تئوری امواج رادیویی: مدولاسیون آنالوگ مدولاسیون فرکانس

بیان (1.27) نقطه شروع برای تعیین طیف ارتعاش با مدولاسیون زاویه ای هارمونیک است. برای ساده سازی عبارات، (1.27) را در قالب می پذیریم و بازنویسی می کنیم

عبارت (1.28) مجموع دو نوسان فرکانس مربعی را نشان می دهد که هر کدام در دامنه با فرکانس مدوله می شوند مدولاسیون زاویه ای معمولاً به باند باریک و باند پهن تقسیم می شود. به فرض که داریم

بنابراین، طیف سیگنال های باند باریک مدولاسیون زاویه ای مشابه طیف ساده ترین ارتعاش AM است که در شکل 1 نشان داده شده است. 1.2. این شامل مولفه های فرکانس حامل و دو فرکانس جانبی است. پارامتری که دامنه فرکانس های جانبی را تعیین می کند، در اینجا شاخص مدولاسیون است. عرض طیف مدولاسیون زاویه ای باند باریک مانند AM است: برابر است با دو برابر فرکانس مدولاسیون

علیرغم هویت طیف ها، ارتعاش مورد بررسی با ارتعاش AM متفاوت است، که نتیجه تفاوت در علائم (یعنی در تغییر فاز 180 درجه) اجزای فرکانس سمت پایین در عبارات (1.30) است. و (1.10). این بدان معنی است که می توان با چرخش فاز یکی از فرکانس های جانبی 180 درجه، شکل موج AM را به شکل موج FM با باند باریک تبدیل کرد. برای نشان دادن آنچه در شکل 2 گفته شد. 1.8a یک نمودار برداری از نوسانات AM ساخته شده است. با تغییر فاز فرکانس سمت پایین 180 درجه، نمودار برداری را در شکل به دست می آوریم. 1.86 که در آن انتهای بردار نوسان حاصل با فرکانس کم در امتداد یک خط افقی حرکت می کند که متناظر با تغییر فاز است در این حالت دامنه نیز تا حدودی تغییر می کند اما وقتی تغییر دامنه ناچیز باشد. . مطابق شکل 1.8 ب. با جایگزینی مماس ها با آرگومان های آنها در مقادیر کوچک، تغییر فاز مربوط به نوسان FM را به دست می آوریم.

در مورد مدولاسیون زاویه ای باند پهن، هر دو عبارت (1.29) و (1.30) نامعتبر هستند. ما باید طیف ارتعاش را مستقیماً از (1.28) تعیین کنیم. عبارات توابع تناوبی فرکانس هستند و بنابراین می توان آنها را در سری فوریه گسترش داد. اولی از این توابع زوج و دومی فرد است. در نظریه بسل

توابع، ثابت شده است که سری فوریه برای این توابع دارای فرم هستند

که در آن تابع بسل از اولین نوع ترتیب استدلال. 1.9 نمودارهای توابع بسل را نشان می دهد که با جایگزینی (1.31) به (1.28)، به دست می آوریم.

بنابراین، طیف نوسانات FM و FM که توسط یک سیگنال هارمونیک مدوله می‌شوند، گسسته، متقارن با توجه به و حاوی تعداد نامتناهی فرکانس‌های جانبی شکل با دامنه‌های برای، مشخص می‌شود که در شکل. 1.10. روابط بین توابع بسل در مرتبه های مختلف، و در نتیجه، بین دامنه های اجزای جانبی مختلف، توسط شاخص مدولاسیون تعیین می شود.

وجود تعداد بی نهایت زیادی از اجزای طیف جانبی به این معنی است که از نظر تئوری، طیف نوسانات FM و FM بی نهایت گسترده است. با این حال، تابع بسل، که با مقداری شروع می شود، به سرعت با افزایش کاهش می یابد، که در شکل 1 مشاهده می شود. 1.9 و 1.10. این اجازه می دهد تا طیف مفید (عملی) چنین سیگنال هایی به تعداد معینی از فرکانس های جانبی محدود شود. هنگام محدود کردن طیف، باید تأثیر دو عامل متناقض را در نظر گرفت: در یک باند فرکانس باریک تر، تأثیر تداخل ضعیف می شود، اما در عین حال به دلیل عدم وجود اجزای حذف شده، اعوجاج سیگنال افزایش می یابد. در عمل، یک راه حل سازش انتخاب می شود.

اگر خودمان را در طیف به اجزای جانبی محدود کنیم، که دامنه آنها از حداکثر دامنه مولفه طیفی تجاوز نمی کند (شکل 1.10 را ببینید)، سپس برای هر یک می توان عرض طیفی مربوطه را محاسبه کرد. معلوم خواهد شد که تا حدودی بزرگتر از شکل. 1.10 نتیجه می شود که برای 4 عرض طیف در شاخص های مدولاسیون بزرگ (از مرتبه ده ها

و صدها) عرض عملی طیف، محاسبه شده به روش مشابه، نزدیک به دو برابر انحراف فرکانس است.

در پایان بررسی موضوع پهنای طیف سیگنال های مدولاسیون زاویه ای هارمونیک، اجازه دهید بر تفاوت آن با بازه فرکانسی که فرکانس لحظه ای سیگنال در آن تغییر می کند تأکید کنیم:

1) عرض طیف نظری

2) ارزش عملی آن در معلوم می شود و تا حدودی بیشتر از آن است و فقط تقریباً برابر آن در نظر گرفته می شود (1.33).

اجازه دهید با استفاده از عبارت تقریبی (1.33) برای تعیین عرض طیف، تأثیر پارامترهای سیگنال تعدیل کننده را بر روی طیف نوسانات FM و FM در نظر بگیریم. هنگامی که دامنه X سیگنال تعدیل کننده تغییر می کند، طیف نوسانات FM و FM به همین ترتیب تغییر می کند. با افزایش X، افزایش متناسبی در شاخص مدولاسیون رخ می دهد، طیف به دلیل افزایش تعداد اجزای طیفی گسترش می یابد.

تغییر در فرکانس ارتعاش تعدیل کننده تأثیر متفاوتی بر تغییر در طیف ارتعاشات FM و FM دارد. با FM، این تغییر بر مقدار شاخص مدولاسیون، و در نتیجه، تعداد مولفه های طیفی تأثیر نمی گذارد (شکل 1.11a، b).

در FM، شاخص مدولاسیون با کاهش افزایش می یابد، که منجر به افزایش تعداد مولفه های طیفی می شود (شکل 1.11 c, d). در نتیجه، عرض طیف نوسانات FM تقریبا مستقل از فرکانس است و در FM به طور متناسب تغییر می کند.

به جای مدولاسیون دامنه، مانند AM، DSBSC و SSB، اطلاعات را می توان با تعدیل فرکانس یا فاز سیگنال حامل منتقل کرد:

FM و FM ارتباط نزدیکی با هم دارند و گاهی اوقات به طور جمعی از آنها به عنوان "مدولاسیون زاویه ای" یاد می شود. FM به عنوان یک نوع مدولاسیون مورد استفاده در باند پخش مایکروویو 88-108 مگاهرتز (باند VHF) شناخته شده است، در حالی که AM در باند پخش MHz استفاده می شود. هر کسی که یک گیرنده FM قابل تنظیم داشته باشد احتمالاً به "کاهش" نویز پس زمینه در دریافت FM توجه کرده است. این ویژگی (افزایش نسبت یا افزایش کانال) باعث می شود که FM پهنای باند برای انتقال با کیفیت بالا نسبت به AM ترجیح داده شود.

اطلاعات بیشتر در مورد FM: اگر انحراف فرکانس در مقایسه با فرکانس تعدیل کننده زیاد باشد (c) بالاترین فرکانس ها حفظ می شوند)، شما "FM پهنای باند" دارید، مانند باند پخش VHF. شاخص مدولاسیون، برابر با نسبت انحراف فرکانس به فرکانس تعدیل کننده، در این مورد بزرگتر از یک است. پهنای باند FM ترجیح داده می شود زیرا در شرایط دریافت صحیح به ازای هر دو برابر شدن انحراف FM 6 دسی بل افزایش می یابد. درست است، این پهنای باند کانال را افزایش می دهد، زیرا سیگنال با پهنای باند FM تقریباً جایی را اشغال می کند که حداکثر انحراف فرکانس حامل است. پخش FM در باند 88-108 مگاهرتز از حداکثر انحراف / dev استفاده می کند، یعنی هر ایستگاه یک باند حدودا را اشغال می کند. این توضیح می دهد که چرا FM پهنای باند، به عنوان مثال، در باند موج متوسط ​​AM (MHz) استفاده نمی شود: در این مورد، تنها شش ایستگاه در یک منطقه پخش معین می توانند در کل باند کار کنند.

برنج. 13.44. طیف پهنای باند FM.

طیف FM.

طیف نوسان حامل که با فرکانس مدوله شده توسط موج سینوسی، مشابه آنچه در شکل نشان داده شده است، است. 13.44. فرکانس‌های باند جانبی متعدد با مضرب فرکانس تعدیل‌کننده از فرکانس حامل جدا می‌شوند و دامنه آن‌ها توسط توابع بسل تعیین می‌شود. تعداد باندهای جانبی قابل توجه تقریباً با شاخص مدولاسیون مطابقت دارد. برای FM باند باریک (شاخص مدولاسیون فقط یک باند جانبی در هر طرف فرکانس حامل است. از نظر ظاهری مانند یک طیف AM به نظر می رسد، اما اگر فاز باندهای جانبی را در نظر بگیرید، معلوم می شود که این امواج دارای دامنه ثابت هستند و فرکانس متغیر و نه یک فرکانس ثابت و دامنه متغیر (AM) در FM پهن باند، دامنه حامل می‌تواند بسیار کوچک باشد و در نتیجه راندمان FM بالا باشد، به این معنی که بیشتر انرژی ارسالی در باندهای جانبی حامل اطلاعات موجود است.

تولید و شناسایی

FM به راحتی با تغییر پارامترهای عناصر مدار ژنراتور قابل تنظیم به دست می آید. varicap (دیودی که به عنوان یک خازن کنترل شده با ولتاژ (بخشی) استفاده می شود در اینجا ایده آل است. روش های دیگر شامل یکپارچه سازی سیگنال مدولاسیون و به دنبال آن مدولاسیون فاز است. در هر مورد بهتر است در انحرافات کوچک مدوله شود و سپس ضرب فرکانس برای افزایش شاخص اعمال شود. مدولاسیون این مبتنی بر این واقعیت است که نرخ انحراف فرکانس با ضرب فرکانس تغییر نمی کند، در حالی که خود مقدار انحراف با فرکانس حامل ضرب می شود.

برای تشخیص، از یک گیرنده سوپرهتروداین معمولی با دو ویژگی استفاده می شود. اولین مورد وجود یک محدود کننده در مرحله بهره نهایی IF است، در این مرحله دامنه ثابت است (اشباع). دوم، آشکارساز دنبال محدود کننده (به نام تفکیک کننده) باید انحرافات فرکانس را به دامنه تبدیل کند. در اینجا چند روش رایج تشخیص وجود دارد.

1. «آشکارساز فقط یک مدار LC موازی است که با توجه به فرکانس میانی به یک طرف تنظیم شده است. در نتیجه، منحنی حساسیت در برابر فرکانس در کل پهنای باند IF دارد. این FM را به AM تبدیل می کند و یک آشکارساز معمولی سپس AM را به فرکانس های صوتی تبدیل می کند. آشکارسازهای شیب پیشرفته از یک جفت بتا مدار متعادل استفاده می کنند که به طور متقارن در مرکز IF در یک راستا قرار دارند.

2. آشکارساز Foster-Seely یا نوع آن "ردیاب نسبت" شامل یک مدار تشدید منفرد است که به یک دستگاه دیود هوشمندانه متصل است تا یک دامنه خطی در مقابل فرکانس وابستگی خروجی در کل پهنای باند IF بدست آید. چنین تشخیص دهنده ها بهتر از آشکارسازهای شیب ساده هستند (شکل 13.45).

3. حلقه قفل فاز (PLL). این دستگاه فرکانس نوسانگر کنترل شده با ولتاژ داخلی را برای مطابقت با فرکانس سیگنال خروجی تغییر می دهد. در بخش توضیح داده شد. 9.31. اگر یک سیگنال IF در ورودی آن عمل کند، ولتاژ در مدار PLL که ژنراتور را کنترل می کند به صورت خطی به فرکانس سیگنال ورودی وابسته است، یعنی می توان از آن به عنوان خروجی فرکانس صوتی استفاده کرد.

4. مدار میانگین گیری که در آن سیگنال IF به دنباله ای از پالس های یکسان با فرکانس سیگنال ورودی تبدیل می شود.

برنج. 13.45. تبعیض کنندگان FM آشکارساز کسری A; آشکارساز مربعات متعادل B.

در نتیجه میانگین گیری این دنباله از پالس ها، سیگنالی در خروجی تولید می شود که متناسب با IF است، یعنی به سیگنال صوتی اضافه شده با یک جزء ثابت خاص.

5. "آشکارساز مربع متوازن" ترکیبی از آشکارساز فاز (به بخش های 9.27 و 9.31 مراجعه کنید) و یک مدار تغییر فاز می باشد. سیگنال IF از یک حلقه عبور می کند که در آن تغییر فاز به صورت خطی با فرکانس در باند عبور IF تغییر می کند (مدارها این عملکرد را به خوبی انجام می دهند). سیگنال‌های تغییر فاز و اولیه به یک آشکارساز فاز داده می‌شوند که در خروجی آن سیگنال متناسب با تغییر فاز نسبی تغییر می‌کند. این خروجی سیگنال صوتی مورد نظر است (شکل 13.45).

اغلب اشاره می شود که FM، اگر کانال دارای نسبت کافی باشد، دریافتی با نویز بسیار کمتری در مقایسه با AM فراهم می کند، جایی که تداخل با افزایش قدرت سیگنال اندکی کاهش می یابد. به یاد داشته باشید که اگر سیگنال های FM قبل از تشخیص، دامنه محدود شده باشند، این امر قابل درک می شود. در این حالت، سیستم نسبت به سیگنال‌های مزاحم و نویز که به صورت تغییرات دامنه روی سیگنال ارسالی قرار می‌گیرند، نسبتاً غیر حساس می‌شود.

روش های تجزیه و تحلیل سیگنال های اولیه در نظر گرفته شده در بالا، تعیین ویژگی های طیفی و انرژی آنها را ممکن می سازد. سیگنال های اولیه حامل های اصلی اطلاعات هستند. در عین حال، ویژگی های طیفی آنها با ویژگی های فرکانس کانال های انتقال سیستم های اطلاعات فنی رادیویی مطابقت ندارد. به عنوان یک قاعده، انرژی سیگنال های اولیه در ناحیه فرکانس پایین متمرکز می شود. بنابراین، به عنوان مثال، هنگام انتقال گفتار یا موسیقی، انرژی سیگنال اولیه تقریباً در محدوده فرکانس 20 هرتز تا 15 کیلوهرتز متمرکز می شود. در عین حال، محدوده طول موج دسی متر که به طور گسترده برای انتقال اطلاعات و برنامه های موسیقی استفاده می شود، فرکانس های 300 تا 3000 مگاهرتز را اشغال می کند. مشکل انتقال طیف سیگنال های اولیه به محدوده فرکانس رادیویی مربوطه برای انتقال آنها از طریق کانال های رادیویی ایجاد می شود. این کار با استفاده از یک عملیات مدولاسیون انجام می شود.

مدولاسیون روشی برای تبدیل سیگنال های اولیه فرکانس پایین به سیگنال های فرکانس رادیویی است..

روش مدولاسیون شامل سیگنال اولیه و برخی نوسانات کمکی است که نامیده می شود ارتعاش بلبرینگیا فقط یک حامل به طور کلی، روش مدولاسیون را می توان به صورت زیر نشان داد

قانون تبدیل (اپراتور) سیگنال اولیه به یک نوسان مدوله شده کجاست.

این قانون نشان می دهد که کدام پارامتر (یا چند پارامتر) از نوسان حامل بر اساس قانون تغییر تغییر می کند. از آنجایی که تغییر پارامترها را کنترل می کند، بنابراین، همانطور که در بخش اول ذکر شد، سیگنال یک سیگنال کنترلی (مدول کننده) است، اما یک سیگنال مدوله شده است. بدیهی است که با اپراتور نمودار ساختاری تعمیم یافته RTIS مطابقت دارد.

عبارت (4.1) به ما اجازه می دهد تا انواع مدولاسیون را طبقه بندی کنیم که در شکل نشان داده شده است. 4.1.

برنج. 4.1

به عنوان ویژگی های طبقه بندی، نوع (شکل) سیگنال کنترل، شکل موج حامل و نوع پارامتر کنترل شده موج حامل را انتخاب می کنیم.

در بخش اول، طبقه بندی سیگنال های اولیه انجام شد. در سیستم های اطلاعات مهندسی رادیو، سیگنال های پیوسته و دیجیتال بیشترین کاربرد را به عنوان سیگنال های اولیه (کنترلی) دارند. مطابق با این، با توجه به نوع سیگنال کنترل، می توان تشخیص داد مداومو گسستهمدولاسیون

در مهندسی رادیویی عملی، از نوسانات هارمونیک و توالی پالس به عنوان نوسانات حامل استفاده می شود. مطابق با شکل ارتعاش حامل، آنها متمایز می شوند مدولاسیون حامل هارمونیکو مدولاسیون پالس.

و در نهایت با توجه به شکل پارامتر کنترل شده نوسان حامل در مورد حامل هارمونیک می توان تشخیص داد دامنه, فرکانسو مدولاسیون فاز... بدیهی است که در این حالت دامنه، فرکانس یا فاز اولیه نوسان هارمونیک به ترتیب به عنوان یک پارامتر کنترل شده عمل می کنند. اگر یک دنباله پالس به عنوان یک موج حامل استفاده شود، آنالوگ مدولاسیون فرکانس است. مدولاسیون عرض پالس، که در آن پارامتر کنترل شده مدت زمان پالس است و آنالوگ مدولاسیون فاز است مدولاسیون پالس زمان، که در آن پارامتر کنترل شده موقعیت پالس در محور زمان است.

در سیستم های مهندسی رادیویی مدرن، موج هارمونیک بیشتر به عنوان موج حامل استفاده می شود. با توجه به این شرایط، در آینده توجه اصلی به سیگنال هایی با مدولاسیون پیوسته و گسسته یک حامل هارمونیک معطوف خواهد شد.

4.2. سیگنال های مدولاسیون دامنه پیوسته

اجازه دهید بررسی سیگنال‌های مدوله‌شده را با سیگنال‌هایی آغاز کنیم که پارامتر متغیر در آن‌ها است دامنهارتعاش حامل سیگنال مدوله شده در این مورد است دامنه مدوله شدهیا سیگنال مدوله شده دامنه (سیگنال AM).

همانطور که در بالا ذکر شد، توجه اصلی به سیگنال هایی می شود که ارتعاش حامل آنها یک ارتعاش هارمونیک فرم است.

دامنه ارتعاش حامل کجاست،

فرکانس موج حامل است.

ابتدا شکل موج های پیوسته را به عنوان شکل موج های باند پایه در نظر بگیرید. سپس سیگنال های مدوله شده سیگنال هایی با مدولاسیون دامنه پیوسته... چنین سیگنالی با عبارت توصیف می شود

پاکت سیگنال AM کجاست،

فاکتور مدولاسیون دامنه است.

از عبارت (4.2) نتیجه می شود که سیگنال AM حاصلضرب پوشش و تابع هارمونیک است. فاکتور مدولاسیون دامنه را مشخص می کند عمق مدولاسیونو به طور کلی با عبارت توصیف می شود

. (4.3)

بدیهی است که وقتی سیگنال فقط یک موج حامل باشد.

برای تجزیه و تحلیل دقیق تر از ویژگی های سیگنال های AM، اجازه دهید ساده ترین سیگنال AM را در نظر بگیریم، که در آن یک نوسان هارمونیک به عنوان یک سیگنال تعدیل کننده عمل می کند.

, (4.4)

که در آن، - به ترتیب دامنه و فرکانس سیگنال تعدیل کننده (کنترل)، و. در این مورد، سیگنال با عبارت توصیف می شود

, (4.5)

و سیگنال مدولاسیون دامنه تک تن نامیده می شود.

در شکل شکل موج 4.2 شکل موج باند پایه، شکل موج حامل و شکل موج را نشان می دهد.

برای چنین سیگنالی، ضریب عمق مدولاسیون دامنه است

با استفاده از رابطه مثلثاتی معروف

پس از تحولات ساده به دست می آوریم

بیان (4.6) ترکیب طیفی یک سیگنال AM تک رنگ را تنظیم می کند. اولین عبارت یک شکل موج بدون مدوله (شکل موج حامل) است. عبارت دوم و سوم مربوط به اجزای هارمونیک جدید است که در نتیجه مدولاسیون دامنه نوسان حامل ظاهر می شود. فرکانس این ارتعاشات و فرکانس‌های سمت پایین و بالا و خود اجزاء فرکانس سمت پایین و بالا نامیده می‌شوند.

دامنه های این دو نوسان یکسان و برابر است

, (4.7)

در شکل 4.3 طیف دامنه سیگنال AM تک تن را نشان می دهد. از این شکل به دست می آید که دامنه اجزای جانبی با توجه به دامنه و فاز اولیه موج حامل به طور متقارن قرار دارند. بدیهی است که عرض طیف یک سیگنال AM تک صدایی برابر با دو برابر فرکانس سیگنال کنترل است.

در حالت کلی، هنگامی که سیگنال کنترل با یک طیف دلخواه متمرکز در باند فرکانس از به مشخص می شود، ماهیت طیفی سیگنال AM اساساً با سیگنال تک آهنگ تفاوتی ندارد.

در شکل 4.4 طیف سیگنال کنترل و سیگنال با مدولاسیون دامنه را نشان می دهد. برخلاف سیگنال AM تک تن، طیف سیگنال AM دلخواه شامل نوارهای جانبی پایین و بالایی است. در این مورد، باند جانبی بالایی یک کپی از طیف سیگنال کنترل است که در امتداد محور فرکانس توسط

مقدار، و نوار کناری پایینی نمایش زکال از بالا است. بدیهی است که عرض طیف یک سیگنال AM دلخواه است

آن ها برابر با دو برابر فرکانس قطع بالای سیگنال کنترل است.

بیایید به سیگنال مدولاسیون دامنه تک تن برگردیم و ویژگی های انرژی آن را پیدا کنیم. میانگین توان سیگنال AM در طول دوره سیگنال کنترل با فرمول تعیین می شود:

. (4.9)

از آنجا که، a، قرار داده ایم ، جایی که . جایگزینی عبارت (4.6) به (4.9)، پس از تبدیل های ساده اما نسبتاً دشوار، با در نظر گرفتن این واقعیت و با استفاده از روابط مثلثاتی

در اینجا، عبارت اول میانگین قدرت ارتعاش حامل را مشخص می کند، و دوم - میانگین کل توان اجزای جانبی، یعنی.

از آنجایی که مجموع توان متوسط ​​اجزای جانبی به طور مساوی بین پایین و بالایی تقسیم می شود که از (4.7) نتیجه می شود، از این نتیجه می شود.

بنابراین، بیش از نیمی از توان (با در نظر گرفتن آن) برای انتقال موج حامل در سیگنال AM نسبت به انتقال اجزای جانبی صرف می شود. از آنجایی که اطلاعات دقیقاً در اجزای جانبی تعبیه شده است، انتقال جزء ارتعاش حامل از نقطه نظر انرژی غیرعملی است. جستجوی روش‌های مؤثرتر برای استفاده از اصل مدولاسیون دامنه منجر به سیگنال‌های مدولاسیون دامنه متعادل و تک باند می‌شود.

4.3. سیگنال های متعادل و SSB

سیگنال های مدولاسیون دامنه متعادل (BAM) با عدم وجود یک جزء ارتعاش حامل در طیف مشخص می شوند. اجازه دهید مستقیماً به بررسی سیگنال‌های مدولاسیون متعادل تک تونی بپردازیم، زمانی که یک سیگنال هارمونیک شکل (4.4) به عنوان یک نوسان کنترل عمل می‌کند. حذف از (4.6) جزء ارتعاش حامل

منجر به نتیجه می شود

بیایید توان متوسط ​​سیگنال مدولاسیون متعادل را محاسبه کنیم. جایگزینی (4.12) به (4.9) پس از تبدیل ها بیان می شود

.

بدیهی است که افزایش انرژی در هنگام استفاده از سیگنال های مدولاسیون متعادل در مقایسه با مدولاسیون دامنه کلاسیک برابر با

در این صورت سود است.

در شکل شکل 4.5 یکی از انواع بلوک دیاگرام ژنراتور سیگنال مدولاسیون دامنه متعادل را نشان می دهد. شکل دهنده شامل:

• Inv1، Inv2 - اینورترهای سیگنال (دستگاه هایی که قطبیت ولتاژها را به عکس تغییر می دهند).
• AM1، AM2 - تعدیل کننده های دامنه؛
• SM - جمع کننده.

نوسان فرکانس حامل مستقیماً به ورودی مدولاتورهای AM1 و AM2 وارد می شود. در مورد سیگنال کنترل، مستقیماً به ورودی دوم AM1 و از طریق اینورتر Inv1 به ورودی دوم AM2 می رود. در نتیجه نوسانات فرم در خروجی مدولاتورها تشکیل می شود

ورودی های جمع کننده به ترتیب نوسانات و ... سیگنال حاصل در خروجی جمع کننده خواهد بود

در مورد مدولاسیون دامنه تک تن، عبارت (4.13) شکل می گیرد

با استفاده از فرمول حاصل ضرب کسینوس، پس از تبدیل ها به دست می آوریم

که تا یک عامل ثابت با (4.12) منطبق است. بدیهی است که عرض طیف سیگنال های BAM برابر با عرض طیف سیگنال های AM است.

مدولاسیون دامنه متعادل، انتقال موج حامل را حذف می کند و در نتیجه انرژی دریافت می کند. با این حال، هر دو باند جانبی (باندهای جانبی در مورد یک تن AM) دارای اطلاعات یکسانی هستند. این نتیجه گیری در مورد توصیه تولید و ارسال سیگنال با سرکوب یکی از باندهای جانبی را نشان می دهد. در این حالت به مدولاسیون دامنه تک باند جانبی (OAM) می رسیم.

اگر یکی از اجزای جانبی (مثلاً جزء جانبی بالایی) از طیف سیگنال BAM خارج شود، در مورد سیگنال کنترل هارمونیک، ما به دست می آوریم.

از آنجایی که میانگین توان سیگنال BAM به طور مساوی بین اجزای جانبی تقسیم می شود، بدیهی است که میانگین توان سیگنال OAM خواهد بود.

افزایش انرژی در مقایسه با مدولاسیون دامنه خواهد بود

و در آن برابر خواهد بود.

تشکیل سیگنال AM تک باندی را می توان بر اساس تهویه کننده سیگنال مدولاسیون متعادل انجام داد. بلوک دیاگرام یک مولد سیگنال AM تک باندی در شکل نشان داده شده است. 4.6.

تهویه کننده سیگنال SSB شامل:

سیگنال های زیر در ورودی های BAM1 دریافت می شوند:

سپس در خروجی آن مطابق با (4.15) سیگنالی تولید می شود

سیگنال ها در ورودی های BAM2 دریافت می شوند

و .

از خروجی BAM2، نوسان شرح داده شده مطابق با (4.14) با جایگزینی کسینوس توسط سینوس حذف می شود.

با در نظر گرفتن رابطه مثلثاتی معروف

سیگنال خروجی BAM2 به فرم تبدیل می شود

اضافه کردن سیگنال های (4.17) و (4.18) در جمع کننده SM می دهد

که تا یک عامل ثابت با (4.16) منطبق است. در مورد ویژگی های طیفی، عرض طیف سیگنال های OAM نصف طیف سیگنال های AM یا BAM است.

بنابراین، AM با یک باند یکسان و یک طرفه، در مقایسه با AM کلاسیک و مدولاسیون متعادل، انرژی قابل توجهی را ارائه می دهد. در عین حال، اجرای سیگنال‌های مدولاسیون دامنه متعادل و باند تک طرفی با برخی مشکلات مربوط به نیاز به بازیابی موج حامل هنگام پردازش سیگنال‌ها در سمت گیرنده همراه است. این مشکل توسط دستگاه های هماهنگ کننده طرف فرستنده و گیرنده حل می شود که به طور کلی منجر به عارضه تجهیزات می شود.

4.4. سیگنال های مدوله شده با زاویه پیوسته

4.4.1. تعمیم سیگنال های مدوله شده با زاویه

در بخش قبل، روش مدولاسیون در نظر گرفته شد، زمانی که پارامتر اطلاعات مطابق با قانون سیگنال کنترل (مدولاسیون)، دامنه موج حامل تغییر کرد. با این حال، علاوه بر دامنه، ارتعاش حامل با فرکانس و فاز اولیه نیز مشخص می شود.

فاز کل موج حامل کجاست که مقدار فعلی زاویه فاز را تعیین می کند.

تغییر یا با توجه به سیگنال کنترل مربوط به مدولاسیون زاویه ای... بنابراین، مفهوم مدولاسیون زاویه ای هر دو را شامل می شود فرکانس(جام جهانی) و فازمدولاسیون (FM).

بیایید روابط تحلیلی تعمیم یافته برای سیگنال ها با مدولاسیون زاویه را در نظر بگیریم. در مدولاسیون فرکانسمطابق با سیگنال کنترل، فرکانس لحظه ای نوسان حامل در محدوده از فرکانس های پایین تر به فرکانس های قطع تغییر می کند.

بزرگترین مقدار انحراف فرکانس از نامیده می شود انحراففرکانس

.

اگر فرکانس های قطع به طور متقارن قرار گیرند، انحراف فرکانس

. (4.22)

این مورد از مدولاسیون فرکانس است که در موارد زیر مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

قانون کل تغییر فاز به عنوان انتگرال فرکانس لحظه ای تعریف می شود. سپس با در نظر گرفتن (4.21) و (4.22) می توانیم بنویسیم

با جایگزینی (4.23) به (4.20)، یک عبارت تحلیلی تعمیم یافته برای سیگنال با مدولاسیون فرکانس به دست می آوریم.

مدت، اصطلاح جزء مدولاسیون فرکانس کل فاز است. اطمینان از آن آسان است فاز کاملتغییرات سیگنال مدوله شده فرکانس توسط قانون انتگرالاز جانب.

در مدولاسیون فازمطابق با سیگنال تعدیل کننده، فاز اولیه نوسان حامل در محدوده از مقادیر حدی پایین تا بالای فاز تغییر می کند.

بزرگترین انحراف تغییر فاز از انحراف فاز نامیده می شود. اگر و به طور متقارن با توجه به قرار دارند، پس ... در این حالت فاز کل سیگنال مدوله شده فاز است

سپس، با جایگزینی (4.26) به (4.20)، یک بیان تحلیلی تعمیم یافته برای سیگنال با مدولاسیون فاز به دست می آوریم.

اجازه دهید در نظر بگیریم که فرکانس لحظه ای سیگنال در طول مدولاسیون فاز چگونه تغییر می کند. مشخص است که فرکانس لحظه ای و میدان جریان هستند

فاز با رابطه مرتبط هستند

.

با جایگزینی فرمول (4.26) در این عبارت و انجام عملیات تمایز، به دست می آوریم

جایی که - جزء فرکانس به دلیل وجود مدولاسیون فاز نوسان حامل (4.20).

بنابراین، تغییر در فاز اولیه موج حامل منجر به تغییر مقادیر فرکانس لحظه ای بر اساس قانون مشتق زمانی می شود.

اجرای عملی دستگاه های تولید سیگنال های مدولاسیون زاویه ای را می توان با یکی از دو روش انجام داد: مستقیم یا غیر مستقیم. در روش مستقیم، مطابق با قانون تغییر سیگنال کنترل، پارامترهای مدار نوسانی اسیلاتور حامل تغییر می کند. سپس سیگنال خروجی فرکانس مدوله می شود. برای به دست آوردن سیگنال مدولاسیون فاز، یک مدار متمایز کننده در ورودی مدولاتور فرکانس روشن می شود.

سیگنال های مدولاسیون فاز با روش مستقیم با تغییر پارامترهای مدار نوسانی تقویت کننده متصل به خروجی نوسان ساز حامل تشکیل می شوند. برای تبدیل سیگنال های مدولاسیون فاز به سیگنال مدولاسیون فرکانس، نوسان کنترلی از طریق یک مدار یکپارچه به ورودی مدولاتور فاز اعمال می شود.

روش‌های غیرمستقیم بر تأثیر مستقیم سیگنال کنترل بر پارامترهای مدار نوسانی دلالت نمی‌کنند. یکی از روش‌های غیرمستقیم مبتنی بر تبدیل سیگنال‌های مدوله‌شده با دامنه به سیگنال‌های مدولاسیون فاز و آن‌ها به نوبه خود به سیگنال‌های مدولاسیون فرکانس است. با جزئیات بیشتر، مسائل مربوط به تشکیل سیگنال های فرکانس و مدولاسیون فاز در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

4.4.2. سیگنال های مدوله شده فرکانس

ما تجزیه و تحلیل خود را از ویژگی های سیگنال های مدوله شده زاویه ای با بررسی مدولاسیون فرکانس تک تن آغاز می کنیم. سیگنال کنترل در این مورد یک نوسان دامنه واحد است (همیشه می توان آن را به این شکل کاهش داد)

, (4.29)

و پارامتر مدوله شده موج حامل فرکانس لحظه ای است. سپس با جایگزینی (4.29) به (4.24)، به دست می آوریم:

پس از انجام عملیات یکپارچه سازی، به عبارت زیر برای سیگنال مدولاسیون فرکانس تک تن می رسیم.

نگرش

تماس گرفت فهرست مطالبمدولاسیون فرکانس و به معنای فیزیکی بخشی از انحراف فرکانس در واحد فرکانس سیگنال تعدیل کننده است. به عنوان مثال، اگر انحراف فرکانس حامل در مگاهرتز باشد و فرکانس سیگنال کنترل کیلوهرتز است، سپس شاخص مدولاسیون فرکانس خواهد بود. در بیان (4.30)، فاز اولیه به عنوان فاقد اهمیت اساسی در نظر گرفته نشده است.

نمودار زمان بندی سیگنال برای FM تک صدایی در شکل نشان داده شده است. 4.7

ما با یک مورد خاص شروع به بررسی ویژگی های طیفی سیگنال FM خواهیم کرد کم اهمیتشاخص مدولاسیون فرکانس با استفاده از نسبت

ما (4.30) را در فرم نشان می دهیم

از آنجایی که پس از آن می توانید از نمایش های تقریبی استفاده کنید

و عبارت (4.31) شکل می گیرد

با استفاده از رابطه مثلثاتی معروف

و قرار دادن و، دریافت می کنیم:

این عبارت شبیه عبارت (4.6) برای یک سیگنال AM تک صدایی است. تفاوت این است که اگر در سیگنال AM تک صدایی فازهای اولیه اجزای جانبی باشد همان هستند، سپس در یک سیگنال FM تک صدایی در شاخص های مدولاسیون فرکانس پایین آنها با یک زاویه متفاوت است، یعنی در آنتی فاز هستند

نمودار طیفی چنین سیگنالی در شکل نشان داده شده است. 4.8

مقادیر فاز اولیه اجزای جانبی در براکت نشان داده شده است. بدیهی است که عرض طیف سیگنال FM در شاخص های کوچک مدولاسیون فرکانس برابر است با

.

سیگنال های با مدولاسیون فرکانس پایین به ندرت در مهندسی رادیویی عملی استفاده می شوند.

در سیستم های مهندسی رادیویی واقعی، شاخص مدولاسیون فرکانس به طور قابل توجهی از واحد فراتر می رود.

به عنوان مثال، در سیستم های ارتباطی موبایل آنالوگ مدرن که از سیگنال های مدولاسیون فرکانس برای انتقال پیام های صوتی در فرکانس بالای سیگنال گفتار در کیلوهرتز و انحراف فرکانس استفاده می کنند. کیلوهرتز، شاخص، همانطور که به راحتی قابل مشاهده است، به مقدار ~ 3-4 می رسد. در سیستم های پخش VHF، شاخص مدولاسیون فرکانس می تواند از مقدار 10 تجاوز کند. بنابراین، اجازه دهید ویژگی های طیفی سیگنال های FM را در مقادیر دلخواه مقدار در نظر بگیریم.

به بیان بازگردیم (4.32). انواع زیر از تجزیه شناخته شده است

تابع بسل از نوع اول مرتبه کجاست.

با جایگزینی این عبارات در (4.32)، پس از تبدیل های ساده اما نسبتاً دست و پا گیر با استفاده از روابط مکرر ذکر شده از محصولات کسینوس و سینوس، به دست می آوریم.

(4.36)

جایی که .

عبارت حاصل تجزیه یک سیگنال FM تک صدایی به اجزای هارمونیک است، به عنوان مثال. طیف دامنه اولین عبارت این عبارت جزء طیفی نوسان فرکانس حامل با دامنه است. ... اولین مجموع بیان (4.35) اجزای جانبی را با دامنه و فرکانس مشخص می کند، یعنی. باند جانبی پایین، و جمع دوم نوارهای جانبی با دامنه و فرکانس است، یعنی. نوار سمت بالایی طیف

نمودار طیفی سیگنال FM برای یک سیگنال دلخواه در شکل نشان داده شده است. 4.9.

اجازه دهید ماهیت طیف دامنه سیگنال FM را تجزیه و تحلیل کنیم. اول از همه، توجه می کنیم که طیف با توجه به فرکانس ارتعاش حامل متقارن است و از نظر تئوری بی نهایت است.

اجزای نوارهای جانبی در فاصله Ω از یکدیگر قرار دارند و دامنه آنها به شاخص مدولاسیون فرکانس بستگی دارد. و در نهایت برای مولفه های طیفی فرکانس های ضلع پایین و بالایی با اندیس های زوج، فازهای اولیه منطبق هستند و برای مولفه های طیفی با اندیس های فرد با یک زاویه تفاوت دارند.

جدول 4.1 مقادیر تابع بسل را برای انواع مختلف نشان می دهد منو . بیایید به جزء ارتعاش حامل توجه کنیم. دامنه این مولفه است ... از جدول 4.1 نتیجه می گیرد که در دامنه، i.e. جزء طیفی ارتعاش حامل در طیف سیگنال FM وجود ندارد. اما این بدان معنا نیست که هیچ نوسان حاملی در سیگنال FM وجود ندارد (4.30). انرژی ارتعاش حامل به سادگی بین اجزای نوارهای جانبی توزیع می شود.

جدول 4.1

همانطور که قبلاً در بالا تأکید شد، طیف FM - سیگنال از نظر تئوری بی نهایت است. در عمل، پهنای باند دستگاه های رادیویی همیشه محدود است. اجازه دهید عرض عملی طیفی را تخمین بزنیم که در آن بازتولید سیگنال FM می تواند بدون تحریف در نظر گرفته شود.

توان متوسط ​​سیگنال FM به عنوان مجموع میانگین توان مولفه های طیفی تعریف می شود.

محاسبات نشان داد که حدود 99 درصد از انرژی سیگنال FM در اجزای فرکانس با اعداد متمرکز است. این بدان معنی است که اجزای فرکانس با اعداد می توان نادیده گرفت. سپس عرض عملی طیف برای یک FM تک صدایی، با در نظر گرفتن تقارن آن با توجه به

و برای مقادیر بزرگ

آن ها برابر با دو برابر انحراف فرکانس.

بنابراین، عرض طیف سیگنال FM تقریباً چند برابر بیشتر از عرض طیف سیگنال AM است. در عین حال برای انتقال اطلاعات نیز از آن استفاده می شود تمام انرژیعلامت. این مزیت سیگنال های FM نسبت به سیگنال های AM است.

4.5. سیگنال های مدوله شده گسسته

سیگنال های فوق با مدولاسیون پیوسته عمدتاً در پخش رادیویی، رادیو تلفن، تلویزیون و غیره استفاده می شوند. در عین حال، گذار به فناوری های دیجیتال در مهندسی رادیو، از جمله در زمینه های فوق، منجر به استفاده گسترده از سیگنال ها با مدولاسیون یا دستکاری گسسته شده است. از آنجایی که از نظر تاریخی، سیگنال‌های مدولاسیون گسسته برای اولین بار برای انتقال پیام‌های تلگراف استفاده می‌شد، به این سیگنال‌ها سیگنال‌های تلگراف با دامنه (AT)، فرکانس (FT) و فاز (FT) نیز می‌گویند. در زیر، هنگام توصیف سیگنال های مربوطه، از این مخفف برای تشخیص آنها از سیگنال های با مدولاسیون پیوسته استفاده می شود.

4.5.1. سیگنال های مدوله شده با دامنه گسسته

سیگنال‌های مدولاسیون دامنه گسسته از این جهت مشخص می‌شوند که دامنه شکل موج حامل مطابق با سیگنال کنترلی تغییر می‌کند، که دنباله‌ای از پالس‌ها معمولاً مستطیلی شکل است. هنگام مطالعه ویژگی های سیگنال با مدولاسیون پیوسته، یک سیگنال هارمونیک به عنوان سیگنال کنترل در نظر گرفته شد. بر اساس قیاس با این، برای سیگنال هایی با مدولاسیون گسسته به عنوان سیگنال کنترل، از یک دنباله تناوبی از پالس های مستطیلی استفاده می کنیم.

بدیهی است که به شرح زیر است از (4.39)، مدت زمان پالس، و چرخه وظیفه است.

در شکل 4.10 نمودارهای سیگنال کنترل، نوسانات حامل و سیگنال کلیدی تغییر دامنه را نشان می دهد. از این پس، فرض می کنیم که دامنه پالس های سیگنال کنترل برابر است و فاز اولیه نوسان حامل است. سپس سیگنال با مدولاسیون دامنه گسسته را می توان به صورت زیر نوشت

پیش از این، گسترش دنباله ای از پالس های مستطیلی در سری فوریه (2.13) به دست آمده بود. برای مورد مورد بررسی و بیان (2.13) شکل می گیرد

با جایگزینی (4.41) به (4.40) و با استفاده از فرمول حاصلضرب کسینوس، به دست می‌آییم:

در شکل 4.11 طیف دامنه یک دامنه سیگنال مدوله شده توسط دنباله ای از پالس های مستطیلی را نشان می دهد. این طیف شامل یک مولفه فرکانس حامل با دامنه و دو باند جانبی است که هر یک از آنها شامل تعداد نامتناهی مولفه هارمونیک است که در فرکانس هایی قرار دارند که دامنه آنها مطابق قانون تغییر می کند. ... باندهای جانبی، مانند مورد AM پیوسته، با توجه به مولفه طیفی فرکانس حامل منعکس می شوند. صفرهای طیف دامنه سیگنال AT با صفرهای طیف دامنه سیگنال مطابقت دارد، اما توسط به چپ و راست منتقل می شوند.

با توجه به اینکه بخش اصلی انرژی سیگنال کنترل در لوب اول طیف متمرکز است، عرض عملی طیف در مورد مورد بررسی، بر اساس شکل 1. 4.11 را می توان به صورت تعریف کرد

. (4.43)

این نتیجه با محاسبات طیف ارائه شده در [L.4] مطابقت دارد، جایی که نشان داده شده است که بیشتر توان در اجزای جانبی با فرکانس و.

4.5.2. سیگنال های مدوله شده فرکانس گسسته

هنگام تجزیه و تحلیل سیگنال ها با مدولاسیون زاویه ای گسسته، استفاده از یک دنباله دوره ای از پالس های مستطیلی شکل "پیچ پیچ" به عنوان سیگنال تعدیل کننده راحت است. سپس سیگنال کنترل در بازه زمانی مقدار را می گیرد ، و در بازه زمانی - مقدار. دوباره، همانطور که در تجزیه و تحلیل سیگنال های AT، ما فرض می کنیم.

همانطور که از بخش 4.3.1 زیر آمده است، یک سیگنال با مدولاسیون فرکانس با عبارت (4.24) توضیح داده شده است. سپس با در نظر گرفتن این نکته که در بازه سیگنال کنترل و در بازه سیگنال کنترل، پس از انجام عملیات یکپارچه سازی، عبارت سیگنال QT را به دست می آوریم.

شکل 4.12 نمودارهای زمان بندی سیگنال کنترل، شکل موج حامل و سیگنال مدولاسیون فرکانس گسسته را نشان می دهد.

از سوی دیگر، سیگنال FT، همانطور که در شکل زیر است. 4.12 را می توان با مجموع دو سیگنال مدولاسیون دامنه گسسته و فرکانس نوسانات حامل که به ترتیب برابر است نشان داد.

,

یکی دیگر از انواع متداول مدولاسیون مورد استفاده در ارتباطات رادیویی مدولاسیون فرکانس (FM) است که در آن فرکانس حامل مطابق با سیگنال باند پایه تغییر می کند (شکل 15.1).

برنج. 15.1.مدولاسیون فرکانس.

توجه داشته باشید که دامنه حامل ثابت می ماند در حالی که فرکانس تغییر می کند.

انحراف فرکانس

انحراف فرکانس نرخی است که در آن فرکانس حامل زمانی که سطح سیگنال 1 ولت تغییر می کند تغییر می کند. برای مثال فرض کنید که یک حامل 1000 کیلوهرتز قرار است با یک سیگنال موج مربعی 5 ولت مدوله شود (شکل 15.2). بیایید همچنین فرض کنیم که انحراف فرکانس 10 کیلوهرتز / ولت است. سپس، در بازه زمانی A تا B، فرکانس حامل 5 · 10 = 50 کیلوهرتز (مصادف دامنه سیگنال و انحراف فرکانس) افزایش می یابد و برابر با 1000 کیلوهرتز + 50 کیلوهرتز = 1050 کیلوهرتز می شود. در بازه زمانی B تا C، فرکانس حامل به همان میزان تغییر می کند، یعنی 5 · 10 = 50 کیلو هرتز، اما این بار در جهت منفی با کاهش فرکانس حامل به 1000 - 50 = 950 کیلوهرتز تغییر می کند.

برنج. 15.2.

حداکثر انحراف

تغییر در فرکانس حامل با تغییر در سطح سیگنال باید به حداکثر مقدار معینی محدود شود که بیش از آن غیرقابل قبول است. این مقدار حداکثر انحراف نامیده می شود. به عنوان مثال، پخش FM BBC از انحراف فرکانس 15 کیلوهرتز / ولت و حداکثر انحراف 75 کیلوهرتز استفاده می کند. حداکثر مقدار سیگنال تعدیل کننده با حداکثر انحراف مجاز تعیین می شود.

حداکثر انحراف 75±

حداکثر سیگنال = -------------- = - = ± 5 ولت

انحراف فرکانس 15

یا به عبارت دیگر 5 ولت به ناحیه مثبت یا منفی.

فرکانس های جانبی و پهنای باند

اگر فرکانس حامل با یک سیگنال هارمونیک مدوله شود، تعداد نامحدودی فرکانس جانبی تولید می شود. با دور شدن فرکانس این اجزا از فرکانس حامل به تدریج دامنه اجزای جانبی کاهش می یابد.

بنابراین، برای جا دادن همه باندهای جانبی، پهنای باند سیستم FM باید بی نهایت باشد. در عمل، اجزای باند جانبی با دامنه کوچک سیگنال FM را می توان بدون ایجاد اعوجاج قابل توجه دور انداخت. به عنوان مثال، پخش FM BBC با استفاده از پهنای باند 250 کیلوهرتز انجام می شود.

مقایسهصبح- و سیستم های مدولاسیون FM

فرکانس دامنه

مدولاسیون مدولاسیون

1. دامنه حامل با هم تغییر می کند باقی می ماند

با یک سیگنال ثابت

2. فرکانس های جانبی دو برای هر بی نهایت

فرکانس در تعداد طیف

علامت

3. پهنای اشغال شده توسط پهنای باند 9 کیلوهرتز 250 کیلوهرتز

4. محدوده فرکانس DV, SV. KB VHF

مزایای مدولاسیون فرکانس

پخش FM مزایای زیر را نسبت به انتقال برنامه AM دارد.

1. سیستم FM بهترین کیفیت صدا را ارائه می دهد. این به دلیل پهنای باند فرکانسی بزرگ سیگنال FM است که تعداد بسیار بیشتری از هارمونیک ها را پوشش می دهد.

2. انتقال FM به سطح نویز بسیار پایینی دست می یابد. نویز سیگنال های ناخواسته ای است که در خروجی ظاهر می شود، معمولاً به شکل تغییر در دامنه حامل. در یک سیستم FM، این سیگنال ها به راحتی با محدود کردن دامنه حامل دو جهته حذف می شوند. اطلاعات حمل شده توسط فرکانس در حال تغییر به طور کامل حفظ می شود.

این ویدیو در مورد مدولاسیون فرکانس صحبت می کند:

سلسله مقالات آموزشی عمومی را با عنوان کلی «نظریه امواج رادیویی» ادامه می دهیم.
در مطالب قبلی با امواج و آنتن های رادیویی آشنا شدیم: بیایید نگاهی دقیق تر به مدولاسیون سیگنال رادیویی بیندازیم.

در چارچوب این مقاله، مدولاسیون آنالوگ از انواع زیر در نظر گرفته خواهد شد:

• مدولاسیون دامنه
• مدولاسیون دامنه با یک باند جانبی
• مدولاسیون فرکانس
• مدولاسیون فرکانس خطی
• مدولاسیون فاز
• مدولاسیون فاز دیفرانسیل

مدولاسیون دامنه

با مدولاسیون دامنه، پوشش دامنه های نوسان حامل مطابق قانون تغییر می کند که با قانون پیام ارسال شده مطابقت دارد. فرکانس و فاز موج حامل در این حالت تغییر نمی کند.

یکی از پارامترهای اصلی AM ضریب مدولاسیون (M) است.
شاخص مدولاسیون نسبت تفاوت بین حداکثر و حداقل مقادیر دامنه سیگنال مدوله شده به مجموع این مقادیر (%) است.
به بیان ساده، این ضریب نشان می دهد که مقدار دامنه ارتعاش حامل در یک لحظه معین چقدر از مقدار متوسط ​​انحراف دارد.
هنگامی که ضریب مدولاسیون بیشتر از 1 باشد، اثر مدولاسیون بیش از حد رخ می دهد که منجر به اعوجاج سیگنال می شود.

طیف AM

این طیف مشخصه یک نوسان فرکانس ثابت تعدیل کننده است.

در نمودار، محور X نشان دهنده فرکانس، محور Y نشان دهنده دامنه است.
برای AM علاوه بر دامنه فرکانس بنیادی واقع در مرکز، مقادیر دامنه های سمت راست و چپ فرکانس حامل نیز ارائه می شود. اینها به اصطلاح نوارهای سمت چپ و راست هستند. آنها از فرکانس حامل در فاصله ای برابر با فرکانس مدولاسیون فاصله دارند.
فاصله از نوار سمت چپ به سمت راست نامیده می شود عرض طیف.
در حالت عادی، با ضریب مدولاسیون<=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.
فقط نوارهای جانبی بالایی یا پایینی طیف حاوی اطلاعات مفیدی هستند. جزء اصلی طیفی - حامل، اطلاعات مفیدی را حمل نمی کند. توان فرستنده با مدولاسیون دامنه، به دلیل کمبود محتوای اطلاعاتی اساسی ترین عنصر طیف، بیشتر صرف "گرم کردن هوا" می شود.

مدولاسیون دامنه با یک باند جانبی

به دلیل ناکارآمدی مدولاسیون AM کلاسیک، مدولاسیون AM با یک باند جانبی اختراع شد.
ماهیت آن در حذف حامل و یکی از باندهای جانبی از طیف است، در حالی که تمام اطلاعات لازم در امتداد باند جانبی باقی مانده منتقل می شود.

اما به شکل خالص خود در پخش رادیویی داخلی، این گونه ریشه نگرفت، زیرا گیرنده باید حامل را با وفاداری بسیار بالا سنتز کند. مورد استفاده در تجهیزات فشرده سازی و رادیو آماتور.
در پخش، AM بیشتر با یک باند جانبی و یک حامل تا حدی سرکوب شده استفاده می شود:

با این مدولاسیون، نسبت کیفیت / کارایی به بهترین وجه به دست می آید.

مدولاسیون فرکانس

نوعی مدولاسیون آنالوگ که در آن فرکانس حامل بر اساس قانون مدولاسیون سیگنال فرکانس پایین تغییر می کند. در این حالت دامنه ثابت می ماند.

الف) - فرکانس حامل، ب) سیگنال تعدیل، ج) نتیجه مدولاسیون

بیشترین انحراف فرکانس از مقدار میانگین نامیده می شود انحراف.
در حالت ایده آل، انحراف باید مستقیماً با دامنه شکل موج تعدیل کننده متناسب باشد.

طیف مدوله شده فرکانس به صورت زیر است:

متشکل از حامل است و به طور متقارن از آن به سمت راست و چپ از هارمونیک های باندهای جانبی در فرکانس مضربی از فرکانس نوسان تعدیل کننده عقب مانده است.
این طیف نشان دهنده ارتعاش هارمونیک است. در مورد مدولاسیون واقعی، طیف دارای خطوط پیچیده تری است.
بین مدولاسیون FM پهن باند و باند باریک تمایز قائل شوید.
در پهنای باند - طیف فرکانس ها به طور قابل توجهی از فرکانس سیگنال تعدیل کننده فراتر می رود. در پخش FM استفاده می شود.
در ایستگاه های رادیویی، عمدتاً از مدولاسیون FM با باند باریک استفاده می شود که نیاز به تنظیم دقیق گیرنده دارد و بر این اساس، از تداخل بیشتر محافظت می شود.
طیف پهنای باند و باند باریک FM در زیر ارائه شده است.

طیف باند باریک FM شبیه مدولاسیون دامنه است، اما وقتی فاز باندهای جانبی را در نظر می گیریم، به نظر می رسد این امواج دارای دامنه ثابت و فرکانس متغیر هستند تا فرکانس ثابت و دامنه متغیر (AM). با پهنای باند FM، دامنه حامل می تواند بسیار کوچک باشد و در نتیجه کارایی FM بالا باشد. این بدان معنی است که بیشتر انرژی ارسال شده در فرکانس های جانبی حامل اطلاعات موجود است.

مزایای اصلی FM نسبت به AM راندمان انرژی و ایمنی در برابر نویز است.

به عنوان یک نوع FM، مدولاسیون فرکانس خطی متمایز می شود.
ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که فرکانس سیگنال حامل به صورت خطی تغییر می کند.

اهمیت عملی سیگنال های مدوله شده با فرکانس خطی (LFM) در امکان فشرده سازی قابل توجه سیگنال در طول دریافت با افزایش دامنه آن بالاتر از سطح نویز نهفته است.
Chirp در رادار استفاده می شود.

مدولاسیون فاز

در واقعیت، اصطلاح کلیدسازی تغییر فاز بیشتر استفاده می شود. عمدتاً مدولاسیون سیگنال های گسسته را تولید می کند.
منظور از FM این است که فاز حامل به طور ناگهانی با رسیدن سیگنال گسسته بعدی متفاوت از سیگنال قبلی تغییر می کند.

از طیف می توانید عدم وجود تقریباً کامل حامل را مشاهده کنید که نشان دهنده راندمان انرژی بالا است.
نقطه ضعف این مدولاسیون این است که یک خطا در یک نماد می تواند منجر به دریافت نادرست تمام نمادهای بعدی شود.

کلید زدن تغییر فاز دیفرانسیل

در مورد این مدولاسیون، فاز با هر تغییر در مقدار پالس تعدیل کننده تغییر نمی کند، بلکه با تغییر در اختلاف تغییر می کند. در این مثال، پس از ورود، هر "1".

مزیت این نوع مدولاسیون این است که در صورت بروز خطای تصادفی در یک نماد، این امر مستلزم زنجیره دیگری از خطاها نیست.

شایان ذکر است که دستکاری های کلیدسازی فاز نیز مانند مربعات وجود دارد که از تغییر فاز در 90 درجه و PM مرتبه بالاتر استفاده می کند، اما بررسی آنها از حوصله این مقاله خارج است.

PS: می خواهم یک بار دیگر متذکر شوم که هدف مقالات جایگزینی کتاب درسی نیست، بلکه گفتن "روی انگشتان دست" در مورد اصول اولیه رادیو است.
فقط انواع اصلی مدولاسیون در نظر گرفته می شود تا ایده ای از موضوع برای خواننده ایجاد کند.