1. Угловая модуляция
Углова́я модуля́ция — вид модуляции, при котором передаваемый сигнал изменяет либо частоту ω, либо начальную фазу φ, амплитуда не изменяется.
Формирование радиочастотных сигналов, имеющих заданные временные, спектральные и энергетические характеристики, их последующая передача по специальным направляющим электромагнитным системам или через свободное пространство к потребителю осуществляется с помощью радиопередающего устройства (РПДУ).
Современное РПДУ представляет сложное устройство, состоящее из большого числа каскадов и цепей. Для генерирования и формирования радиосигналов используются различные приборы и активные элементы (АЭ): лампы, транзисторы и т.д. Основными электрическими характеристиками передатчика, определяющими его конструкцию, являются мощность, диапазон несущих частот, вид и требуемое качество модуляции.
Передатчики с угловой модуляцией (УМ) получили широкое распространение в радиосвязи.
Угловая модуляция может быть частотной или фазовой; она применяется в системах низовой радиосвязи различных диапазонов частот, в радиовещании на УКВ, в звуковом сопровождении телевизионного вещания, наземной радиорелейной связи прямой видимости, тропосферной и космической связи. Кроме того, угловая модуляция используется в радиотелеметрии, в системах радиоуправления, в некоторых системах радионавигации и радиолокации. Упрощенно ЧМ и ФМ представляются в виде:
где m – индекс модуляции;
- частота модулирующего колебания.
Модуляция называется фазовой, если индекс модуляции m пропорционален амплитуде модулирующего сигнала U и не зависит от его частоты .
Модуляция называется частотной, если девиация (отклонение) частоты от среднего значения 0 пропорциональна U и не зависит от частоты , т. е. если индекс модуляции m пропорционален U и обратно пропорционален .
1.1 Фазовая модуляция
Фазовая модуляция (ФМ, phase modulation - PM) – один из видов модуляции колебаний, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Фазовая модуляция, не связанная с начальной фазой несущего сигнала, называется относительной фазовой модуляцией (ОФМ).
При фазовой модуляции значение фазового угла (t) несущей частоты колебаний o пропорционально амплитуде модулирующего сигнала s(t). Уравнение ФМ – сигнала:
u(t) = Um cos[ot + (t)], (t) = s(t).
Коэффициент пропорциональности называется индексом фазовой модуляции. Полная фаза колебаний несущей в текущие моменты времени соответственно определяется выражением:
(t) = 0t + s(t).
Пример однотонального ФМ – сигнала приведен на рисунке 1.1. При s(t) = 0, ФМ – сигнал является простым гармоническим колебанием и показан функцией uo(t). С увеличением значений s(t) полная фаза колебаний (t) нарастает быстрее и опережает линейное нарастание ot. Соответственно, при уменьшении значений s(t) скорость роста полной фазы во времени спадает. В моменты экстремальных значений s(t) абсолютное значение фазового сдвига между ФМ – сигналом и значением ot немодулированного колебания также является максимальным и носит название девиации фазы.
Рисунок 1.1 – Фазомодулированый сигнал
Для колебаний с угловой модуляцией применяется также понятие мгновенной частоты (instantaneous frequency), под которой понимают производную от полной фазы по времени:
ω(t) = (t)/dt = ωo + ds(t)/dt.
Полная фаза колебаний в произвольный момент времени может быть определена интегрированием мгновенной частоты:
(t) =
ω(t)
dt +o,
где o = const – произвольная постоянная интегрирования.