Амплитудная модуляция.
Преобразования сигнала.
Сигналы, полученные от первичных преобразователей в системе контроля и управления объектом (см. рис.1. в лекции №1) требуется передавать по каналам связи, которые могут быть проводными, оптическими или радиоволновыми.
В любом из этих случаев приходится преобразовывать сигналы низкой частоты в сигналы высокой частоты для повышения качества передачи.
Так в случае радиоволнового канала вещания приходится для уменьшения затухания сигнала повышать частоту передаваемого сигнала до частот от сотен килогерц до сотни мегагерц.
В оптическом канале сигналы принципиально могут передаваться только в световом диапазоне электромагнитных колебаний.
В любом способе передачи сигнала его высокая частота позволяет по одной линии связи передавать множество сигналов и избирать его в приемнике среди других, уменьшать влияние множества помех.
Сигналы высокой частоты создаются в процессе модуляции. Существуют амплитудная, частотная, фазовая и импульсная модуляции.
Амплитудная модуляция.
АМ- сигналы получают в следующем преобразовании. Пусть исходный сигнал u(t). С помощью амплитудного модулятора формируют сигнал:
uAM(t)=[Um+u(t)]cos(ω0t). (7.1)
Наглядный образ АМ-сигнала легко представить в случае, когда исходный, т.е. модулирующий сигнал гармонический
u(t)= UМcos(Ωt) (7.2)
На рис.7.1 приведена функциональная схема АМ - модулятора.
Рис.7.1. Схема формирования амплитудно-модулированного сигнала (demo7_1).
В этой схеме модуляцию производит модулятор – умножитель сигналов “K*XY”.
K – постоянный коэффициент (здесь равен 1).
X- первый сомножитель в выражении (7.1),- сумма напряжений источников V1 и V2.
V1 – источник синусоидального напряжения (7.2) с амплитудой UМ = 1 В и частотой F = 50 Гц , Ω = 2πF ..
V2 - источник постоянного напряжения Um= 5 В.
Y- второй сомножитель в выражении (7.1),- напряжение источника V3.
V3 – источник синусоидального напряжения с амплитудой UМ=1В и частотой f = 2 кГц (ω0 = 2πf).
Модулированный сигнал образуется на резисторе (здесь- 1 кОм)
На рис.7.2. показаны осциллограммы модулирующего u(t) в узле 4 (зеленая линия) и модулированного uAM(t) в узле 3 (синяя линия) сигналов, а также «несущего» полезный сигнал гармонического колебания в узле 2 (красная линия).
Рис.7.2. Амплитудная модуляция.
Видно, что амплитуда АМ-колебания изменяется синхронно с изменениями модулирующего колебания в интервале от Umin= Um-UM = 5 -1 = 4 В до Umax = Um + UM. = 5 + 1 = 6 В.
Количественным параметром АМ-колебания является коэффициент модуляции, который не должен быть больше 1:
m = (Umax - Umin) / (Umax + Umin) = (6-4) / (6+4) = 0.2
Если разложить в ряд Фурье АМ-колебание, то получится его спектр (набор гармонических составляющих). Для гармонического АМ-колебания спектр можно получить простыми преобразованиями:
uAM(t)=[Um+u(t)]cos(ω0t)= Umcos(ω0t)+ UМcos(Ωt)cos(ω0t)=
= Umcos(ω0t)+UМ/2cos(ω0+Ω)t+ UМ/2cos(ω0-Ω)t= =Umcos(ω0t)+mUm/2cos(ω0+Ω)t+ mUm/2cos(ω0-Ω)t.
На рис. 7.3 показана спектральная диаграмма для АМ-колебания для рассмотренного случая гармонической модуляции.
Рис.7.3.
Спектральная диаграмма показывает диапазон частот, занятый АМ – сигналом. Если исходный сигнал представляется рядом Фурье, т.е. набором гармонических составляющих из k гармоник с первой гармоникой Ω0, то диапазон частот, соответственно, составит от (ω0-k Ω0) до (ω0+k Ω0). Такую же полосу пропускания должен иметь канал связи, по которому передается АМ-сигнал. Для уменьшения полосы иногда используют только часть спектра меньше или больше ω0, т.к. в полном спектре информация повторяется.
АМ-сигналы применяют в области средних частот (диапазоны ДВ, СВ и КВ). Они плохо защищены от помех.
Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 1885;