3. Частотная модуляция (чм)

При частотной модуляции (ЧМ или F3) амплитуда модулированного несущего колебания остается неизменной, а меняется только его частота в соответствии с изменением амплитуды первичного сигнала. На рис. 1.8 показаны формы исходного (модулирующего) и частотно-модулированного сигналов.

Рис. 1.8. Принцип частотной модуляции

Максимальное отклонение частоты от среднего значения несущей называется девиацией частоты:

Δωm = ωmax – ωо = ωо – ωmin ,

или

Δfm = fmax – fо = fо – fmin .

Отношение

называется индексом частотной модуляции. Здесь Ω (F) – частота первичного сигнала.

Также как АМ колебание, частотно-модулированное колебание является сложным. Разложение ЧМ сигнала на гармонические составляющие требует достаточно сложных математических преобразований с использованием функции Бесселя.

Выполнение этих преобразований показывает, что спектр колебания при частотной модуляции состоит из колебаний с частотами ωо (fо) и бесконечного числа боковых частот, расположенных попарно симметрично относительно несущей частоты ωо и отличающихся от последней на nΩ, где n – любое целое число.

Амплитуды боковых составляющих определяются выражением

Un = Uо·Jn (mf),

где Uо – амплитуда ВЧ колебания;

      Jn (mf) – функция Бесселя n-го порядка от аргумента mf.

Пример спектра ЧМ сигнала показан на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Спектр ЧМ сигнала

По величине индекса частотной модуляции различают:

– узкополосную ЧМ, когда mf < 1, т. е. Δfm < F;

– широкополосную ЧМ, когда mf > 1, т. е. Δfm > F.

Теоретически спектр ЧМ колебаний бесконечно широк. Практически, начиная с некоторых частот, амплитуды гармоник столь малы, что ими можно пренебречь. На этом основании ширина спектра ЧМ колебаний определяется как диапазон частот, расположенный симметрично относительно несущей, за пределами которого нет гармоник с амплитудами, превосходящими 0,01 U0. Приближенно ширина спектра определяется формулой

ΔFc = 2(Δfm + F) = 2(mf + 1) F.

(1.2)

При большом индексе частотной модуляции, когда mf >>1, формула (1.2) принимает вид

ΔFc = 2mf ·F = 2Δfm,

т. е. ширина спектра практически равна удвоенной девиации частоты.

При малом индексе частотной модуляции (fm << 1) ширина спектра будет равна

ΔFc = 2F,

т. е. составит такую же величину, как и при амплитудной модуляции.

В технике радиосвязи при работе в телефонном режиме на частотах выше 20…30 МГц частотная модуляция нашла широкое применение, а в УКВ радиостанциях малой мощности (до 100 Вт) она является основным видом модуляции. Сигналы при ЧМ имеют более широкий спектр, чем при ОМ, но это обстоятельство при большой частотной емкости диапазона не является решающим при выборе вида модуляции, тем более что в радиостанциях применяется, как правило, узкополосная частотная модуляция с девиацией частоты Δfm = 5…7 кГц. Кроме того, аппаратура, где применяется только частотная модуляция, значительно упрощается, что очень важно для маломощных радиостанций.

4. Амплитудная манипуляция (ат)

Амплитудная манипуляция, или иначе амплитудное телеграфирование (АТ), обычно применяется в сочетании со слуховым приемом сигналов. В качестве оконечной аппаратуры передатчика используется телеграфный ключ или датчик кода Морзе. Амплитудное телеграфирование широко применялось на всех этапах развития радиосвязи и не потеряло своей актуальности в настоящее время. Это объясняется тем, что в приеме сигналов АТ участвует слуховой аппарат человека, который обладает исключительной приспособляемостью в условиях помех. Опытный радиооператор может вести прием сигналов в таких условиях, когда никакая буквопечатающая аппаратура работать не будет.

Принцип амплитудной манипуляции при однополюсном телеграфировании поясняется рис.1.

Рис. 1.Принцип амплитудной манипуляции

Технические способы формирования сигналов АТ чрезвычайно просты. Передатчик должен излучать высокочастотные колебания при нажатом ключе, а в момент телеграфной паузы (ключ не нажат) излучение должно отсутствовать.

Спектр АТ радиосигнала носит дискретный характер и показан на рис. 2. На этом рисунке Fт = Vт/2 – основная частота телеграфирования, где Vт – скорость телеграфирования в бодах.

Рис.2. Спектр АТ сигнала

Для нормального приема радиосигнала по каналу должны быть переданы составляющие спектра сигнала в полосе частот 6Fт = 3Vт или в полосе 10Fт = 5Vт (радиоканал с замираниями). Таким образом, ширина спектра АТ радиосигнала составит

ΔFАТ = (3...5)Vт.

Так как при слуховой работе телеграфными радиосигналами АТ обеспечивается скорость до 15…20 бод, то ширина спектра такого сигнала составит 45…60 Гц. Из всех телеграфных сигналов радиосигнал с амплитудной манипуляцией имеет самый узкий спектр.