Амплитудная модуляция

Амплиту́дная модуля́ция (АМ) — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда[1].

Применение в радиотехникеПравить

 
Сигнал, например, аудиосигнал может модулировать амплитуду (AM) или частоту (ЧМ) несущей

Первые опыты передачи речи и музыки с помощью радиоволн методом амплитудной модуляции 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, АМ 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. Помимо радиовещания, амплитудная модуляция применялась также в проводном вещании (трёхпрограммное вещание) для передачи по двухпроводной линии нескольких программ одновременно.

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 модуляцией, 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[2]. 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 аиплитудной 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.

Амплитудная модуляция до сих пор применяется в системе УКВ-радиосвязи гражданской авиации, а также используется водителями-дальнобойщиками в диапазоне 27 МГц.

ОпределениеПравить

 
Амплитудная модуляция с различным коэффициентом модуляции. На нижней осциллограмме — перемодуляция

Пусть

  •   — информационный (модулирующий) сигнал,
  •   — несущий (модулируемый) сигнал (несущее колебание).

Тогда АМ-сигнал   имеет вид:

 

Если  , то (1) примет вид[3]:

 

Здесь   — некоторая неотрицательная константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал  , модулированный по амплитуде сигналом   с коэффициентом модуляции  .

Для неискаженной модуляции необходимо выполнение условия  . 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.

ПримерПравить

 
Спектр АМ-колебания

Допустим, что мы хотим промодулировать несущее колебание моногармоническим сигналом. Выражение для несущего колебания с частотой   имеет вид (начальную фазу положим равной нулю):

 

где   — амплитуда несущего колебания.

Выражение для модулирующего синусоидального сигнала с частотой   имеет вид:

 

где   — начальная фаза,   . Тогда, в соответствии с (1):

 

Приведённая выше формула для   может быть записана в следующем виде:

 
 

Радиосигнал состоит из несущего колебания и двух так называемых боковых полос, боковые полосы имеют частоту, отличную от  . Для синусоидального сигнала, использованного в качестве примера здесь, боковые полосы представляют собой синусоидальные сигналы и их частоты равны   и  .

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. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. Кулешов, 2008, с. 102.
  2. Быховский М. А. Круги памяти (Очерки истории развития радиосвязи и вещания в XX столетии). — М.: МЦНТИ – Международный центр научной и технической информации, 2001. — С. 28—29. — (История электросвязи и радиотехники). — ISBN 5-93533-011-3.
  3. Андреевская Т. М. Основы радиоэлектроники и связи. Амплитудно-модулированные радиосигналы. — МГИЭМ, 2004. Дата обращения: 14 апреля 2016. Архивировано 13 апреля 2016 года.

ЛитератураПравить

СсылкиПравить