Виды модуляций радиосигнала

Оглавление.

Введение. 2
Виды модуляции. 3
Амплитудная модуляция. 3
Частотная модуляция, фазовая модуляция. 9
Импульсная модуляция. 12
Список используемой литературы. 16

1. ВВЕДЕНИЕ

Существуют три основные схемы модуляции: 1) амплитудная моВндуляция (AM); 2) угловая модуляция, подразделяющаяся на два очень похожих метода: частотную модуляцию (ЧМ) и фазовую модуВнляцию (ФМ); 3) импульсная модуляция (ИМ). Различные схемы моВндуляции совмещают два этих метода или более, образуя сложные системы связи. Телевидение, например, использует как AM, так и ЧМ для различных типов передаваемой информации. Импульсная модуляция совмещается с амплитудной, образуя импульсную амплиВнтудную модуляцию (АИМ), и т.д. Не всегда возможно найти четко выраженные основания для использования того или иного метода модуляции. В некоторых случаях этот выбор предписывается закоВнном (в США контроль осуществляет Федеральная комиссия по свяВнзи тАФ ФКС). Необходимо строго придерживаться правил и инструкВнций независимо от того, какая схема модуляции используется.

Во всех методах модуляции несущей служат синусоидальные коВнлебания угловой частоты ωн, которые выражаются в виде

ен=Анsin(ωнt+θн) (1а)

где Ан - амплитуда, а ωнt+θн - мгновенная фаза (отметим, что ωнt, так же как и θн, измеряется в градусах или радианах). Фазовый сдвиг θн введен для придания уравнению (la) большей общности. Аналогично модулирующий сигнал может быть представВнлен как

ем=Амsin(ωмt+θм) (2a)

для AM, ЧМ и ФМ или в виде импульса в случае импульсной модуВнляции. Выражение ωм может быть использовано для обозначения скорее полосы частот, чем единичной частоты. Например, мы будем рассматривать AM в радиовещании, где модулирующий сигнал сосВнтоит из полосы звуковых частот (20тАФ16 000 Гц).

2. ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ.

2.1. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (AM)

С качественной стороны амплитудная модуляция (AM) может быть определена как изменение амплитуды несущей пропорциональВнно амплитуде модулирующего сигнала (рис. 1, а). Для модулирующего сигнала болшой амплитуды

Рис. 1. Амплитудная модуляция (ωм<<ωн).

а - форма сигнала; б - спектр частот.

соответствующая амплитуда моВндулируемой несущей должна быть большой и для малых значений Ам. Эта схема модуляции может быть осуществлена умножением двух сигналов: енем. Как будет видно из дальнейшего, это является особым случаем более общего метода модуляции. Для упрощения последующих математических преобразований видоизменим уравВннения (la) и (2а), опустив произвольные фазы θн и θм:

ен=Анcos(ωнt) (θн=π/2) (1б)

ем=Амcos(ωмt) (θм=π/2) (2б)

Произведением этих двух выражений является:

ен ем=Анcos(ωнt) ⋅ Амcos(ωмt) (3)

Уравнение (3) показывает, что амплитуда модулированной несуВнщей будет изменяться от нуля (когда ωмt = 900, cos(ωмt)=0) до АнАм (когда ωмt = 00, cos(ωмt)=1). Член Амcos(ωмt) ⋅ Ан является амплитудой модулированных колебаний и прямо зависит от мгноВнвенного значения модулирующей синусоиды. Уравнение (3) может быть преобразовано к виду

(4а)

Это преобразование основано на тригонометрическом тождестве

(5)

Уравнение (4a) представляет собой сигнал, состоящий из двух колебаний с частотами ω1=ωн+ωм и ω2=ωн-ωм и амплитудами АнАм/2. Переписывая выражение для модулированВнного колебания (4a), получим

(4б)

ω1 и ω2 называются боковыми полосами частот, так как ωм обычно является полосой частот, а не одиночной частотой. Следовательно, ω1 и ω2 представляют собой две полосы частот тАФ выше и ниже неВнсущей (рис. 1,б), т. е. верхнюю и нижнюю боковую полосу соответВнственно. Вся информация, которую необходимо передать, содержитВнся в этих боковых полосах частот.

Уравнение (4б) было получено для особого случая, когда модулированный сигнал был результатом прямого перемножения ен на ем. В результате уравнение (4б) не содержит компонента на частоте несущей, т. е. частота несущей полностью подавлена. Такой тип модуляции с подавленной несущей иногда преднамеренно проекВнтируется в системах связи, так как это ведет к снижению излучаеВнмой мощности. В большинстве таких систем излучается некоторая часть мощности на частоте несущей, позволяя тем самым приемному устройству настраиваться на эту частоту. Можно также передавать лишь одну боковую полосу, так как она содержит всю существенную информацию о модулирующем сигнале. Приемное устройство затем восстанавливает ем по модуляции одной боковой полосы.

Полное выражение, представляющее амплитудно-модулированное колебание в общем виде, имеет вид

ен ем=Анcos(ωнt)+ Амcos(ωнt)cos(ωмt) (6а)

Это выражение описывает как неподавленную несущую (первый член в правой части уравнения), так и произведение, т. е. модуляВнцию (второй член справа). Уравнение (6a) можно переписать в виде

ен ем=[Ан+ Амcos(ωмt)]cos(ωнt)= Анмcos(ωнt) (6б)

Последнее выражение показывает, как амплитуда несущей измеВнняется в соответствии с мгновенными значениями модулирующего колебания. Амплитуда модулированного сигнала Анм состоит из двух частей: Ан тАФ амплитуды немодулированной несущей и Амcos(ωмt) тАФ мгновенных значений модулирующего колебания:

Анм=Ан+ Амcos(ωмt) (7)

Отношение Ам к Ан определяет степень модуляции. Для Ам=Ан значение Анм достигает нуля при cos(ωмt)=-1 (ωмt=180В°) и Анм=2Ан при cos(ωмt)=1 (ωмt= 0В°). Амплитуда модулированВнной волны изменяется от нуля до удвоенного значения амплитуды несущей. Отношение

m= Ам/Ан (8)

определяет коэффициент модуляции. Для предотвращения искажеВнний передаваемой информации тАФ модулированного сигнала тАФ значение m должно быть в пределах от нуля до единицы: 0≤m≤1. Это соответствует Ам≤Ан. (Для m=0 Ам= 0, т. е. нет модулирующего сигнала.) Уравнение (6a) может быть переписано с введением m:

ен ем=Анcos(ωнt)[1+m⋅cos(ωмt)] (6в)

На рис. 2,а показана форма модулированных колебаний и коВнэффициент модуляции m выражен через максимальное и минимальВнное значения ее амплитуды (пикового и узлового значений). Рис. 2,б дает представление о спектре модулированных колебаний, который может быть выражен преобразованием уравнения (6):

(6г)

несущая верхняя боковая полоса нижняя боковая полоса

На рис. 2,в показан результат модуляции с коэффициентом m, превышающим 100%: m>1.

В таблице на рис. 3 приведены амплитуда и мощьность для каждой из трех частотных компонент модулированного колебания.

	Угловая частота	Амплитуда	ОтносительВнная амплитуда	ОтносительВнная мощность
Несущая	ωн	Ан	1	1
Верхняя боковая полоса	ωн+ωм	Ам/2	m/2	(m/2)2
Нижняя боковая полоса	ωн-ωм	Ам/2	m/2	(m/2)2

Рнс. 3. Мощность и амплитуда АМ-колебаний.

Для 100%-ной модуляции (m=1) и мощности несущей 1 кВт полная мощность модулированных колебаний составляет 1 кВт+(1/2)2 кВт+(1/2)2 кВт=1,5 кВт. Отметим, что при m=1 мощность, заключенная в обеих боковых полосах, составляет полоВнвину мощности несущей. Аналогично при m=0,5 мощность в обеВних боковых полосах составляет 1/8 мощности несущей. Указанное выше имеет место лишь для синусоидальной формы AM. АмплитудВнная модуляция может быть использована в передаче импульсных значений.

При обычной модуляции с двумя боковыми полосами, используВнемой в радиовещании, информация передается исключительно в боВнковых полосах. Для того чтобы получить, например, хорошее каВнчество звука, необходимо работать в полосе частот шириной 2М, где М тАФ ширина полосы высококачественного воспроизведения звука (20тАФ20 000 Гц). Это означает, что стандартное АМ-радиовещание, к примеру, с частотами до 20 кГц должно иметь ширину полосы В±20 кГц (всего 40 кГц), учитывая верхнюю и нижнюю боковые поВнлосы. Однако на практике ширина полосы частот по правилам ФКС ограничивается величиной 10 кГц (±5 кГц), которая предусматриВнвает для радиопередачи звука ширину полосы всего лишь 5 кГц, что далеко от условий высококачественного воспроизведения. Радиовещание с частотной модуляцией, как это будет показано ниже, имеет более широкую полосу частот.

Федеральная комиссия связи также устанавливает допуски часВнтоты всех распределений частот в США. Все АМ-радиовещание (535тАФ1605 кГц) имеет допустимые отклонения в 20 Гц, или около 0,002 %. Эта точность и стабильность частоты может быть достигнута путем использования кварцевых генераторов.

Детектирование или демодуляция АМ-колебаний требует выВнпрямления модулированного сигнала, сопровождаемого исклюВнчением несущей частоты с помощью соответствующей фильтрации. Эти две стадии воспроизведения модулирующего сигнала могут быть продемонстрированы па примере колебания, изображенного на рис. 2, а. После выпрямления остается лишь половина колебания, а после фильтрации присутствует лишь его огибающая, которая являВнется воспроизведенным сигналом.

На рис. 4 приведены функциональные схемы передающей и приемной систем с амплитудной модуляцией.

Рис. 4. АМ-система.

а-функциональная схема передатчика; б-функциональная схема приемника.

Передатчик содержит два источника: сигнала модуляции тАФ от микрофона, проигрыватеВнля и т.д. и несущей тАФ от генератора с кварцевой стабилизацией. Модулирующий сигнал и несущая вводятся в модулятор, который вырабатывает модулированный сигнал, который затем передается через антенну. В большинстве передатчиков большой мощности моВндуляция осуществляется в последнем каскаде системы для того, чтобы избежать необходимости усиливать модулированный сигнал. Усиление несущей и модулирующего сигнала происходит раздельно. Степень модуляции контролируется изменением амплитуды модуляВнции и поддержанием постоянной амплитуды несущей. С тех пор как передаваемая мощность стала лимитироваться ФКС, большинство радиовещательных станций имеет автоматическое управление и контроль мощности, как это показано штриховыми линиями на рис. 4,а.

Приемник (рис. 4,б) содержит высокочастотный усилитель, который усиливает сигнал, принятый антенной. ВЧ-усилитель наВнстраивается; его частота настройки может быть изменена (в диапазоВнне радиовещания для АМ-приемников) для выбора нужной станции. Термин ВлизбирательностьВ», примененный к приемнику, относится к способности приемника выбирать отдельную станцию (частоту), не принимая при этом сигналов от примыкающих к ней станций. Например, если приемник имеет плохую избирательность, то при настройке на станцию WQXP (1560 кГц) может быть также принята другая, смежная станция WWRL (1600 кГц). Ясно, что приемник с такой плохой избирательностью является непригодным. Нужно такВнже помнить, что ВЧ-усилитель должен иметь ширину полосы 5 кГц для звуковых сигналов (две боковые полосы требуют ширину полоВнсы ±5 кГц вокруг частоты несущей). Таким образом, требуется поВнлоса частот 10 кГц совместно с высокой избирательностью, которая означает очень крутые спады частотной характеристики перестраиВнваемого контура, обеспечивающие существенное ослабление сигнаВнлов вблизи выбранной частоты, но находящихся вне полосы частот В±5 кГц.

Приемник, показанный на рис. 4,б, является приемником или прямого усиления (сплошные линии), или гетеродинного типа (штриВнховые линии). В последнем принятый ВЧ-сигнал ωн смешивается с колебаниями от местного генератора-гетеродина ωг. В результате возникают два сигнала тАФ с частотами ωг-ωн и ωг+ωн. СигВннал с разностной частотой ωг-ωн усиливается усилителем промеВнжуточной частоты (УПЧ) и затем подводится к детектору. На рис. 4,б штриховыми линиями вместо сплошных линий между ВЧ-усилителем и детектором представлена функциональная схема гетероВндинного приемника. Такой метод приема позволяет настраиваться на любую станцию, в то время как промежуточная частота остается равной 455 кГц и легко усиливается усилителями с фиксированной частотой настройки. Отметим, что для того, чтобы настроиться на станцию, нужно изменять ωг и ωн одновременно, и, таким образом, разность ωг-ωн остается неизменной. Приемник гетеродинного типа имеет лучшую избирательность и гораздо большую чувствиВнтельность. Минимально различимый им сигнал составляет 10 мкВ на антенне. Когда мы говорим ВлразличимыйВ», то подразумеваем преВнвышающий уровень шумов приемника.

ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ, ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

В методе частотной модуляции (ЧМ) амплитуда модулирующего сигнала управляет мгновенной частотой несущей. Идеальная ЧМ не вносит изменений в амплитуду несущей. Следовательно, форма напряжения модулированной несущей может быть выражена в виде

ечм=Анcos[ωнt+δ⋅sin(ωмt)] (9)

где ωн и ωм - соответственно несущая частота и частота модуляВнции, а δ - индекс модуляции. Частоты модулированного колебаВнния могут быть получены из выражения cos[ωнt+δ⋅sin(ωмt)] с исВнпользованием тригонометрических формул и специальных таблиц (функции Бесселя).

Индекс модуляции δ определяется как Δωн/ωм=Δfн/fм - отВнношение максимальной девиации частоты (за один период модулиВнрующего сигнала) к частоте модуляции. Детальный анализ частотВнной модуляции сложен. Рассмотрим на примерах основные черты этого метода. Будем предпоВнлагать наличие одиночной частоты модуляции ωм (ем=Амsin(ωмt)).

Девиация частоты Δωн прямо пропорциональна мгновенному значению модулирующего сигнала ем=Амsin(ωмt). Таким образом, Δωн можно выразить через ем:

Δωн=kfАмsin(ωнt) (10)

где kf - коэффициент пропорциональности, аналогичный по своВнему характеру чувствительности; он дает девиацию частоты на 1 В (Δω/В). Следовательно, при ωнt=90В° (sin(ωнt)=1) Δωн=kfАм - максимальная девиация частоты синусоидального модулирующего сигнала. Например, если sin(ωнt)=0,5, kf=2π⋅1000 (рад/с)/В=1000 Гц/В и Ам=10В, то мы получаем Δωн=2π⋅1000⋅10⋅0,5=2π⋅5000 рад/с, т. е. девиацию частоты несущей 5 кГц. МаксимальВнное значение Δfн при этих условиях (sin(ωнt)=1) будет составлять 10 кГц. Отметим, что, так как sin(ωнt ) может быть равным +1 или -1, то Δfн макс=±10 кГц. Если задано значение fм, то можно вычисВнлить индекс модуляции δ. Для fм=2000δ=10000/2000 (Δfн/fм ); таким образом, δ=5. Индекс модуляции должен быть всегда возВнможно большим, чтобы получить свободное от шумов верное воспроВнизведение модулирующего сигнала. Девиация частоты Δfн в ЧМ-радиовещании ограничена величиной до +75 кГц. Это приводит к значению δ=75/15=5 для звукового модулирующего сигнала с максимальной частотой 15 кГц.

Исследуя изменения частоты несущей с ЧМ, есть соблазн прийти к выводу о том, что ширина полосы, необходимой для ЧМ-передачи, составляет В±Δωн, или 2Δωн, так как несущая меняется по частоте в пределах В±Δωн, т. е. ωчмаωнВ±Δωн.Этот вывод, однако, полностью ошибочен. Может быть показано, что ЧМ-колебания состоят из несущей и боковых полос аналогично AM с одним лишь существенным различием: при ЧМ существует множество боковых полос (рис. 5). Амплитуды боковых полос связаны весьма сложным образом с индексом модуляции. Отметим, что частоты боковых поВнлос связаны лишь с частотой модулирующего сигнала ωм, а не с девиацией частоты Δωн. Для предыдущего примера, когда δ=5 и ωм=15 кГц (максимум), мы получаем семь пар полос (ωнВ±ωм, ωнВ±2ωм, ωнВ±3ωм, и т.д.) с изменяющимися амплитудаВнми, но превышающими значение 0,04Ан. Все другие пары за преВнделами ωнВ±7ωм имеют амплитуды ниже уровня 0,02Ан.

Первая пара боковых полос может быть описана как 0,33А⋅[sin(ωн+ωм)t+sin(ωн-ωм)t] имеет амплитуду 0,33 Ан; вторая пара - ωн±2ωм - имеет амплитуду 0,047Ан. Отметим, что амплитуды различных боковых полос не являются монотонно убывающими по мере того, как их частоты все более и более удаляются от ωн. Фактически в приведенном примере с δ=5 наибольшей пo амплитуде (0,4 Ан) является четвертая пара боковых полос. АмпВнлитуды различных боковых полос получены из специальных таблиц, описывающих эти полосы для различных значений δ. Очевидно, что ширина полосы, необходимая для передачи семи пар боковых полос, составляет В±7⋅15 кГц, или 14⋅15 кГц= 210 кГц (для fм=15 кГц). На этом же основании ширина полосы, необходимая для δ=10 (Δωн/ωм=10), равна 26fм; 13 боковых полос в этом случае составят 26⋅15=390 кГц. Таким образом, частотная модуляция требует значительной ширины полосы частот и, как следствие, исВнпользуется только при несущих с частотами 100 МГц и выше.

Рис. 5. Боковые полосы ЧМ.

ωн-несущая частота; ωм-частота модуляции.

Частотно-модулированная связь гораздо менее чувствительна к помехам. Шумы, попадающие в ЧМ-сигнал, будь то атмосферные возмущения (статические), тепловые шумы в лампах и сопротивлеВнниях или любые другие шумы, имеют меньшую возможность влиять на прием, чем в случае AM. Основной причиной этого является поВнпросту тот факт, что большинство шумов амплитудно модулируют несущую. Делая приемник нечувствительным к изменениям амплитуВнды, практически устраняем эту нежелательную модуляцию. ВосВнстановление информационного сигнала из ЧМ-волны связано лишь с частотным детектированием, при котором выходной сигнал зависит лишь от изменений частоты ЧМ-сигнала, а не от его амплитуды. Большинство приемников содержит усилитель-ограничитель, который поддерживает постоянную амплитуду ЧМ-колебаний, устраняя тем самым любой АМ-сигнал.

Существуют различные методы ЧМ-детектирования и селекции. В основе большинства методов лежит использование наклона часВнтотной характеристики резонансного контура (рис. 6). Амплитуда отклика изменяется с частотой. Для ωн+Δωн получаем амплитуВнду А1, для ωн-Δωн - амплитуду А2, а для частот между

Рис. 6. Принцип использования резонансного контура в качестве частотВнного детектора.

ωн+Δωн и ωн-Δωн имеем все промежуточные амплитуды межВнду А1 и А2. Выходной сигнал соответствует девиации частоты входВнного сигнала (хотя и не совсем линейно в простом резонансном конВнтуре) и тем самым воспроизводит первоначальный модулирующий сигнал.

Цепь фазовой автоподстройки (ФАП), вскоре стала одним из наиболее распространенных средств ЧМ-детектировапия, особенно применительно к импульсным модуВнлирующим сигналам. Некоторые схемы ФАП снабжены логическими выходными схемами, согласованными с соответствуюВнщими входными сигналами импульсной формы.

Как отмечалось ранее, ЧМ тАФлишь один тип угловой модуляВнции. Другим является фазовая модуляция. Эта модуляция очень похожа на ЧМ. При фазовой модуляции мгновенная фаза несущей изВнменяется пропорционально мгновенной амплитуде модулирующеВнго сигнала. Это приводит к изменению несущей частоты ωн, как видВнно из уравнения

ωфаз=ωн+kфωмАмsin(ωмt) (11)

где kф, - коэффициент пропорциональности, измеряемый в единиВнцах рад/В. Фазовая и частотная модуляция часто используются в одной системе модуляции, так как прием и детектирование обеих идентичны.

Функциональные схемы передатчика и приемника с ЧМ почти те же, что и для AM. Ширина полосы частот ЧМ существенно шире, а несущая частота значительно выше (100 МГц и более). Более широВнкая полоса частот приводит к более верному воспроизведению входВнных звуковых сигналов, так что звуки с частотами выше 5 кГц должны передаваться системами ЧМ. В приемниках с частотной моВндуляцией иногда используется двойное гетеродинирование с двумя промежуточными частотами - 5 МГц и 455 кГц.

ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (ИМ)

Импульсная модуляция (ИМ) не является в действительности каким-то особым типом модуляции. Этот термин характеризует скоВнрее вид модулирующего сигнала. Далее различают импульсную ампВнлитудную и импульсную частотную модуляции. Здесь учитывают то, каким образом информация представлена тАФ с помощью импульса или ряда импульсов. Можно рассматривать в качестве модулируеВнмой величины амплитуду импульса, или его ширину, или его полоВнжение в последовательности импульсов и т. д. Следовательно, суВнществует большое разнообразие методов импульсной модуляции. Все они используют в качестве формы передачи или AM, или ЧМ.

Рис. 7. Последовательность импульсов, отображающих число 37 в двоично-десятичном коде (младший значащий разряд первый).

Импульсная модуляция может быть использована для передачи как цифровых, так и аналоговых форм сигнала. Когда речь идет о цифровых сигналах, мы имеем дело с логическими уровнями тАФ выВнсоким и низким тАФ и можем модулировать несущую (с помощью AM или ЧМ) рядом импульсов, который представляет цифровое значеВнние. Например, если для числа 37 передается код ДКД (двоично-кодированное десятичное число) 00110111, то для модуляции несуВнщей просто должна использоваться указанная последовательность нулей и единиц. Каждый нуль может быть представлен уровнем 0В, а каждая единица тАФ уровнем, например, 5В. ОбразованВнная в результате последовательность импульсов показана на рис. 7 вместе с совпадающим рядом синхронизирующих импульсов, необходимых для идентификации положения единиц и нулей. В указанной последовательности важен порядок импульсов. Сначала передается МЗДР (младший значащий десятичный разряд) 7, а заВнтем СЗДР (старший значащий десятичный разряд) 3. В каждом деВнсятичном разряде на первом месте старший двоичный разряд (бит).

Отметим, что, даже если все импульсы имеют полную амплитуду 5 В, обычно допускается изменение цифровых уровней в широком диапаВнзоне напряжений, что не приводит к нарушению нормальной работы системы. Например, логический уровень Вл1В» может изменяться в преВнделах от 2,4 до 5,5 В.

При использовании импульсных методов для передачи аналогоВнвых сигналов необходимо сначала преобразовать аналоговые данные в импульсную форму. Это преобразование также относится к модуВнляции, так как аналоговые данные используются для модулироВнвания (изменения) последовательности импульсов или импульсной поднесущей. На рис. 8,а показана модуляция синусоидальным сигВнналом амплитуд последовательности импульсов.

Рис. 8. Форма сигналов амплитудно-импульсной модуляции.

атАФформа модулированного сигнала; бтАФвоспроизведенная форма сигнала при низкой частоВнте следования импульсов, Т1 тАФ период последовательности импульсов; в тАФ воспроизведенная форма сигнала при высокой частоте следования импульсов, Т2 тАФ период последовательности импульсов.

Амплитуда каждого импульса в модулированной последовательности зависит от мгновенВнного значения аналогового сигнала. Синусоидальный сигнал может быть восстановлен из последовательности модулированных импульВнсов путем простой фильтрации. На рис. 8,б графически показан процесс восстановления первоначального сигнала путем соединения вершин импульсов прямыми линиями. Однако восстановленная на рис. 8,б форма колебаний не является хорошим воспроизведениВнем первоначального сигнала из-за того, что число импульсов на пеВнриод аналогового сигнала невелико. При использовании большего числа импульсов, т. е. при большей частоте следования импульсов по сравнению с частотой модулирующего сигнала, может быть достигнуто более лучшее воспроизведение (рис. 8,в). Этот процесс амплитудно-импульсной модуляции (АИМ), относящийся к модуляВнции поднесущей последовательности импульсов, может быть выполВннен путем выборки аналогового сигнала через постоянные интерваВнлы времени импульсами выборки с фиксированной длительностью. Импульсы выборки тАФ это импульсы, амплитуды которых равны веВнличине первоначального аналогового сигнала в момент выборки. Частота выборки (число импульсов в секунду) должна быть по крайВнней мере в два раза большей, чем самая высокая частота аналогового сигнала. Для лучшей воспроизводимости частота выборки обычно устанавливается в 5 раз большей самой высокой частоты модуляции.

АИМ является только одним типом импульсной модуляции. КроВнме него существуют:

ШИМ тАФ широтно-импульсная модуляция (модуляция импульВнсов по длительности);

ЧИМ тАФ частотно-импульсная модуляция;

КИМ тАФ кодово-импульсная модуляция.

Широтно-импульсная модуляция преобразует уровни выборок. напряжений в серии импульсов, длительность которых прямо пропорциональна амплитуде напряжений выборок (рис. 9,а). ОтмеВнтим, что амплитуда этих импульсов постоянна; в соответствии с моВндулирующим сигналом изменяется лишь длительность импульсов. Интервал выборки тАФ интервал между импульсами тАФ также фикВнсирован.

Частотно-импульсная модуляция преобразует уровни выборок напряжений в последовательность импульсов, мгновенная частота которых, или частота повторения, непосредственно связана с велиВнчиной напряжений выборок. И здесь амплитуда всех импульсов одиВннакова, изменяется только их частота. По существу все аналогичВнно обычной частотной модуляции, лишь несущая имеет несинусоиВндальную форму, как в случае обычной ЧМ; она состоит из последоВнвательности импульсов.

Кодово-импульсная модуляция преобразует выборки напряжения в кодированное сообщение. К примеру, дискретный уровень, равный 5,5 В, может быть представлен двоичным числом 101.101=5,5 с помощью аналого-цифрового преобразователя. Кодовое сообщение 101.101 представляет собой некоторую выборку напряжения Vs. Подобным кодированием (в данном случае двоичным кодом) преобВнразуют каждую выборку. Последовательность таких кодовых сообВнщений представляет собой серию чисел, описывающих последоваВнтельные выборки. Код может быть любым: двоичным с шестью разВнрядами, как представленный выше, или двоичным кодом с N разряВндами, или двоично-кодированным десятичным и т. д. (рис. 7).

Рис. 9. Широтно-импульсная модуляция.

Приведенные выше модуляционные схемы тАФ лишь некоторые представители большого числа используемых методов. Подчеркнем, что рассмотренная здесь ИМ-модуляция относится к модуляции поднесущей, т. е. модуляции последовательности импульсов, которые затем используются в системах AM или ЧМ. Речь идет о двух слеВндующих друг за другом модуляциях. Во-первых, информация моВндулирует последовательность импульсов. Здесь может быть испольВнзована АИМ, ШИМ, ЧИМ, КИМ или любой другой вид модуляции. Во-вторых, содержащая информацию поднесущая модулирует синусоидальную несущую.

Частотно-импульсная модуляция синусоидальной несущей приВнводит к Δωн -девиации частоты несущей скачкообразным отклонениВнем от несущей. Например, частотная модуляция логических уровней Вл0В» и Вл1В» (0 В и 5В) дает две частоты тАФ ωн (для логического уровня Вл0В») и ωн+Δωн (для уровня Вл5В»). По существу, мы просто сдвиВнгаем частоту несущей от ω к ωн+Δωн для изображения логичесВнкого уровня Вл1В». Этот тип частотной модуляции называется также и частотной манипуляцией и обычно используется в передаче сигналов с помощью телеграфа и других цифровых устройств связи. Для восВнстановления логических уровней из частотно-манипулированной несущей может быть использована цепь фазовой автоподстройки (ФАП).

Методы импульсной модуляции очень широко распространены в приложениях телеметрии.

3. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Г. Зангер. ВлЭлектронные системыВ» 1980 г.
В. В. Мигулин Вл100 лет радиоВ» 1995 г.
А. С. Касаткин ВлЭлектротехникаВ» 1965 г.
В. Г. Герасимов ВлОсновы промышленной электроникиВ» 1986 г.

Вместе с этим смотрят:

Влияние гистерезиса и вихревых токов на ток катушки с ферромагнитным сердечником
Волоконно-оптические датчики
Волоконно-оптические линии связи
Вторично-ионная масс-спектрометрия