6. Модуляція сигналу

Модуля́ція  (англ. modulation) — процес зміни в часі за заданим законом параметрів (характеристик) якогось з регуляторних фізичних процесів. Практичне значення має модуляція коливань — накладання низькочастотного інформаційного сигналу на високочастотний сигнал-носій для передачі на великі відстані.


Амплітудна модуляція (AM) відноситься до числа найпростіших і набули
широкого застосування завдяки своїй простоті в здійсненні і використанні. При АМ амплітуда несучого коливання є функцією часу виду


де Am0 - постійна, що дорівнює середньому значенню амплітуди;
F(t)—функція часу, змінюється за таким же законом, що і сигнал, що
модулює, і має назву модуляційної функції.
Способи здійснення АМ зазвичай засновані на зміні потенціалів
електронних приладів, що входять до складу пристроїв, що передають
радіосигнали. У найпростішому випадку амплітудно-модульоване (АМ)
коливання струму можна отримати в колі зі змінним опором, до якого
прикладена напруга високої частоти, а закон зміни визначається модуляційною функцією. Подібним змінним опором може служити, наприклад, вугільний мікрофон.
Аналітично АМ коливання визначаються виразом вигляду


При гармонійній (однотональній) модуляції, коли


для АМ коливання отримуємо


де т - коефіцієнт модуляції;
Ω - частота модуляції.


Рис. Ф1. Сигнал з амплітудною модуляцією
Коефіцієнт модуляції т називають також глибиною модуляції. При
амплітуда АМ коливання не приймає від'ємних значень (рис. Ф1).
Така модуляція називається неспотвореної. При m>1 значення Am(t) на деяких
інтервалах часу стають негативними, що приводить до перемодуляції,
пов'язаної з спотворенням обвідної коливання (рис. Ф2). Щоб уникнути цього
коефіцієнт модуляції вибирають не більше одиниці.
0 £ m £1


Рис. Ф2. Явище перемодуляції
При неспотвореної модуляції амплітуда АМ коливання змінюється в
межах від Атmin = Amo (1 - т) до Ammax=Amo (1 + m). При цьому коефіцієнт
модуляції може бути знайдений як відношення максимального збільшення ΔAт амплітуди коливань до середнього її значенням Am0:


Часто́тна модуля́ція (ЧМ, FM, англ. Frequency modulation) — тип аналогової модуляції, за якого частота вихідного сигналу змінюється у часі залежно від миттєвого значення інформаційного сигналу, тобто інформаційний сигнал керує частотою опорного сигналу. У порівнянні з амплітудною модуляцією, амплітуда сигналу залишається постійною.

Переваги ЧМ у порівнянні з АМ[3]

·        висока завадостійкість;

·        має краще співвідношення сигнал/шум на виході приймача (більш ніж у 100 разів);[4]

·        потребує меншої випромінюваної потужності передавача;

·        мала інтерференція між сусідніми станціями;

·        простіше розраховується зона покриття для заданої потужності сигналу;

Недоліки ЧМ у порівнянні з АМ

·         більша пропускна здатність (майже у 20 разів);

·         потребує більш складної конструкції приймача і передавача.

 

Фазова модуляція — один з видів модуляції, при якій фаза несучого коливання керується інформаційним сигналом. Фазомодульований сигнал має такий вигляд: , де — обвідна сигналу, є модулюючим сигналом, — частота несного сигналу, — час.