Амплитудная модуляция

Амплиту́дная модуля́ция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда[1].

Применение в радиотехнике

Первые опыты передачи речи и музыки с помощью радиоволн методом амплитудной модуляции произвёл в 1906 году американский инженер Р. Фессенден. В его опытах несущая частота 50 кГц радиопередатчика вырабатывалась электромашинным генератором (альтернатором), для её модуляции между генератором и антенной включался угольный микрофон, изменяющий затухание сигнала в цепи.

С 1920 года вместо электромашинных генераторов для генерации несущей частоты стали использоваться генераторы на электронных лампах. Во второй половине 1930-х годов, по мере освоения ультракоротких волн, амплитудная модуляция постепенно начала вытесняться из радиовещания и радиосвязи на УКВ частотной модуляцией.

С середины XX века в служебной и любительской радиосвязи на всех частотах начали применять модуляцию с одной боковой полосой (ОБП), которая имеет ряд важных преимуществ перед АМ, главное из которых — сужение в 2 раза полосы частот, занимаемой радиосигналом. В связи с этим предлагалось перевести на ОБП и массовое радиовещание, однако это потребовало бы замены всех радиовещательных приёмников на более сложные и дорогие, поэтому это не было осуществлено.

В конце XX века начался переход к цифровому радиовещанию с использованием сигналов с амплитудной манипуляцией[2].

Определение

 
Сигнал, например, аудиосигнал может модулировать амплитуду (AM) или частоту (ЧМ) несущей.
 
Амплитудная модуляция с различным коэффициентом модуляции. На нижней осциллограмме — перемодуляция.

Пусть

  •   — информационный (модулирующий) сигнал,
  •   — несущий (модулируемый) сигнал (несущее колебание).

Тогда амплитудно-модулированный сигнал   имеет вид:

 

Если  , то (1) примет вид[3]:

 

Здесь   — некоторая неотрицательная константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал  , модулированный по амплитуде сигналом   с коэффициентом модуляции  .

Для неискаженной модуляции необходимо выполнение условия  . Выполнение этого условия необходимо для того, чтобы выражение в квадратных скобках в (1) всегда было положительным. Если оно может принимать отрицательные значения в какой-то момент времени, то происходит так называемая перемодуляция (избыточная модуляция). Простые демодуляторы (типа квадратичного детектора) демодулируют такой сигнал с сильными искажениями.

Пример

 
Спектр АМ колебания.

Допустим, что мы хотим промодулировать несущее колебание моногармоническим сигналом. Выражение для несущего колебания с частотой   имеет вид (начальную фазу положим равной нулю):

 

где   — амплитуда несущего колебания.

Выражение для модулирующего синусоидального сигнала с частотой   имеет вид:

 

где   — начальная фаза,   . Тогда, в соответствии с (1):

 

Приведённая выше формула для   может быть записана в следующем виде:

 

Радиосигнал состоит из несущего колебания и двух так называемых боковых полос, боковые полосы имеют частоту, отличную от  . Для синусоидального сигнала, использованного в качестве примера здесь, боковые полосы представляют собой синусоидальные сигналы и их частоты равны   и  .

Пока несущие частоты соседних по частоте радиостанций достаточно разнесены по частоте, и боковые полосы в спектре сигналов соседних по частоте станций не перекрываются между собой, станции не будут создавать взаимных помех.

См. также

Примечания

  1. Кулешов, 2008, с. 102.
  2. Быховский М. А. Круги памяти (Очерки истории развития радиосвязи и вещания в XX столетии). — М.: МЦНТИ – Международный центр научной и технической информации, 2001. — С. 28–29. — (История электросвязи и радиотехники). — ISBN 5-93533-011-3.
  3. Андреевская Т. М. Основы радиоэлектроники и связи. Амплитудно-модулированные радиосигналы. — МГИЭМ, 2004

Литература

  • Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

Ссылки