Амплитудная модуляция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Технологии модуляции
Аналоговая модуляция
Цифровая модуляция
Импульсная модуляция
Расширение спектра
См. также: Демодуляция

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

Применение в радиотехнике[править | править код]

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. Для радиовещания на длинных, средних и коротких волнах амплитудная модуляция применяется до сих пор.

Помимо радиовещания, АМ применялась также в проводном вещании (трехпрограммное вещание) для передачи по двухпроводной линии нескольких программ одновременно. В отличие от радиовещания, в проводных системах передача велась с постоянным коэффициентом модуляции (уровень несущей частоты менялся в соответствии с уровнем боковых полос), это позволяло ослабить перекрестные помехи, возникающие в проводных линиях из за большого количества неидеальных контактов.

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 серьезной модернизации всех вещательных радиопередатчиков и 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]. В начале 2000-х, специально для замены аналогового радиовещания, был разработан комплект цифровых технологий Digital Radio Mondiale (DRM) на основе модуляции OFDM (в частности для замены АМ радиовещания в диапазонах частот до 30 Мегагерц[3] используется версия DRM30). Стандарт был принят многими странами, утверждён Международной электротехнической комиссией IEC, а также ITU для применения в большей части мира. DRM позволяет прослушивать радиопередачи без шумов и помех, характерных для амплитудной модуляции и с качеством близким к ЧМ вещанию, однако массового отказа от АМ модуляции не произошло. Это связано с большими расходами на замену огромного парка радиоприемного и радиопередающего оборудования , а также с некоторыми недостатками цифровой модуляции, проявляющихся в неприятных для радиослушателя, резких обрывах радиоприема при, характерных для коротких волн, глубоких замираниях радиосигнала.

Благодаря традиции, амплитудная модуляция до сих пор применяется в системе УКВ радиосвязи гражданской авиации, а так же используется водителями-дальнобойщиками в диапазоне CB.

Определение[править | править код]

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[4]:

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[править | править код]

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[править | править код]

Примечания[править | править код]

  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. Длинные, средние и короткие волны
  4. Андреевская Т. М. Основы радиоэлектроники и связи. Амплитудно-модулированные радиосигналы. — МГИЭМ, 2004

Литература[править | править код]

  • 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[править | править код]