1. Snaga i amplituda AM oscilacija.

Za 100% modulaciju (m = 1) i snagu nosioca od 1 kW puna moć modulirana oscilacija je 1 kW + (1/2) 2 kW + (1/2) 2 kW = 1,5 kW. Imajte na umu da je za m = 1 snaga sadržana u oba bočna pojasa polovina snage nosioca. Slično, sa m = 0,5, snaga u oba bočna pojasa je 1/8 snage nosioca. Gore navedeno vrijedi samo za sinusni AM. Amplitudna modulacija se može koristiti u prijenosu pulsnih vrijednosti.

U konvencionalnoj dvopojasnoj modulaciji koja se koristi u radiodifuziji, informacije se prenose isključivo u bočnim pojasevima. Da biste dobili npr. dobra kvaliteta zvuka, potrebno je raditi u frekvencijskom opsegu od 2M, gdje je M propusni opseg kvalitetne reprodukcije zvuka (20-20.000 Hz). To znači da standardno AM emitovanje, na primjer, sa frekvencijama do 20 kHz, mora imati propusni opseg od ± 20 kHz (ukupno 40 kHz), uzimajući u obzir gornje i donje bočne pojaseve. U praksi, međutim, FCC propusni opseg je ograničen na 10 kHz (5 kHz), što pruža propusni opseg od samo 5 kHz za radio prenos zvuka, daleko od uslova visoke vjernosti. Emitiranje frekvencijske modulacije, kao što je prikazano u nastavku, ima širi propusni opseg.

FCC također postavlja tolerancije frekvencija za sve dodjele frekvencija u Sjedinjenim Državama. Sve AM emisije (535-1605 kHz) imaju toleranciju od 20 Hz, ili oko 0,002%. Ova frekvencijska tačnost i stabilnost mogu se postići upotrebom kristalnih oscilatora.

Detekcija ili demodulacija AM valnih oblika zahtijeva ispravljanje moduliranog signala, nakon čega slijedi isključenje noseće frekvencije uz odgovarajuće filtriranje. Ova dva stupnja reprodukcije modulirajućeg signala mogu se demonstrirati na primjeru oscilacije prikazane na slici 3, a. Nakon ispravljanja ostaje samo polovina oscilacije, a nakon filtriranja ostaje samo njen omotač, koji je reprodukovani signal.

Uvod

Ovaj članak će se fokusirati na tipove analogne amplitudne modulacije. Pretpostavlja se da čitalac razumije značenje kompleksnog omotača propusnog radio signala, kao i koncepte analitičkog signala i Hilbertove transformacije.

Kao što je ranije navedeno, proces modulacije se sastoji u formiranju niskofrekventnog kompleksnog omotača

(1)

nakon čega se ovaj kompleksni omotač prenosi na noseću frekvenciju množenjem sa

(2)

Također je uočeno da se svi tipovi modulacije razlikuju samo po načinu formiranja kompleksnog omotača na osnovu modulirajućeg signala.

Formiranje amplitudno moduliranog signala

Razmotrimo kako se formiranje kompleksnog omotača izvodi u slučaju amplitudske modulacije (AM).

Kod AM, samo se amplituda oscilacije nosioca mijenja u konstantnoj početnoj fazi:

(3)

gdje je zakon varijacije amplitude, a konstantna početna faza oscilacije nosioca. Zahtijevamo da modulirajući signal ima nultu konstantnu komponentu i gdje je onda naziv dubine AM i radio signal iz AM ima oblik:

(4)

Hajde da objasnimo značenje dubine AM, za ovo uzimamo poseban slučaj modulirajući signal gdje U ovom slučaju dobijamo takozvani jednotonski AM. Kada se amplituda oscilacije nosioca ne mijenja. Slike 1 - 4 prikazuju grafikone AM signala na različite dubine modulacija: od 0 do 1,5. Amplituda je prikazana plavom bojom.. Na dubini modulacije od 0 do 1, amplituda nosećeg talasa se poklapa sa, ali se uočava premodulacija, jer prelazi osu apscise.

Ako je dubina AM odabrana tako da se ne primijeti premodulacija, tada se dubina AM može mjeriti iz oscilograma radio signala. Da biste to učinili, potrebno je izmjeriti maksimalnu i minimalnu amplitudu oscilacije nosioca kao što je prikazano na slici 5, i iz njih izračunati AM dubinu koristeći formulu: Dakle, kompleksni omotač je jednak, a zatim kvadraturne komponente kompleksa Envelope su jednaki: Dakle, kvadraturna komponenta se ne uzima u obzir, a radio signal se formira jednostavnim množenjem nosećeg talasa sa kao što je prikazano na slici 7.

Slika 7: Pojednostavljeni AM dijagram

Amplitudno modulirani spektar signala

Razmotrimo sada spektar jednotonskog AM. Da bismo to učinili, predstavljamo AM signal u obliku:

(9)

Dakle, možemo zaključiti da spektar jednotonskog AM ima tri harmonika. Amplitudni i fazni spektri AM signala prikazani su na slici 8.

Slika 8: Amplituda i fazni spektar AM signala

Centralni harmonik ne nosi nikakvu informaciju, ali je njegova amplituda maksimalna i ne zavisi od AM dubine. Informacija je sadržana u bočnim harmonicima, dok njihov nivo zavisi od AM dubine, što je veća, to je viši nivo bočnih harmonika. Maksimalna vrijednost AM dubina na kojoj se ne uočava premodulacija, to znači da maksimalni nivo bočni harmonici su 2 puta niži od frekvencije nosioca. Istovremeno, kako je lako vidjeti kada će ukupna snaga harmonika informacija biti 2 puta manja od snage noseće frekvencije, drugim riječima, predajnik većinu svoje energije troši na zračenje neinformacije. nosač, odnosno jednostavno zagreva prostor. Također je potrebno napomenuti: spektar AM signala je uvijek simetričan u odnosu na središnju frekvenciju, ako je modulirajući signal čisto stvaran.

Balansirani AM (DSB) signali i spektar

Pretpostavimo sada da imamo premodulaciju, tj. ... Tada će nivo harmonika informacija biti jednak nivou nosioca, a sa daljim povećanjem dubine modulacije nivo harmonika informacija će već početi da prelazi nivo nosioca. Ako se dozvoli da dubina modulacije raste neograničeno, tada se može napraviti prijelaz do granice:

(10)

U izrazu (10) faktor se uvodi kako bi se fiksirao nivo harmonika lateralnih informacija (ovo je lako razumjeti s obzirom na izraz ). Kao rezultat toga, s povećanjem, pad nivoa nosioca će se primijetiti na fiksnom nivou harmonika informacija, budući da su svi harmonici podijeljeni sa Ovaj prijelaz na granicu dovodi do uravnoteženog AM sa potiskivanjem nosioca (DSB). Zaista, nivo nosioca će biti: Dakle, spektar jednotonskog balansiranog AM sa supresijom nosioca sadrži samo dva harmonika, kao što je prikazano na slici 9.

Slika 9: Spektar jednotonskog balansiranog AM sa potiskivanjem nosioca

Kompleksni omotač uravnoteženog AM ima oblik gdje

Signal sa balansiranim AM (10) ima formu prikazanu na slici 10. Istovremeno se vidi da je na oscilogramu vidljiva noseća frekvencija, koja je odsutna u spektru. Međutim, kada modulirajući signal pređe osu apscise, oscilacija nosioca menja predznak (faza se pomera za), to se može videti sa slike 11, i kao rezultat toga, tokom emisije, oscilacija nosioca se kompenzuje, iako može vidi se na oscilogramu.

U ovom slučaju, kod AM vektor je uvijek usmjeren u jednom smjeru i amplituda se mijenja ovisno o dubini AM od do prema (5), a kod uravnoteženog AM vektor mijenja amplitudu u granicama, a ovisno o modulirajući signal, vektor kompleksnog omotača mijenja predznak u suprotan, što znači da se faza mijenja za radijane (vidi sliku 12 b). Glavna prednost balansiranog AM je potpuno potiskivanje noseće frekvencije. Sva snaga predajnika ide na zračenje informacionih komponenti. Kao iu slučaju AM, spektar balansiranog AM radio signala je simetričan u odnosu na frekvenciju nosioca. Širina spektra radio signala sa uravnoteženim AM jednaka je dvostrukoj gornjoj frekvenciji modulirajućeg signala, ili u slučaju jednotonske modulacije, širina spektra je zaključci Dakle, razmatrali smo formiranje AM radio signala. Zaključci se mogu izvući: AM signal se formira kontrolom amplitude oscilacije nosioca prema zakonu modulirajućeg signala. Uvodi se koncept AM dubine, pokazano je da za previše velike vrijednosti Može doći do AM dubinske premodulacije, izobličavajući signal osnovnog pojasa. U nedostatku premodulacije, informacijsko zračenje čini najviše 33% snage signala, ostalo je zračenje nosioca, a kod balansiranog AM nosilac se potiskuje i sva snaga se troši na informaciono zračenje. Pokazano je da je AM spektar uvijek simetričan u odnosu na nosilac sa realnim modulirajućim signalom i da ima širinu jednaku dvostrukoj gornjoj frekvenciji modulirajućeg signala.

Amplitudno modulirani signali i njihovi spektri

Sa amplitudnom modulacijom (AM), na amplitudu signala nosioca utiče signal poruke. Trenutna vrijednost AM oscilacije sa harmonijskim nosiocem mogu se zapisati kao

gdje je U m (t) - "varijabilna amplituda" ili omotač amplitude;

- kružna frekvencija signala nosioca;

- početna faza signala nosioca.

"Varijabilna amplituda" U m (t) je proporcionalna kontrolnom signalu (signal poruke) U c (t):

, (2.17)

gdje je U m 0 - amplituda signala nosioca prije amplitudske modulacije, odnosno dolazak do modulatora;

- koeficijent proporcionalnosti.

Prilikom modulacije nosećeg signala sa signalom poruke, potrebno je osigurati da je U m (t) pozitivan. Ovaj zahtjev je zadovoljen izborom koeficijenta.

Da bi se eliminisao uticaj prelaznih procesa u elektronskom kolu modulatora i drugim kolima za pretvaranje modulisanog signala na spektar signala poruke, mora biti ispunjen sledeći uslov: najveća frekvencijska spektralna komponenta u ograničenom spektru signala poruke mora imati frekvenciju, koja se osigurava odabirom frekvencije signala nosioca.

Na sl. 2.10 i 2.11 prikazana su dva primjera konstruisanja grafika AM oscilacija. Slike prikazuju sljedeće grafikone:

a - signal poruke u c (t);

b - signal nosioca u 0 (t);

c - omotač amplituda U m (t);

d - AM signal u (t).

Da biste razumjeli formiranje spektra AM signala, razmotrite jednostavan slučaj: jednotonsku amplitudno moduliranu oscilaciju. U ovom slučaju, modulirajući signal je harmoničan (jedan ton):

sa amplitudom U mc, frekvencijom i početnom fazom.

Envelope amplituda jednotonske AM oscilacije je kako slijedi:

gdje je maksimalni prirast amplitude. Trenutna vrijednost jednotonskog AM kolebanja

Veza se zove omjer dubine modulacije ili jednostavno faktor modulacije... Pošto je U m (t) > 0, zatim 0 < m < 1. Često se m mjeri kao postotak, zatim 0 < m < stotinu%. Uzimajući u obzir uvođenje koeficijenta modulacije, jednotonska modulirana oscilacija se može zapisati u obliku:

Grafikoni koji objašnjavaju proces jednotonske amplitudne modulacije prikazani su na Sl. 2.12.

Rice. 2.12. Jednotonska amplitudna modulacija

Za pronalaženje spektra jednotonskog amplitudno moduliranog signala potrebno je izvršiti sljedeće transformacije:

(2.20)

Prilikom izvođenja izraza (2.20) korištena je trigonometrijska formula

Dakle, kod jednotonske amplitudske modulacije signala nosioca, spektar sadrži tri komponente: jedna na frekvenciji nosioca ima amplitudu U m 0 i dvije na bočnim frekvencijama sa amplitudama mU m 0/2, u zavisnosti od koeficijenta modulacije; kod m < 1, njihove amplitude nisu veće od polovine amplitude harmonika nosioca. Početne faze oscilacija bočnih spektralnih komponenti se razlikuju od početna faza po iznosu. Na sl. 2.13 prikazuje grafikone ASF i PFC jednotonske amplitudno modulirane oscilacije.

Rice. 2.13. Spektar jednotonske amplitudno modulirane vibracije

Iz analize spektra proizilazi da je ASF paran u odnosu na frekvenciju, a PSF neparan u odnosu na tačku sa koordinatama (,).

Pod uslovom da su sve komponente spektra visokofrekventne, takav signal se može efikasno prenositi korišćenjem EMW.

Razmotrite energetske parametre jednotonskog AM signala. Prosječna snaga za period signala nosioca, dodijeljena na jediničnom otporu,

U nedostatku modulacije, ova snaga je

a tokom modulacije varira od

.

Ako je m = 100%, onda i P min = 0. Prosječna snaga signala tokom perioda modulacije bit će zbir snaga spektralnih komponenti

U slučaju m = 100% P cf = 1,5 P 0.

Pređimo na razmatranje opšti slučaj na takozvani višetonski AM signal. Modulirajući signal, odnosno signal poruke, ima spektar oblika (1.22)

.

Amplitudni omotač izgleda ovako:

gdje je maksimalni prirast amplitude n-tog harmonika modulirajućeg signala.

Izraz za višetonski AM signal će imati sljedeći oblik:

(2.23)

gdje je faktor modulacije n-tog harmonika modulirajućeg signala. Primjenom sličnih trigonometrijskih transformacija, kao što je urađeno za jednotonsku amplitudnu modulaciju, dobijamo

(2.24)

Izraz (2.24) predstavlja spektar amplitudno moduliranog signala. S obzirom na oscilaciju sa frekvencijom, postoje dva reda komponenti sa visokim i niskim bočnim frekvencijama. Ove komponente formiraju takozvane gornje i donje bočne trake spektra.

Nemoguće je prenijeti cijeli spektar AM signala putem informacijskog kanala sledeći razlozi... Prvo, nemoguće je stvoriti idealno linearno kolo u frekvencijskom domenu, vidi odjeljak 1.4. Drugo, sa povećanjem propusnog opsega linearni lanac omjer snage signala i snage šuma može se smanjiti (pogledajte odjeljak 1.5). Treće, propusni opseg, ako je moguće, treba da bude što manji, tako da u datom vremenu frekvencijski opseg koliko je radio linija (radio kanala) radilo, koji nisu uticali jedni na druge, odnosno nisu ometali jedni druge. Stoga je spektar signala ograničen na frekvenciju koja je najudaljenija od frekvencije nosećeg signala. Na sl. 2.14 prikazan je amplitudski spektar AM signala. Određuje se širina spektra maksimalna frekvencija u spektru modulirajućeg signala i iznosi 2. Približne vrijednosti širine spektra za neke AM signale prikazane su u tabeli. 1.1.