В статье автор рассматривает понятие и разновидности амплитудной модуляции, обращает внимание на их преимущества и недостатки, описывает процесс детектирования амплитудно-модулированного сигнала, приводит примеры применения амплитудной модуляции в радиосвязи.
Ключевые слова: амплитудная модуляция, коэффициент модуляции, модулирующий сигнал, полярная модуляция, детектирование (демодуляция), диодный детектор.
Основные понятия амплитудной модуляции
Амплитудная модуляция — это образование сигнала путем изменения гармонического колебания («несущей») пропорционально мгновенным значениям тока или напряжения другого, более низкочастотного, сигнала («сообщения»). Проще говоря, это «наложение» низкочастотного модулирующего сигнала на высокочастотную «несущую». [1, с. 66–68]
Частота несущей должна быть больше частоты сообщения в 10 раз или больше. Под воздействием «сообщения» на амплитуду «несущей» образуется новое колебание с частотой несущей, в котором изменяется только амплитуда (рис. 1).
Рис. 1. Амплитудная модуляция: а — модулирующий сигнал («сообщение»); б — несущее колебание; в — АМ-сигнал
Глубина модуляции (коэффициент модуляции) — относительное изменение амплитуды несущей [2, с. 46–47]:
где A max ‒ максимальное значение амплитуды АМ-сигнала, A max = U н +U с ;
A min ‒ минимальное значение амплитуды АМ-сигнала, A min =U н -U с .
Тогда, подставив выражения A max и A min в формулу (1), получим:
В таком случае
Спектр частот показывает, какие частоты и амплитуды присутствуют в модулированном сигнале. Спектр амплитудной модуляции (АМ) состоит из несущей и двух боковых частот (рис. 2).
Рис. 2. Спектр амплитудной модуляции: а — спектр несущей б — спектр сообщения; в — спектр АМ-сигнала
Разновидности амплитудной модуляции
В зависимости от того, передается весь спектр АМ-сигнала или только его часть, различают 2 способа амплитудной модуляции [3]:
1. Амплитудная модуляция с двумя боковыми полосами (АМ с ДБП).
В этом случае предается весь спектр частот. Ширина полосы частот при АМ с ДБП равна удвоенной частоте передаваемого сообщения (рис. 3а). Например, если частота переносчика равна 1000 Гц, а частота сообщения — 50 Гц, то полоса частот для передачи сигнала составит 100 Гц (от 950 до 1050 Гц).
2. Амплитудная модуляция с одной боковой полосой или однополосная АМ (АМ с ОБП).
При АМ с ОБП сигнал передаётся только на одной боковой полосе частот. Для получения однополосной модуляции в спектре АМ подавляют несущую и одну боковую частоту (рис. 3б). Спектр ОМ сигнала по ширине равен спектру исходного модулирующего сигнала («сообщения») и, по сравнению со спектром АМ с ДБП, в два раза уже.
Рис. 3. Спектр амплитудной модуляции: а — спектр АМ с ДБП б — спектр АМ с ОБП
Амплитудная модуляция с одной боковой полосой имеет ряд преимуществ:
- Сокращение полосы частот передаваемых АМ-сигналов приводит к росту числа каналов;
- Сокращается мощность передатчика и растет мощность в передаваемой полосе;
- Большая помехоустойчивость.
Недостатком такого вида АМ является сложность приема, т. к. не передается «несущая».
Полярная модуляция — это разновидность амплитудной модуляции, при котором верхняя и нижняя огибающие модулированного колебания различны и изменяются в соответствии с передаваемыми сигналами. То есть, при полярной модуляции с помощью одной несущей одновременно предают два сообщения. [4, с. 86–90]
Если передаваемое сообщение при амплитудной модуляции представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, т. е. является дискретным сообщением, то такой вид преобразований называется амплитудной манипуляцией (иногда её также называют дискретной). При амплитудной манипуляции амплитуда несущей принимает всего 2 значения.
Рис. 4. Амплитудная манипуляция: а — модулирующий сигнал («сообщение»); б — несущее колебание; в — АМ-сигнал.
Детектирование амплитудно - модулированного сигнала
Детектирование (демодуляция) — это выделение сообщение из сложного (модулированного) сигнала. Детектирование сводится к воздействию полученного АМ- сигнала на нелинейный элемент. При детектировании с использованием нелинейного элемента, вольтамперная характеристика которого описывается функцией
Процесс детектирования амплитудно-модулированного сигнала с двумя боковыми полосами состоит из следующих этапов [2, с. 50]:
- Выпрямление АМ сигнала, в результате которого образуются импульсы несущей с огибающей, имеющей форму колебания передаваемого сообщения.
- Выделение из этих импульсов исходного сигнала (сообщения) путём фильтрации высокочастотных составляющих спектра импульсов.
В качестве детектора используется диод, выпрямление сигнала выполняется на линейной части вольтамперной характеристики диода (рис. 5).
Рис. 5. Диодный детектор
Применение амплитудной модуляции
Несмотря на появление более современных видов модуляции, амплитудная манипуляция до сих пор находит применение в различных областях радиосвязи. В радиовещании АМ широко использовалась в диапазонах средних и длинных волн. В настоящее время в этих диапазонах активно внедряется цифровое вещание, однако многие радиостанции до сих пор работают в аналоговом режиме с применением АМ.
Исторически амплитудная манипуляция стала одним из первых методов передачи информации по радиоканалам. И сегодня АМ остается одной из основных технологий в радиотехнике, без которой невозможно представить историю развития радиосвязи.
Литература:
- Вахтин, В. Е. Модуляция сигналов и ее виды, сравнение / В. Е. Вахтин, Е. С. Лебедев, Д. А. Бобров. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 33 (480). — С. 66–68. — URL: https://moluch.ru/archive/480/105521/ (дата обращения: 30.11.2024).
- Верещагин, А. В. Методы повышения помехоустойчивости передачи информации в радиоканалах мобильных программно-технических комплексов: учебное пособие / А. В. Верещагин, Н. В. Сотникова. — Санкт-Петербург: БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова, 2018. — 158 с. — ISBN 978–5–907054–28–8. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/122048 (дата обращения: 30.11.2024). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
- Иванов М. Т., Сергиенко А. Б., Ушаков В. Н. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения / под ред. В. Н. Ушакова СПб.: Питер, 2014. — 336с.
- Мощенский, Ю. В. Теоретические основы радиотехники. Сигналы / Ю. В. Мощенский, А. С. Нечаев; под редакцией Ю. В. Мощенский. — 3-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2023. — 216 с. — ISBN 978–5–507–47257–4. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/349982 (дата обращения: 30.11.2024). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
