МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ

МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ, медленное по сравнению с периодом колебаний изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний по определённому закону. Соответственно различаются амплитудная модуляция, частотная модуляция и фазовая м о д у л я ц и я (рис. 1). При любом способе М. к. скорость изменения амплитуды , частоты или фазы должна быть достаточно малой, чтобы за период колебания модулируемый параметр почти не изменился.

Рис. 1. Схематическое изображение модулированных колебаний: а - немодулированное колебание; б - модулирующий сигнал; в - амплитудно-модулированное колебание; г - частотно-модулированное колебание; д - фазово-модулированное колебание.

М. к. применяется для передачи информации с помощью электромагнитных волн радио- или оптич. диапазонов. Переносчиком сигнала в этом случае являются синусоидальные электрич. колебания высокой частоты ю (несущая частота). Амплитуда, частота, или фаза этих колебаний, а в случае света и полязация, модулируются передаваемым сигналом (см. Модуляция света).

Рис. 2. Амплитудная модуляция синусоидальным сигналом, (О - несущая частота, О - частота модулирующих колебаний, Амакс и Амин - максимальное и минимальное значения амплитуды.

В простейшем случае модуляции амплитуды А синусоидальным сигналом модулированное колебание, изображённое на рис. 2, может быть записано в виде:

скорость изменения амплитуды колебаний. Эта частота должна быть во много раз меньше, чем несущая частота со. Модулированное колебание уже не является синусоидальным. Амплитудно-мо-дулированное колебание представляет собой сумму трёх синусоидальных колебаний с частотами w, w+ Q и со - Q. Колебание частоты со наз. (в радиотехнике) несущим. Его амплитуда равна амплитуде исходного колебания Ло. Две остальные частоты наз. б о-ковыми частотами, или спутниками. Амплитуда каждого спутника равна mAо/2.

Т. о., любая передающая радиостанция, работающая в режиме амплитудной модуляции, излучает не одну частоту, а целый набор (спектр) частот. В простейшем случае М. к. синусоидальным сигналом этот спектр содержит лишь три составляющие - несущую и две боковые. Если же модулирующий сигнал не синусоидальный, а более сложный, то вместо двух боковых частот в модулированном колебании будут две боковые полосы, частотный состав к-рых определяется частотным составом модулирующего сигнала. Поэтому каждая передающая станция занимает в эфире определённый частотный интервал. Во избежание помех несущие частоты различных станций должны отстоять друг от друга на расстоянии, большем, чем сумма боковых полос. Ширина боковой полосы зависит от характера передаваемого сигнала: для радиовещания - 10 кгц, для телевидения - 6 Мгц. Исходя из этих величин, выбирают интервал между несущими частотами различных станций. Для получения амплитудно-модулиро-ванного колебания колебание несущей частоты со и модулирующий сигнал частоты Q подают на спец. устройство -модулятор.

В случае частотной модуляции синусоидальным сигналом частота колебаний меняется по закону:

В этом случае частотно-модулированное колебание, так же как и амплитудно-модулированное, состоит из несущей частоты ю и двух спутников с частотами

полосы частот, занимаемые амплитудно-модулированным и частотно-модулированным сигналами, одинаковы. При больших индексах B спектр боковых частот значительно увеличивается. Кроме колебаний с частотами w ± Q, появляются колебания, частоты к-рых равны w±2Q, w ± 3 Q и т. д. Полная ширина полосы частот, занимаемая частотно-модулированным колебанием с девиацией Дw и частотой модуляции О (с точностью, достаточной для практич. целей), может считаться равной 2Дw + 2Q. Эта полоса всегда шире, чем при амплитудной модуляции.

Преимуществом частотной модуляции перед амплитудной в технике связи является большая помехоустойчивость. Это качество частотной модуляции проявляется при B>>1, т. е. когда полоса частот, занимаемая частотно-модулированным сигналом, во много раз больше 2Q. Поэтому частотно-модулированные колебания применяются для высококачественной передачи сигналов в диапазоне ультракоротких волн (УКВ), где на каждую радиостанцию выделена полоса частот, в 15-20 раз большая, чем в диапазоне длинных, средних и коротких волн, на к-рых работают радиостанции с амплитудной модуляцией. Частотная модуляция применяется также для передачи звукового сопровождения телевизионных программ. Частотно-модулированные колебания могут быть получены изменением частоты задающего генератора (см. Радиопередатчик).

В случае фазовой модуляции модулированное колебание имеет вид:

х = Ао sin (wof + Д ф cos Qt). (5)

Если модулирующий сигнал синусоидальный, то форма модулированных колебаний и их спектральный состав для частотной и фазовой модуляции одинаковы. В случае несинусоидального модулирующего сигнала это различие чётко выражено.

В многоканальных системах связи в качестве переносчика информации используется не гармонич. колебание, а периодич. последовательность радиоимпульсов, каждый из к-рых представляет собой цуг колебаний высокой частоты (рис. 3). Периодич. последовательность таких импульсов определяется четырьмя основными параметрами: амплитудой, частотой следования, длительностью (шириной) и фазой. В соответствии с этим, возможны четыре типа импульсной модуляции: амплитудно-импульсная, частотно-импульсная, широтно-импульсная, фазово-импульсная (рис. 4). Импульсная модуляция обладает повышенной помехоустойчивостью по сравнению с модуляцией непрерывной синусоидальной несущей, зато полоса частот, занимаемая передающей радиостанцией с импульсной модуляцией, во много раз шире, чем при амплитудной модуляции (см. Импульсная модуляция, Импульсная радиосвязь).

Рис. 3. Радионмпульс.

Рис. 4. Различные виды импульсной модуляции: а - немодулированная последовательность радиоимпульсов; б -передаваемый сигнал; в - амплитуд-но-имлульс-ная модуляция; г - частотно-импульсная модуляция; Э - широтно-им-пулъсная модуляция; е - фазово-импульсная модуляция.

Лит.: Харкевич А. А., Основы радиотехники, ч. 1, М., 1962; Гольдман С. Гармонический анализ, модуляция и шумы пер. с англ., М., 1951; Рыто в С. М. Модулированные колебания и волны, "Тр Физического ин-та АН СССР", 1940, т. 2 в 1

В. Н. Парыгин