МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ

медленное по сравнению с периодом колебаний изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний по определ. закону. Соответственно различаются амплитудная, частотная и фазовая М. к. (рис. 1). Возможна и смешанная модуляция (напр., амплитудно-фазовая). При любом способе М. к. скорость изменения амплитуды, частоты или фазы должна быть достаточно малой, чтобы за период Т колебания модулируемый параметр почти не изменился.

М. к. применяется для передачи информации с помощью эл.-магн. волн радио- или оптич. диапазонов, а также акустич. волн. «Переносчиком» сигнала явл. синусоидальные колебания высокой частоты со. Амплитуда, частота или фаза этих колебаний, а в случае света и поляризация модулируются передаваемым сигналом

Рис. 1. а — гармонич. колебания несущей частоты; б — модулирующий сигнал; в — амплитудно-модулиров. колебание; г —частотно-модулиров. колебание; д — фазово-модулиров. колебание.

В простейшем случае модуляции амплитуды А синусоидальным сигналом модулиров. колебание (рис. 2) может быть записано в виде:

х=А0 (1+msinWl)sin(wt+j). (1)

Здесь А0 — амплитуда, w — частота исходного колебания, W — частота модуляции; величина m, наз. г л у б и н о й м о д у л я ц и и, характеризует степень изменения амплитуды:

Рис. 2. Колебание, модулированное по амплитуде синусоидальным сигналом.

Частота модуляции W характеризует скорость изменения амплитуды колебаний. Эта частота должна быть во много раз меньше, чем несущая частота со. Модулиров. колебание уже не явл. строго синусоидальным. Амплитудно-модулиров. колебание представляет собой сумму трёх синусоидальных колебаний с частотами w, w+W, w-W. Частота w наз. несущей. Две остальные частоты наз. б о к о в ы м и ч а с т о т а м и (сателлитами). Амплитуда каждой из них равна mА0/2.

Любая передающая радиостанция, работающая в режиме амплитудной модуляции, излучает не одну частоту, а 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 спектре модулиров. колебания будут две б о к о в ы е п о л о с ы, частотный состав к-рых определяется частотным составом модулирующего сигнала. Поэтому каждая передающая станция занимает определённый частотный интервал. Во избежание помех несущие частоты разл. станций должны отстоять друг от друга на расстоянии, большем, чем сумма боковых полос. Ширина боковой полосы зависит от хар-ра передаваемого сигнала; для радиовещания — 10 кГц, для телевидения — 6 МГц. Исходя из этих величин, выбирают интервал между несущими частотами разл. станций. Для получения амплитудно-модулиров. колебания колебание несущей частоты w и модулирующий сигнал частоты W подают на спец. устройство — м о д у л я т о р.

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

wl =w0+DwcosWt, (3)

где Dw — т. н. д е в и а ц и я ч а с т о т ы. При частотной модуляции полоса частот модулиров. колебания зависит от величины b=Dw/W, наз. и н д е к с о м ч а с т о т н о й м о д у л я ц н и. При b<-1 справедливо приближённое соотношение:

х»A0(sinwt+bsinWtcoswt). (4)

В этом случае частотно-модулиров. колебание, так же как и амплитудно-лодулированное, состоит из несущей частоты w и двух спутников с частотами w+W и w-W. Поэтому при малых b полосы частот, занимаемые шплитудно-модулированными и частотно-модулиров. сигналами, одинаковы. При больших индексах b спектр боковых частот значительно увеличивается. Кроме колебаний с частотами w±W появляются колебания, частоты к-рых равны w±2W, w±3W ( т. д. Полная ширина полосы частот, занимаемая частотно-модулиров. колебанием с девиацией Dw и частотой модуляции W (с точностью, достаточной для практич. целей), может считаться равной 2Dw+2W. т. е. шире, ;ем при амплитудной модуляции.

Преимуществом частотной модуляции перед амплитудной в технике вязи явл. большая помехоустойчивость. Это кач-во частотной модуляции проявляется при b->1, т. е. когда полоса частот, занимаемая частотномодулиров. сигналом, во много раз больше 2W. Поэтому частотно-модулиров. колебания используются для высококачеств. передачи сигналов в диапазоне УКВ, где на каждую радиостанцию выделена полоса частот, в 15—20 раз большая, чем в диапазоне длинных, средних и коротких радиоволн, на к-рых работают радиостанции с амплитудной модуляцией. Частотная модуляция применяется также для передачи звук. сопровождения телевизионных программ. Частотно-модулиров. колебания могут быть получены изменением частоты задающего генератора.

В случае фазовой модуляции модулиров. колебание имеет вид:

х=А0sin(wt +DsinWt). (5)

Такое колебание тождественно частотно-модулированному с синусоидальной модуляцией частоты по закону (3), причём Dj совпадает с индексом модуляции р. О фазовой модуляции говорят в случае, если Dj остаётся неизменным при изменении частоты модулирующего сигнала W, а о частотной, когда при этом не изменяется Dw=bW. В случае несинусоидального модулирующего сигнала различие между частотной и фазовой М. к. более чётко выражено (рис. 1, г, д).

Во мн. случаях модулирующий сиг-пал имеет вид импульса, а результирующий — цуга колебаний высокой частоты или радиоимпульса (рис. 3).

Рис. 3 Радиоимпульсы.

Радиоимпульсы используются, напр., в радиолокации, иногда с дополнит. частотной модуляцией несущего сигнала. В многоканальных системах связи в кач-ве переносчика информации используется не гармонич. колебание, а периодич. последовательность радиоимпульсов. Такая последовательность определяется четырьмя 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. 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.

Модуляция используется не только для регулярных, но и для случайных сигналов, напр. в радиоастрономии модулируются шумовые сигналы.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.