Амплитудная модуляция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
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 модуля́ция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

Применение в радиотехнике[править | править вики-текст]

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 модуляция 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[1].

Определение[править | править вики-текст]

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

Пусть

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

Тогда амплитудно-модулированный сигнал u_\text{am}(t) имеет вид:

u_\text{am}(t)=u_c(t)[1+m\frac{u_m(t)}{|u_m(t)|_{\max}}].\qquad\qquad(1)

Если u_c(t)=U_c\cos(\omega_c t), то (1) примет вид[2]:

u_\text{am}(t)=U_c[1+m\frac{u_m(t)}{|u_m(t)|_{\max}}]\cos(\omega_c t).

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

Для неискаженной модуляции необходимо выполнение условия m\le 1. 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[править | править вики-текст]

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)=U_c\cos(\omega_c t),

где U_c - амплитуда несущего колебания.

Выражение для модулирующего синусоидального сигнала с частотой \omega_m имеет вид:

u_m(t)=U_m\cos(\omega_m t+\varphi),

где \varphi — начальная фаза, |u_m(t)|_{\max} = U_m . Тогда, в соответствии с (1):

u_\mathrm{am}(t)=U_c[1+m \cos(\omega_m t+\varphi)]\cos(\omega_c t).

Приведённая выше формула для u_\mathrm{am}(t) может быть записана в следующем виде:

u_\mathrm{am}(t)=U_c\cos(\omega_c t)+\frac{mU_c}{2}[\cos((\omega_c-\omega_m)t-\varphi)+
\cos((\omega_c+\omega_m)t+\varphi)].

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

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[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 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.
  2. Андреевская Т.М. Основы радиоэлектроники и связи. Амплитудно-модулированные радиосигналы. — МГИЭМ, 2004

Ссылки[править | править вики-текст]