Реферат: Лабараторные работы по генерированию

1. ВИДЫ И АНАЛИЗ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Радиочастотные колебания, создаваемые радио­передатчиком и излучаемые его антенной в виде электромагнит­ных волн, используются для передачи информации потому, что они легко распространяются на большие расстояния.

Сообщения, которые необходимо передавать, чаще всего пред­ставляют собой низкочастотные колебания. Так, механические ко­лебания звука, преобразованные микрофоном в электрические, представляют собой колебания низкой частоты. Такие колебания не могут распространяться на большие расстояния. Поэтому спектр низкочастотного сигнала необходимо перенести в область радиочастот. Для этого необходимо осуществить управление ими.

Процесс управления колебаниями радиочастоты с помощью ко­лебаний низкой частоты называется модуляцией.

Модуляция осуществляется с помощью специального устройст­ва, называемого модулятором. На один вход модулятора подается напряжение радиочастоты, на другой — низкочастотный переда­ваемый сигнал. На выходе модулятора получается модулирован­ное колебание.

Радиочастотные колебания, осуществляя перенос сигнала, сох­раняют его свойства. Они называются несущими.

Радиочастотные колебания характеризуются тремя параметра­ми: амплитудой, частотой и фазой. Они связаны соотношением i = I_Hcos(ωt + φ).

Для осуществления модуляции необходимо изменять во вре­мени один из параметров радиочастотного колебания в соответст­вии с передаваемым сигналом. В зависимости от того, какой из параметров радиочастотного колебания изменяется, различают амплитудную, частотную и фазовую модуляцию.

При работе передатчика в импульсном режиме для осуществ­ления модуляции изменяется один из параметров импульсов. Та­кая модуляция называется импульсной.

Для передачи телеграфных сигналов изменяют один из пара­метров радиочастотных колебаний в соответствии с телеграфным кодом. Радиотелеграфную модуляцию называют манипуляцией. Различают соответственно манипуляцию амплитудную, частотную и фазовую.

Амплитудной модуляцией называется процесс изменения амп­литуды колебаний радиочастоты в соответствии с изменением амп­литуды колебаний низкой частоты передаваемого сигнала.

Передаваемое колебание, например речь, музыка, является сложным колебанием. И его можно рассматривать как сумму простых гармонических составляющих колебаний различных амп­литуд, частот и фаз.

Для простоты анализа рассмотрим модуляцию одним тоном частоты Ω, т. е. когда перед микрофоном звучит однотонное коле­бание одной частоты. График его можно представить в виде гар­монического (синусоидального или косинусоидального) колеба­ния, как показано на рис. 1, а аналитически записать выражени­ем u_Ω=U_Ω cos Ωt. При амплитудной модуляции по закону измене­ния модулирующего колебания, в данном случае по закону cos Ωt, должна изменяться амплитуда тока радиочастоты. Это означает, что во время положительного полупериода звукового колебания амплитуда радиочастотного тока возрастает (точки 2—4 на рис. 1), а во время отрицательного полупериода — уменьшается (точки 4—6 на рис. 1).

Рис. 1. Временная диаграмма амплитудно-модулированных колебаний

И
зменение амплитуды радиочастот­ных колебаний математически можно выразить следующим обра­зом. Уравнение тока в антенне или в выходной цепи модулируе­мого каскада до модуляции имеет вид i = I_НЕСсоsω_Ht. Это колебание называется несущим. В процессе модуляции амплитуда тока I_НЕС получает приращение ΔI_НЕС, причем это приращение изменяется по закону изменения модулирующего сигнала ΔI_НЕС cos Ωt.

Рис. 2. Графики амплитудно-модулированных при различной глубине модуляции:

m 1(в,г)

Тогда выражение тока радиочастоты при модуляции принимает вид

i = ( I_НЕС + ΔI_НЕС cos Ωt) соsω_Ht.

Выполняя дальнейшее преобразование выражения тока моду­лированных колебаний, получаем

i = I_НЕС ( 1 + ΔI_НЕС / I_НЕС cos Ωt) соsω_Ht = I_НЕС ( 1 + m cos Ωt) соsω_Ht .

Отношение приращения амплитуды тока несущей частоты при модуляции ΔI_НЕС к его значению до модуляции I_НЕС обозначают буквой m и называют коэффициентом глубины модуляции или глу­биной модуляции.

Рис.3. Спектр частот при амплитудной модуляции

Значение коэффициента глубины модуляции m зависит только от амплитуды модулирующего колебания. Например, при передаче речи или музыки — от громкости звука. При линейной модуляции коэффициент m прямо пропорционален амплитуде напряжения мо­дулирующего сигнала m= aU_Ω, где a — коэффициент пропорцио­нальности. На рис. 2 приведены временные диаграммы амплитудно-модулированных колебаний при различных коэффициентах модуляции m. При m = 0 модуляции нет. При m = 0,5 (50%) ампли­туда напряжения модулирующих колебаний такова, что вызывает изменение амплитуды радиочастотных колебаний до половины первоначального значения. При m = l ( U_Ω= U_ω) (стопроцентная модуляция) амплитуда радиочастотных колебании увеличивается в 2 раза. В этих двух случаях огибающая амплитуд модулиро­ванных колебаний точно (без искажении) воспроизводит форму сигнала. При дальнейшем увеличении амплитуды напряжения сиг­нала m > l (U_Ω > U_ω ) получается перемодуляция. Во время отри­цательного полупериода сигнала часть колебаний радиочастоты срезается (точки 1—2 на рис. 2,б) и форма огибающей модули­рованных колебаний искажается. Возникают нелинейные искаже­ния формы передаваемого сигнала. Следовательно, для осуществ­ления амплитудной модуляции без искажений коэффициент мо­дуляции m не должен превышать единицы.

Выражение для тока амплитудно-модулированных колебаний можно представить в следующем виде:

I =I_{а нес}cos ω_неct+0,5 т I_{а нес} cos (ω_неc + Ω) t + 0,5 т I_{а нес} cos (ω_неc - Ω) t.

Видно, что промодулированное по амплитуде колебание явля­ется сложным и состоит из трех составляющих:

1) колебания несущей частоты ω_неc с амплитудой I_{а нес} , такой же, как и до модуляции;