Контрольные вопросы

1. Перечислите основные достоинства однополосной модуляции в сравнении с амплитудной.

2. Почему при формировании однополосного сигнала используется балансная модуляция?

3. Можно ли использовать операцию умножения для повышения частоты однополосного сигнала?

4. Какой выигрыш по мощности в передатчике по сравнению с АМ дает переход на ОМ, если m = 0,5?

5. Что понимается под «избирательным замиранием» коротких волн?

6. Почему не используется для радиосвязи двухполосная модуляция?

7. Почему при формировании однополосного сигнала не используются LC-фильтры?

8. Почему угол отсечки в усилителях однополосных колебаний нельзя выбирать меньше 90^о?

Глава 19. Угловая модуляция

При угловой модуляции (УМ) амплитуда тока в антенне передатчика постоянна, а изменяется его фаза.

Угловая модуляция применяется в системах радиосвязи и радиовещании, в системах передачи телеметрической информации, в телевидении для передачи звукового сопровождения, в тропосферной и космической связи. Угловая модуляция может быть частотной и фазовой (ЧМ) и (ФМ).

Общие характеристики угловой модуляции

Ток в антенне при угловой модуляции изменяется так:

Фаза тока при модуляции частотной или фазовой изменяется следующим образом:

где Δφ – девиация фазы,

φ₀ – начальная фаза сигнала,

ω₀ – средняя частота сигнала на выходе передатчика.

При фазовой модуляции величина Δφ пропорциональна модулирующему напряжению. Если модулирующее напряжение гармоническое с частотой Ω, то фаза сигнала изменяется в соответствии c выражением:

(1)

где Δφ – индекс фазовой модуляции, Δφ = к_φ U_Ω.

Здесь к_φ – коэффициент пропорциональности между U_Ω и девиацией фазы Δφ.

При частотной модуляции в соответствии с передаваемым сигналом изменяется частота на выходе передатчика. Если модуляция осуществляется напряжением U_ΩcosΩt, то частота передатчика

(2)

где Δω – девиация частоты. Δω = к_ω U_Ω.

к_ω – коэффициент пропорциональности между девиацией частоты и U_Ω.

Фаза и частота связаны следующим образом:

и (3)

Выражения (3) показывают, что модуляция фазы сопровождается модуляцией частоты, и наоборот.

Найдем закон изменения фазы при частотной модуляции. После подстановки (2) в (3) получим:

(4)

Девиация фазы при ЧМ (индекс частотной модуляции) получается равной Δω/Ω.

Фазовая модуляция сопровождается модуляцией частотной:

(5)

Девиация частоты при ФМ получается равной :

Приведенные выше соотношения показывают, что при ЧМ девиация частоты зависит от амплитуды модулирующего напряжения и не зависит от его частоты Ω. Девиация фазы при этом обратно пропорциональна частоте модулирующего напряжения.

Девиация фазы при ФМ пропорциональна только амплитуде информационного сигнала U_Ω, но девиация частоты – функция как U_Ω, так и частоты модулирующего напряжения Ω. Чем выше частота модуляции, тем больше при ФМ отклоняется ω от своего среднего значения ω₀.

ЧМ и ФМ обеспечивают высокую помехоустойчивость радиолинии, лучшие энергетические характеристики передатчика, чем амплитудная модуляция. Но спектр излучаемого сигнала существенно шире, чем при АМ. По этой причине угловая модуляция используется преимущественно в ультракоротковолновом диапазоне. Спектры сигналов с угловой модуляцией линейчатые. Их ширина по составляющим спектра с амплитудой не менее 1% по отношению к амплитуде немодулированного колебания определяется соотношением:

П

где П – полоса спектра,

F_МАКС – верхняя частота модулирующего сигнала,

m – индекс модуляции. m =

При угловой модуляции мощность модулированного колебания не изменяется в сравнении с мощностью в режиме молчания, так как амплитуда выходного колебания остается практически постоянной. Но в режиме модуляции происходит перераспределение мощности между боковыми частотами и колебанием с частотой ω₀. На рис. 19.1,а показан спектр сигнала при индексе модуляции m = 4, а также соотношение мощностей боковых частот и центральной частоты при различных индексах модуляции.

Из рис.19.1,б следует, что при m > 1 основная часть мощности передатчика приходится на долю боковых частот, несущих информацию. При индексах модуляции m = 2,4; 5,5; 8,6 составляющая спектра с частотой ω₀ отсутствует и вся мощность передатчика расходуется на боковые частоты. Этим и объясняется высокая помехоустойчивость угловой модуляции.

Рис. 19.1