Русская Википедия:Амплитудная модуляция
Шаблон:Технологии модуляции Амплиту́дная модуля́ция (АМ) — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитудаШаблон:Sfn.
Применение в радиотехнике
Первые опыты передачи речи и музыки с помощью радиоволн методом амплитудной модуляции (АМ) произвёл в 1906 году американский инженер Р. Фессенден. В его опытах несущая частота радиопередатчика 50 кГц вырабатывалась электромашинным генератором, а для её модуляции между генератором и антенной включался угольный микрофон, изменяющий электрическое сопротивление цепи.
С 1920 года вместо электромашинных генераторов для генерации несущей частоты стали использоваться генераторы на электронных лампах. Во второй половине 1930-х годов, по мере освоения диапазона ультракоротких волн (УКВ), амплитудная модуляция постепенно начала вытесняться из радиовещания и радиосвязи в этом диапазоне частотной модуляцией (ЧМ). Для радиовещания на длинных, средних и коротких волнах амплитудная модуляция применяется до сих пор. Амплитудная модуляция также применялась в многоканальном проводном вещании. Амплитудная модуляция до сих пор применяется в системе УКВ-радиосвязи гражданской авиации, а также используется водителями-дальнобойщиками в диапазоне 27 МГц.
С середины XX века в служебной и любительской радиосвязи на всех частотах начали применять модуляцию с одной боковой полосой (ОБП), имеющую ряд преимуществ перед амплитудной модуляции, главное из которых — сужение в 2 раза полосы частот, занимаемой радиосигналом. В связи с этим предлагалось перевести на ОБП и массовое радиовещание, однако это потребовало бы серьёзной модернизации всех вещательных радиопередатчиков и замены всех радиовещательных приёмников на более сложные и дорогие, поэтому это не было осуществлено.
В конце XX века начался переход к цифровому радиовещанию с использованием сигналов с амплитудной манипуляцией[1]. В начале 2000-х годов специально для замены аналогового радиовещания был разработан комплект цифровых технологий Digital Radio Mondiale (DRM) на основе модуляции OFDM (в частности, для замены АМ-радиовещания в диапазонах длинных, средних и коротких волн). DRM позволяет прослушивать радиопередачи без шумов и помех, характерных для амплитудной модуляции и с качеством близким к ЧМ-вещанию, однако массового отказа от амплитудной модуляции не произошло. Это связано с большими расходами на замену огромного парка радиоприёмного и радиопередающего оборудования, а также с некоторыми недостатками DRM, например, с неприятными для радиослушателя резкими обрывами радиоприёма при характерных для коротких волн глубоких замираниях радиосигнала.
Определение
Пусть
- <math>u_m(t)</math> — информационный (модулирующий) сигнал,
- <math>u_c(t)</math> — несущий (модулируемый) сигнал (несущее колебание).
Тогда АМ-сигнал <math>u_\text{am}(t)</math> имеет вид:
- <math>u_\text{am}(t)=u_c(t)\left[1+m\frac{u_m(t)}{|u_m(t)|_{\max}}\right].\qquad\qquad(1)</math>
Если <math>u_c(t)=U_c\cos(\omega_c t)</math>, то (1) примет вид[2]:
- <math>u_\text{am}(t)=U_c\left[1+m\frac{u_m(t)}{|u_m(t)|_{\max}}\right]\cos(\omega_c t).</math>
Здесь <math>m</math> — некоторая неотрицательная константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал <math>u_c(t)</math>, модулированный по амплитуде сигналом <math>u_m(t)</math> с коэффициентом модуляции <math>m</math>.
Для неискаженной модуляции необходимо выполнение условия <math>m\le 1</math>. Выполнение этого условия необходимо для того, чтобы выражение в квадратных скобках в (1) всегда было положительным. Если оно может принимать отрицательные значения в какой-то момент времени, то происходит так называемая перемодуляция (избыточная модуляция). Простые демодуляторы (типа квадратичного детектора) демодулируют такой сигнал с сильными искажениями.
Пример
Допустим, что мы хотим промодулировать несущее колебание моногармоническим сигналом. Выражение для несущего колебания с частотой <math>\omega_c</math> имеет вид (начальную фазу положим равной нулю):
- <math>u_c(t)=U_c\cos(\omega_c t),</math>
где <math>U_c</math> — амплитуда несущего колебания.
Выражение для модулирующего синусоидального сигнала с частотой <math>\omega_m</math> имеет вид:
- <math>u_m(t)=U_m\cos(\omega_m t+\varphi),</math>
где <math>\varphi</math> — начальная фаза, <math>|u_m(t)|_{\max} = U_m</math> . Тогда, в соответствии с (1):
- <math>u_\mathrm{am}(t)=U_c[1+m \cos(\omega_m t+\varphi)]\cos(\omega_c t).</math>
Приведённая выше формула для <math>u_\mathrm{am}(t)</math> может быть записана в следующем виде:
- <math>u_\mathrm{am}(t)=U_c\cos(\omega_c t)+</math>
- <math>+\frac{mU_c}{2}[\cos((\omega_c-\omega_m)t-\varphi)+
\cos((\omega_c+\omega_m)t+\varphi)].</math>
Спектр АМ-колебания в случае широкополосного модулирующего сигнала состоит из несущего колебания и двух так называемых боковых полос, имеющих частоту, отличную от <math>\omega_c</math>. Для примера синусоидального модулирующего сигнала, рассмотренного выше, боковые полосы представляют собой синусоидальные сигналы и их частоты равны <math>\omega_c+\omega_m</math> и <math>\omega_c-\omega_m</math>.
Пока несущие частоты соседних по частоте радиостанций достаточно разнесены по частоте, и боковые полосы в спектре сигналов соседних по частоте станций не перекрываются между собой, станции не будут создавать взаимных помех.
См. также
Примечания
Литература
Ссылки
- Шаблон:Cite web
- Принципы АM и ФМ. Сравнение с другими видами модуляции
- Amplitude ModulationШаблон:Ref-en
Шаблон:Выбор языка Шаблон:Любительская радиосвязь
