Амплитудная модуляция

Технологии модуляции
Аналоговая модуляция
AM · SSB · ЧМ (FM) · ЛЧМ · ФМ (PM) · СКМ
Цифровая модуляция
АМн · ФМн · КАМ · ЧМн · GMSK OFDM · COFDM · TCM
Импульсная модуляция
АИМ · ДМ · ИКМ · ΣΔ · ШИМ · ЧИМ · ФИМ
Расширение спектра
FHSS · DSSS
См. также: Демодуляция

Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда

Применение в радиотехнике

Первый опыт передачи речи и музыки по радио методом амплитудной модуляции произвёл в 1906 году американский инженер Р. Фессенден. Несущая частота 50 кГц радиопередатчика вырабатывалась машинным генератором (альтернатором), для её модуляции между генератором и антенной включался угольный микрофон, изменяющий затухание сигнала в цепи. С 1920 года вместо альтернаторов 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 внедряется модуляция с одной боковой полосой (ОБП), которая имеет ряд важных преимуществ перед АМ. Поднимался вопрос о переводе на ОБП и радиовещания, однако это потребовало бы замены всех радиовещательных приёмников на более сложные и дорогие, поэтому не было осуществлено. В конце XX века начался переход к цифровому радиовещанию с использованием сигналов с амплитудной манипуляцией.

Определение

Аудиосигнал может модулировать амплитуду (AM) или частоту (ЧМ) несущей.

Пусть

• $S(t)$ — информационный сигнал, $|S(t)|<1$,
• $U_c(t)$ — несущее колебание.

Тогда амплитудно-модулированный сигнал $U_\text{am}(t)$ может быть записан следующим образом:

$U_\text{am}(t)=U_c(t)[1+mS(t)].\qquad\qquad(1)$

Здесь $m$ — некоторая константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал $U_c(t)$, модулированный по амплитуде сигналом $S(t)$ с коэффициентом модуляции $m$. Предполагается также, что выполнены условия:

$|S(t)|<1,\quad 0<m\leqslant 1.\qquad\qquad(2)$

Выполнение условий (2) 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 $\omega_c$ имеет вид (начальную фазу положим равной нулю)

$U_c(t)=C\sin(\omega_c t).$

Выражение для модулирующего синусоидального сигнала с частотой $\omega_s$ имеет вид

$U_s(t)=U_0\sin(\omega_s t+\varphi),$

где $\varphi$ — начальная фаза. Тогда, в соответствии с (1)

$U_\mathrm{am}(t)=C[1+m U_0\sin(\omega_s t+\varphi)]\sin(\omega_c t).$

Приведённая выше формула для $y(t)$ может быть записана в следующем виде:

$U_\mathrm{am}(t)=C\sin(\omega_c t)+\frac{mCU_0}{2}(\cos((\omega_c-\omega_s)t-\varphi)-\cos((\omega_c+\omega_s)t+\varphi)).$

Радиосигнал состоит из несущего колебания и двух синусоидальных колебаний, называемых боковыми полосами, каждое из которых имеет частоту, отличную от $\omega_c$. Для синусоидального сигнала, использованного здесь, частоты равны $\omega_c+\omega_s$ и $\omega_c-\omega_s$. Пока несущие частоты соседних радиостанций достаточно разнесены, и боковые полосы не перекрываются между собой, станции не будут влиять друг на друга.

См. также

• Амплитудная манипуляция
• Квадратурная модуляция
• Эфирное радиовещание

Ссылки

• Амплитудная модуляция. Балансная амплитудная модуляция с подавлением несущей (double side band DSB) (рус.). Проверено 15 ноября 2010. Архивировано из первоисточника 17 февраля 2012.
• Принципы АM и ФМ. Сравнение с другими видами модуляции
• Amplitude Modulation (англ. )