Амплитудная модуляция
Амплитудная модуляция - процесс изменения амплитуды несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.
Рассмотрим математическую модель амплитудно-модулированного (АМ) сигнала при гармоническом модулирующем сигнале. При воздействии модулирующего сигнала
u(t)=Umu sinΩt (1)
на несущее колебание
S(t)=Um sin(ω0t+ ω) (2)
происходит изменение амплитуды несущего сигнала по закону:
Uам(t)=Um+аам Umu sinΩt (3)
где аам — коэффициент пропорциональности амплитудной модуляции.
Подставив (3) в математическую модель (2) получим:
Sам(t)=(Um+аам Umu sinΩt) sin(ω0t+ ω). (4)
Вынесем Um за скобки:
Sам(t)=Um(1+аам Umu/Um sinΩt) sin(ω0t+ ω) (5)
Отношение аам Umu/Um = mам называется коэффициентом амплитудной модуляции. Данный коэффициент не должен превышать единицу, т. к. в этом случае появляются искажения огибающей модулированного сигнала называемые перемодуляцией. С учетом mам математическая модель АМ сигнала при гармоническом модулирующем сигнале будет иметь вид:
Sам(t)=Um(1+mам sinΩt) sin(ω0t+ ω). (6)
Если модулирующий сигнал u(t) является негармоническим, то математическая модель АМ сигнала в этом случае будет иметь вид:
Sам(t)=(Um+аам u(t)) sin(?0t+?). (7)
Рассмотрим спектр АМ сигнала для гармонического модулирующего сигнала. Для этого раскроем скобки математической модели модулированного сигнала, т. е. представим его в виде суммы гармонических составляющих.
Sам(t)=Um(1+mам sin? t) sin(?0t+?)= Um sin(?0t+?)+
+mамUm/2 sin((?0 - ?) t+j) - mамUm/2 sin((?0 +?)t+j). (8)
Как видно из выражения в спектре АМ сигнала присутствует три составляющих: составляющая несущего сигнала и две составляющих на комбинационных частотах. Причем составляющая на частоте?0-? называется нижней боковой составляющей, а на частоте ?0 + ? — верхней боковой составляющей. Спектральные и временные диаграммы модулирующего, несущего и амплитудно-модулированного сигналов имеют вид (рисунок 2).
Рисунок 2 - Временные и спектральные диаграммы модулирующего (а), несущего (б) и ампдтудно-модулированного (в) сигналов
Ширина спектра для данного сигнала будет определятся
D?ам=(?0+?)-(?0-?)=2? (9)
Если же модулирующий сигнал является случайным, то в этом случае в спектре составляющие модулирующего сигнала обозначают символически треугольниками (рисунок 3).
Составляющие в диапазоне частот (ω0 — Ωmax) и (ω0 — Ωmin) образуют нижнюю боковую полосу (НБП),а составляющие в диапазоне частот (ω 0 + Ωmin) и (ω 0 + Ωmax) образуют верхнюю боковую полосу (ВБП)
Рисунок 3 - Временные и спектральные диаграммы сигналов при случайном модулирующем сигнале
Ширина спектра для данного сигнала будет определятся
D?ам=( ω 0+Ωmax) — (ω 0 - Ωmin)=2 max (10)
На рисунке 4 приведены временные и спектральные диаграммы АМ сигналов при различных индексах mам. Как видно при mам=0 модуляция отсутствует, сигнал представляет собой немодулированную несущую, соответственно и спектр этого сигнала имеет только составляющую несущего сигнала (рисунок 4,
Рисунок 4 - Временные и спектральные диаграммы АМ сигналов при различных mам: а) при mам=0, б) при mам=0,5, в) при mам=1, г) при mам>1
а), при индексе модуляции mам=1 происходит глубокая модуляция, в спектре АМ сигнала амплитуды боковых составляющих равны половине амплитуды составляющей несущего сигнала (рисунок 4в), данный вариант является оптимальным, т. к. энергия в большей степени приходится на информационные составляющие. На практике добиться коэффициента равного едините тяжело, поэтому добиваются соотношения 0<mам<1 (рисунок 4б). При mам>1 происходит перемодуляция, что, как отмечалось выше, приводит к искажению огибающей АМ сигнала, в спектре такого сигнала амплитуды боковых составляющих превышают половину амплитуды составляющей несущего сигнала (рисунок 4г).
Основными достоинствами амплитудной модуляции являются:
· узкая ширина спектра АМ сигнала;
· простота получения модулированных сигналов.
Недостатками этой модуляции являются:
· низкая помехоустойчивость (т. к. при воздействии помехи на сигнал искажается его форма — огибающая, которая и содержит передаваемое сообщение);
· неэффективное использование мощности передатчика (т. к. наибольшая часть энергии модулированного сигнала содержится в составляющей несущего сигнала до 64%, а на информационные боковые полосы приходится по 18%).
Амплитудная модуляция нашла широкое применение:
· в системах телевизионного вещания (для передачи телевизионных сигналов);
· в системах звукового радиовещания и радиосвязи на длинных и средних волнах;
· в системе трехпрограммного проводного вещания.
Дата добавления: 2021-04-21; просмотров: 475;