Краткая теория. Частотная модуляция (Frequencymodulation)

Лабораторная работа

Частотная модуляция (Frequencymodulation)

Недостаток амплитудной модуляции (АМ), модуляции сигнала с двумя боковыми полосами и подавленной несущей (DSBSC) и модуляции с одной боковой полосой (SSB) в системах связи заключается в том, что данные виды модуляций восприимчивы к электрическим шумам, возникающим в канале. Это происходит, потому что шумы изменяют амплитуду передаваемого сигнала, и демодуляторы таких систем предназначены для реагирования на изменения амплитуды.

Как следует из названия, частотная модуляция (ЧМ) использует амплитуду сигнала сообщения, чтобы менять частоту несущей вместо ее амплитуды. Это означает, что ЧМ демодулятор предназначен для поиска изменений в частоте. Как таковой, он меньше подвержен изменениям амплитуды, меньше воспринимает шум. Это делает использование ЧМ предпочтительнее для систем связи.

Существует несколько методов генерации ЧМ сигналов, но все они в основном включают осциллятор с электрической регулировкой частоты. Он использует входное напряжение для воздействия на частоту на выходе. Обычно, когда на входе нулевое напряжение (0V), на выходе осциллятора сигнал сопровождается собственной частотой (ее так же называют частотой собственных колебаний(free-runningfrequency) и центральной частотой(centrefrequency)). Если приложенное напряжение варьируется выше или ниже 0V, то частота на выходе осциллятора отклоняется выше или ниже от собственной частоты. Более того, Сумма отклонения зависит от амплитуды входного напряжения: чем больше входное напряжение, тем больше отклонение (девиация).

Ниже на рисунке 1 представлен биполярный прямоугольный сигнал сообщения (message) и немодулированная несущая (unmodulatedcarrier). Так же показаны результаты частотной модуляции (FM signal).

Следует обратить внимание на некоторые особенности ЧМ сигнала. Во-первых, его огибающие имеют одинаковую форму (напоминаем, что ЧМ не меняет амплитуду несущей). Во-вторых, его период (и, следовательно, частота) изменяется с изменением амплитуды информационного сигнала. В-третьих, частота сигнала будет варьироваться в пределах выше и ниже частоты несущей в зависимости от изменения информационного сигнала.

Перед дальнейшим рассмотрением ЧМ, важно отметить:

Прямоугольный сигнал рассматривается в данной работе, чтобы помочь вам визуализировать как ЧМ несущая соответствует сигналу. При этом диаграмма на рисунке 1 говорит о том, что ЧМ сигнал состоит только из двух синусоид (одна – верхняя частота, другая – нижняя граница частоты). Но не в этом дело.

Это подчеркивает разницу между ЧМ и модуляциями, рассмотренными ранее. Математическая модель ЧМ сигнала говорит о том, что даже для простого синусоидального сигнала результатом будет сигнал, потенциально содержащий много синусоид, DSBSC сигнал будет состоять из двух, а SSBSC - из одной. Это не значит, что ширина спектра ЧМ сигнала больше, чем у АМ, DSBSC, SSB сигналов. Однако, на практике обычно используется ЧМ.

Существует еще одно важное отличие ЧМ от других видов модуляций, рассмотренных ранее. Мощность АМ, DSBSC и SSB сигналов изменяется в зависимости от их коэффициентов модуляции. Это происходит потому что среднеквадратичное значение напряжение несущей фиксировано, а среднеквадратичное значение напряжения боковых полос пропорционально коэффициенту модуляции сигнала. В ЧМ среднеквадратичное значение напряжение несущей и боковых полос изменяется

То есть мощность ЧМ сигнала постоянна.

В заключении, во время чтения о работе ЧМ модулятора вы можете убедиться, что существует модуль на EmonaDATEx, работающий таким же способом – это осциллятор, управляемый напряжением (VCO - voltage-controlledoscillator) выхода генератора частоты. В самом деле, VCO иногда используется для ЧМ (хотя существуют другие методы с большим преимуществом, чем у VCO).

Дата добавления: 2015-06-04