Главная Обратная связь

Дисциплины:






Амплитудная модуляция



Основные термины и понятия

Синусоидальные электромагнитные волны

Все радио- и телевизионные сигналы состоят из электрических и магнитных волн, которые распространяются в свободном пространстве со скоростью света (примерно 186 000 миль в секунду, или 3 х 10^8 м/с). Эти волны состоят, в свою очередь, из электрических полей (Е), измеряемых в вольтах на метр, и магнитных полей (Н), измеряемых в амперах на метр. Составляющие полей Е и Н всегда расположены под прямым углом друг к другу, а направление распространения волн - под прямым углом к обоим полям. По мере распространения в пространстве амплитуда волн изменяется синусоидально. На самом деле несинусоидальную электромагнитную волну создать невозможно. (Важность этого положения прояснится позже, когда будет обсуждаться тема модуляции.)

Синусоидальная волна

Синусоидальная волна характеризуется следующими основными параметрами:

  • цикл - одна полная электрическая последовательность;
  • пиковое значение (Vp) - максимальный положительный или отрицательный уровень, называемый также амплитудой;
  • период (t) - время одного полного цикла;
  • частота (f) - число циклов в секунду, которое измеряется в герцах (Гц). Один герц равен одному циклу в секунду. Из этого следует, что период и частота являются обратными величинами:

t = 1 / f.


Синусоидальная волна

Для удобства часто используются следующие множители герц:

  • килогерц (кГц) = 103 Гц = 1 000 Гц;
  • мегагерц (МГц) = 106 Гц = 1 000 000 Гц;
  • гигагерц (ГГц) = 109 Гц = 1 000 000 000 Гц;
  • действующее значение (RMS) составляет 0,707 от пикового значения, и если не оговариваются другие условия, то при любой ссылке на напряжение или ток в технической литературе обычно имеется в виду эта величина. Например, напряжение питания в Великобритании имеет синусоидальную форму, значение напряжения установлено на уровне 240 В, поэтому пиковое значение составляет 240/0,707 = 339 В. Те же расчеты для России, где напряжение питания составляет 220 В, дают следующий результат: 220/0,707 = 311 В

Угловая скорость

Угловая скорость (ω) - это косвенный способ выражения частот:


ω = 2πf рад/с.

Вместо подсчета числа полных циклов угловая скорость показывает, насколько быстро изменяется векторный угол.

Выражение, характеризующее непрерывное (мгновенное) значение v синусоидальной волны в любой точке цикла, имеет следующий вид:

v = Vp sin θ, где

Vp - пиковое значение напряжения (амплитуда);
θ - угол, измеряемый в радианах (не в градусах).

Цикл составляет 2π радиан, и, поскольку синусоидальная волна может быть визуально представлена как вектор вращения за цикл, выражение, приведенное выше, может быть записано в обозначениях частоты и угла:



v = Vp sin 2πft.

Для краткости 2πf часто обозначают угловой скоростью ω. Таким образом, выражение для синусоидальной волны будет иметь следующий вид:

v = Vp sin ωt.

Длина волны

Поскольку электромагнитные волны распространяются с известной скоростью и изменяются синусоидально, можно рассчитать, насколько далеко волна, имеющая частоту f, распространится за один цикл. Обозначая скорость света буквой c, длину волны λ можно выразить формулой:

λ = с / f.

Отсюда следует, что чем выше частота, тем короче длина волны. В спутниковом ТВ вещании используются частоты порядка 10 ГГц. Тем не менее, длины волн исчисляются в сантиметрах, поэтому длина волны может быть вычислена следующим образом:

λ = (3x 10^8) / (10 х 10^9),
λ = 3 х 10^-2 = 3 см.

На практике используемые частоты не обязательно выражаются в круглых числах, например 10 ГГц. Тем не менее длины волн исчисляются в сантиметрах, фактически они и называются сантиметровыми. Возникает вопрос: почему такие высокие частоты используются в спутниковом вещании? Прежде чем ответить на него, необходимо понять некоторые фундаментальные законы, имеющие отношение к передаче информации, независимо от того, звуковая это информация или визуальная (видеосигнал, или например статья, про мультизональные системы, скачиваемая через спутниковый интернет).

Несущая частота

Предположим, что требуется передать звуковой сигнал частотой 1000 Гц. Теоретически электрический генератор и усилитель могут быть собраны и настроены на 1000 циклов в секунду, а выход может быть подсоединен к куску провода, действующего в качестве примитивной антенны. К сожалению, чтобы получить приемлемую эффективность излучения, нужно иметь антенный провод, длина которого примерно равна длине волны W, соответствующей частоте 1000 Гц. Используя выражение, приведенное выше, получаем:

W = c/f = (3 х 10^8) / (10^3) = 3 х 10^5 м = 300 000 м.

Помимо абсолютной фантастичности подобной антенны, волны на таких низких частотах подвержены сильному затуханию из-за поглощения земной поверхностью. Другой важной причиной для использования высоких частот является необходимость считаться с шириной полосы частот, о чем будет говориться позже.

Решение этой проблемы состоит в использовании волны высокой частоты для «переноса сигнала». А чтобы «передать информацию» (в данном случае 1000 Гц), следует изменить одну или несколько ее характеристик. Волна высокой частоты упоминается как несущая частота (fc) просто потому, что она «несет» информацию. Метод наложения этой информации низкой частоты на несущую частоту называется модуляцией. Существует два основных вида модуляции - амплитудная (AM) и частотная (ЧМ).

Амплитудная модуляция

Модулирующий сигнал низкой частоты изменяет амплитуду несущей частоты в передатчике, прежде чем полный сигнал посылается на антенную систему. Если амплитуда модулирующего сигнала вызывает изменение амплитуды несущей между удвоенным значением ее немодулированного размаха и нулем, то говорится, что модуляция составляет 100%. Еслиамплитудная модуляция превышает 100%, происходит сильное искажение сигнала. Это подтверждают и радиолюбители с http://dxing.at-communication.com/.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...