Амплитудная модуляция

Модуляция сигналов

Модуляция – нелинейный процесс, в результате которого низкочастотный сигнал сообщения запечатлевается в изменении одного из параметров высокочастотного колебания.

Высокочастотное колебание называется несущим колебанием.

Низкочастотное колебание сообщения называется модулирующим (управляющим) колебанием.

В зависимости от того, каким параметром несущего колебания управляет модулирующее колебание, различают амплитудную , частотную и фазовую модуляцию.

При амплитудной модуляции амплитуда несущего колебания изменяется по закону управляющего, модулирующего колебания.

Для простоты рассмотрим случай модуляцию одним тоном, когда сигнал сообщения представляет собой низкочастотное гармоническое колебание . Частота несущего колебания выбирается как минимум на порядок выше частоты сигнала сообщения . Не нарушая общности, начальную фазу несущего гармонического колебания будем считать равной нулю . Тогда амплитудно-модулированный (АМ) сигнал описывается выражением

, (7.9)

где – коэффициент модуляции амплитуды.

Из (7.9) видим, что амплитудно модулированный сигнал получают в процессе перемножения высокочастотного и низкочастотного колебаний.

Найдем спектр амплитудно-модулированного сигнала. Для этого в (7.9) выполним преобразования

(7.10)

Из (7.10) видим, что в процессе модуляции происходит изменение спектрального состава высокочастотного сигнала. Спектр АМ сигнала содержит три частоты (см. рис. 7.3): несущую частоту и две боковые частоты. Информация о модулирующем колебании запечатлевается в амплитудах двух колебаний, частоты которых называются нижней боковой частотой и верхней боковой частотой . Амплитуды колебаний боковых частот одинаковы и равны .

Рис. 7.3. Спектральная диаграмма сигнала амплитудно-модулированного одним тоном

Если модулирующий сигнал занимает полосу частот, ограниченную частотами и , то в спектре АМ сигнала кроме несущего колебания будут еще две боковые полосы: нижняя боковая частота (от до ) и верхняя боковая частота (от до ).

Устройства, в которых осуществляется модуляция высокочастотного несущего колебания, называются модуляторами.

Работа амплитудных модуляторов основана на перемножении несущего и модулирующего колебаний на нелинейном элементе. ВАХ нелинейного элемента (диода, транзистора) можно аппроксимировать полиномом

. (7.11)

Напряжение, поданное на вход нелинейного элемента, представим в виде . При прохождении тока через нелинейную цепь в его спектре кроме частот несущего и модулирующего колебания появляются комбинационные частоты:

(7.12)

С помощью полосового фильтра, например, колебательного контура с добротностью из спектра тока можно выделить компоненты с частотами близкими к частоте несущего колебания

. (7.13)

Из сравнения (7.13) с (7.10) видно, что ток содержит те же частотные составляющие, что и напряжение сигнала с амплитудной модуляцией одной гармоникой. На рис. 7.4а показана схема АМ модулятора, в котором осуществляется базовая модуляция. На рис. 7.4б приведено графическое объяснение процесса модуляции с использованием кусочно-линейной аппроксимации проходной вольт-амперной характеристики биполярного транзистора. Из рис. 7.4б видно, что НЧ модулирующий сигнал управляет положением рабочей точки условного режима покоя (при отсутствии ВЧ несущего колебания) . В результате этого производится управление коллекторным током, который возбуждает в колебательном контуре, являющемся нагрузкой ЭП, высокочастотные колебания. Амплитуда напряжения на выходе модулятора повторяет изменения амплитуды напряжения на контуре.

Дата добавления: 2014-11-16