Другие виды линейной модуляции (БМ, ОМ, кам)

Амплитудная модуляция относится к линейным видам модуляции вследствие линейной зависимости модулированного сигнала от модулирующего (3.1). Выше отмечалась её низкая энергетическая эффективность. Первое очевидное решение для преодоления этого недостатка заключается в исключении из спектра АМ сигнала несущего колебания. В результате приходим к двухполосной передаче с подавленной несущей. Получение такого двухполосного сигнала весьма просто – достаточно из модулирующего сигнала исключить постоянную составляющую (если она есть), используя, например, разделительный конденсатор С _р и умножить его на несущее колебание (рис. 3.18).

. (3.5)

Такой модулятор (перемножитель), строят обычно по балансной схеме (рис. 3.10) и называют балансным, а двухполосный сигнал – БМ сигналом. Существенно то, что огибающая БМ сигнала не повторяет форму модулирующего колебания, как в случае АМ, а воспроизводит его модуль

,

причём в моменты смен знака наблюдаются скачки фазы БМ сигнала на 180°. Таким образом, БМ сигнал можно трактовать как сигнал с амплитудной и фазовой модуляциями одновременно.

Как отмечалось выше при рассмотрении спектра АМ сигнала, нижняя боковая полоса является «зеркальным отражением» верхней, т.е. не содержит никакой дополнительной информации о модулирующем сигнале. Отсюда возникает возможность передачи сигналов с помощью однополосной модуляции (ОМ). При этом безразлично какую из двух полос ВБП или НБП использовать при однополосной передаче.

ОМ сигнал можно получать из БМ сигнала фильтровым или фазокомпенсационным методами. Фильтровой метод в силу своей очевидности не требует дополнительных пояснений. Отметим лишь высокие требования к крутизне ската АЧХ полосового фильтра для выделения ВБП или НБП (по причине малого «частотного зазора» 2W_мин между ними), возрастающие с увеличением несущей частоты.

Синтезируем однополосный модулятор на основе фазокомпенсационного метода подавления одной из боковых полос. Для этого обратимся к аналитическому модулирующему сигналу , спектр которого полностью располагается в области положительных частот (рис. 3.19)

Умножая на , получим аналитический сигнал со спектром, смещённым вверх по оси частот на w_н, т.е. по нашей терминологии комплексный ОМ сигнал ВБП

.

Вернёмся к действительному ОМ сигналу

. (3.6)

Рассматривая полученное выражение как алгоритм, приходим к параметрической реализации однополосного модулятора в виде, представленном на рис. 3.20.

Самостоятельно убедитесь в том, что для получения НБП достаточно в выражении (3.6) разность заменить на сумму.

Подставим в (3.6) модулирующий сигнал в квазигармонической форме

.

Из полученного результата видно, что в результате однополосной модуляции сохраняется огибающая модулирующего сигнала, а мгновенная частота возрастает на w_н

.

Однополосную модуляцию можно рассматривать как самую простую – перенос (транспонирование) спектра модулирующего сигнала с сохранением его огибающей, а можно как сложную – амплитудную и фазовую одновременно. Она является самой узкополосной – ширина спектров модулирующего и однополосного сигналов одна и та же. Важным преимуществом ОМ по сравнению с АМ является энергетический выигрыш, доходящий (в зависимости от статистики модулирующего сигнала) до 10 раз.

К недостаткам ОМ можно отнести большие сложности получения и приёма однополосного сигнала.

Ещё одним видом линейной модуляции является квадратурная амплитудная модуляция (КАМ), сущность которой заключается в передаче двух разных сигналов методами АМ или БМ на одной несущей частоте. Спектры этих двух сигналов полностью перекрываются и их разделение с помощью фильтров невозможно. Чтобы сохранить возможность разделения сигналов на приёмной стороне, несущие колебаний на модуляторы подают с фазовым сдвигом 90° (в квадратуре). Схема формирования КАМ сигнала приведена на рис. 3.21. Достоинством КАМ по сравнению с обычными АМ или БМ, является вдвое большее количество сигналов, которые можно независимо передавать в одной и той же полосе частот.

 

Контрольные вопросы

1. В чём существо амплитудной модуляции? Напишите аналитическое выражение АМ сигнала.

2. Что называют коэффициентом модуляции m? Как его можно определить по осциллограмме и спектрограмме АМ сигнала?

3. Нарисуйте спектр простого АМ сигнала.

4. Каков спектр сложного АМ сигнала?

5. От чего зависит ширина спектра АМ сигнала?

6. Укажите причины низкой энергетической эффективности амплитудной модуляции.

7. Нарисуйте векторную диаграмму простого АМ сигнала.

8. Нарисуйте схему параметрического амплитудного модулятора. Укажите назначение её элементов.

9. Нарисуйте схему нелинейного амплитудного модулятора. Укажите назначение её элементов.

10. Что такое СМХ?

11. Как по СМХ определяют оптимальный режим работы амплитудного модулятора?

12. Назовите известные Вам виды линейной модуляции.

13. Нарисуйте спектр БМ сигнала.

14. Какую огибающую имеет БМ сигнал?

15. В чём суть однополосной модуляции? Каков спектр ОМ сигнала?

16. Приведите алгоритм и схему получения ОМ сигнала.

17. Нарисуйте схему получения сигнала КАМ.

Рекомендации по проведению экспериментальных исследований получения АМ, БМ, ОМ и КАМ сигналов

Для закрепления полученных в разделе 3.3 и 3.4 знаний полезно выполнить лабораторные работы № 8 «Амплитудная модуляция» в полном объёме (рис. 3.22) и № 11 «Линейные виды модуляции и синхронное детектирование» (рис. 3.23) в части, относящейся к исследованию модуляции, а также провести дополнительные экспериментальные исследования, используя иные виды сигналов в рамках предоставляемых этими работами ресурсов. Обратите, прежде всего, внимание на роль каждого ФУ в нелинейном и параметрическом амплитудных модуляторах, осциллограммы и спектрограммы сигналов в отдельных их точках. Укажите смысл СМХ, способ её экспериментального снятия и использования для определения оптимального режима модулятора. Для параметрических модуляторов укажите различия в них применительно к получению АМ, БМ, ОМ и

Рис. 3.22. Исследование преобразований сигналов в параметрических ФУ

КАМ сигналов.

 

Рис. 3.23. Исследование преобразований сигналов в параметрических ФУ

 

 

Детектирование сигналов