wobei m=k AM S m /U mo – Amplitudenmodulationskoeffizient. In Abb. Abbildung 5 zeigt modulierte Signale mit AM-Koeffizienten gleich m=0,5 bzw. m=1. Bei 100 % Amplitudenmodulation (m=1) kommt es zu maximalen Änderungen der Amplitude des modulierten Signals: Die Amplitude ändert sich von Null auf den doppelten Wert.

Unter Verwendung der trigonometrischen Formel für das Produkt von Kosinuswerten kann Ausdruck (3) als Formel (4) dargestellt werden. Alle drei Terme auf der rechten Seite der Formel (4) sind harmonische Schwingungen. Der erste Term repräsentiert die ursprüngliche unmodulierte Schwingung (Träger). Der zweite und dritte Term werden als obere bzw. untere Seitenkomponente bezeichnet.

Bisher wurde es in der Funkelektronik nicht entwickelt wirksame Methoden direkte Multiplikation zweier oder mehrerer analoger Signale. Daher werden bei der Implementierung der Amplitudenmodulation indirekte Multiplikationsverfahren unter Verwendung nichtlinearer oder parametrischer Schaltungen verwendet.

Eine der Möglichkeiten zum Aufbau von Amplitudenmodulatoren ist AM auf Basis resonanter Leistungsverstärker, wobei der Effekt der Umwandlung der Summe der zugeführten Modulations- und Trägerschwingungen in ein trägheitsfreies nichtlineares Element genutzt wird. Der einfachste AM entsteht auf Basis eines nichtlinearen Resonanzverstärkers (Abb. 6), indem an den Eingangsquellen eine konstante Vorspannung U o , ein Modulationssignal e(t) und ein Trägerschwingungsgenerator U n in Reihe geschaltet werden ( t) und Abstimmen des Schwingkreises auf die Trägerfrequenz ω o .

Um ein Einton-AM-Signal zu erhalten, muss Spannung an den Modulatoreingang angelegt werden

Sie können den Betrieb des Modulators anhand von Strom- und Spannungsdiagrammen analysieren (Abb. 7). Nehmen wir an, dass die Ende-zu-Ende-Kennlinie des Transistors (die Abhängigkeit des Kollektorstroms I to von der Basis-Emitter-Spannung U be) durch zwei Geradenabschnitte angenähert wird. Durch die Verschiebung des Arbeitspunktes relativ zur Vorspannung Uo nach dem Gesetz des Modulationssignals e(t) ändert sich der Stromabschaltwinkel in der Trägerschwingungskurve. Dadurch erweisen sich die Impulse des Kollektorstroms i k des Transistors, die die Änderung der Trägerschwingung widerspiegeln, als amplitudenmoduliert.

Das Spektrum der Stromimpulse des Transistorkollektors enthält viele harmonische Komponenten mit den Frequenzen ω 0 und Ω sowie mit mehreren und kombinatorischen (Gesamt- und Differenzkomponenten der Harmonischen ω 0 und Ω) Frequenzen. Der Resonanzkreis muss eine Bandbreite Δω AM = 2Ω haben, um aus dem Spektrum der Kollektorstromimpulse nur Harmonische mit den Frequenzen ω 0 – Ω, ω 0 und ω 0 + Ω zu isolieren.

Reis. 7. Strom- und Spannungsdiagramme

2.2. Winkelmodulation

Bei der Winkelmodulation in einer harmonischen Trägerschwingung u(t) = U m cos(wt+j) bleibt der Wert der Schwingungsamplitude U m konstant und die Information s(t) wird entweder auf die Frequenz w oder auf den Phasenwinkel j übertragen . In beiden Fällen bestimmt der aktuelle Wert des Phasenwinkels der harmonischen Schwingung u(t) das Argument y(t) = wt+j, das als Gesamtphase der Schwingung bezeichnet wird.

Phasenmodulation(FM, Phasenmodulation – PM). Bei der Phasenmodulation ist der Wert des Phasenwinkels einer konstanten Trägerschwingungsfrequenz w o proportional zur Amplitude des Modulationssignals s(t). Dementsprechend wird die Gleichung des PM-Signals durch den Ausdruck bestimmt:

u(t) = U m cos,

(6)

wobei k der Proportionalitätskoeffizient ist. Ein Beispiel für ein Einzelton-PM-Signal ist in Abb. dargestellt. 8.

Wenn s(t) = 0, ist das FM-Signal eine einfache harmonische Schwingung und wird in der Abbildung durch die Funktion u o (t) dargestellt. Mit zunehmenden Werten von s(t) nimmt die Gesamtphase der Schwingungen y(t)=w o t+k×s(t) mit der Zeit schneller zu und liegt vor dem linearen Anstieg von w o t. Dementsprechend nimmt die Wachstumsrate der Gesamtphase mit der Zeit ab, wenn die Werte von s(t) abnehmen. In Momenten extremer Werte von s(t) ist auch der Absolutwert der Phasenverschiebung Dy zwischen dem PM-Signal und dem w o t-Wert der unmodulierten Schwingung maximal und wird Phasenabweichung genannt ( hoch Dj in = k×s max (t) oder runter Dj n = k×s min (t) unter Berücksichtigung des Vorzeichens der Extremwerte des Modulationssignals).

Für Schwingungen mit Winkelmodulation wird auch der Begriff der Momentanfrequenz verwendet, worunter man die Ableitung der Gesamtphase nach der Zeit versteht:

Abbildung 9 zeigt ein Diagramm eines Phasenmodulators (ein ähnliches Diagramm wird im Radiosender Kama-R verwendet). Die Hochfrequenzspannung wird über eine Spartransformatorverbindung dem Primärkreis – Spule L1 und Varicap V1 – zugeführt. Als nächstes wird über die Kopplungskondensatoren C1, C2 Spannung an den zweiten Stromkreis – L2, V2 und den dritten – L3, V3 – angelegt. Varicaps fungieren als Schleifenkondensatoren.

Wenn keine Modulationsspannung vom Mikrofon anliegt (U = 0), sind die Varicaps konstanter Druck Offset, der mit den Potentiometern R10–R12 eingestellt wird. Die Vorspannung ist an den Strom angepasst, sodass jeder Schaltkreis auf die Frequenz der Eingangsspannung abgestimmt ist. Daher durchläuft die Hochfrequenzspannung alle 3 Stromkreise, ohne eine zusätzliche Phasenverschiebung zu erfahren.

Wenn an den Pins 1 und 2 die Schallspannung U auftritt, wird diese über die Trennkondensatoren C6–C8 den Varicaps zugeführt. Die Vorspannung wird mit der Modulationsspannung summiert und die Kapazitäten der Varicaps ändern sich im Takt der Audiospannung. Aufgrund der wechselnden Verstimmung der Schwingkreise Ausgangsspannung erweist sich als phasenmoduliert. Die Anzahl der Schaltkreise bestimmt die Modulationstiefe.

Die Kondensatoren C3–C5 haben einen geringen Widerstand gegenüber hochfrequenten Strömen ( Kurzschluss) und für Tonfrequenzströme relativ groß. Dank dieser Kondensatoren und Widerstände R4–R6 erfolgt eine Entkopplung zwischen den Hochfrequenz- und Niederfrequenzteilen der Schaltung.

Bei der Übertragung von Nachrichten per Telegraf wird die Emission hochfrequenter Energie periodisch gestoppt und wieder aufgenommen. Dieser Vorgang wird Manipulation genannt.

Die Frequenzmodulation (FM, Frequenzmodulation - FM) zeichnet sich durch einen linearen Zusammenhang zwischen dem Modulationssignal und der momentanen Schwingfrequenz aus, bei dem die momentane Schwingfrequenz durch Addition der Frequenz der hochfrequenten Trägerschwingung w o mit der Amplitude von gebildet wird das modulierende Signal mit einem bestimmten Proportionalitätskoeffizienten:

FM-Signalgleichung:

u(t) = U m cos(ω o t+ks(t) dt +j o).

(8)

Ähnlich wie bei FM werden zur Charakterisierung der Tiefe der Frequenzmodulation die Konzepte der Frequenzabweichung nach oben Dw in = k×s max (t) und nach unten verwendet

Dw n = k×s min (t).

Frequenz- und Phasenmodulation hängen zusammen. Ändert sich die Anfangsphase der Schwingung, ändert sich auch die Momentanfrequenz und umgekehrt. Aus diesem Grund werden sie unter dem allgemeinen Namen Winkelmodulation zusammengefasst. Anhand der Form von Schwingungen mit Winkelmodulation lässt sich nicht bestimmen, zu welcher Modulationsart eine bestimmte Schwingung gehört, PM oder FM, und bei ausreichend glatten Funktionen s(t) unterscheiden sich die Formen von PM- und FM-Signalen praktisch nicht überhaupt.

Die Frequenzmodulatorschaltung ist in Abb. dargestellt. 10.

Bei der Betrachtung der Schaltung ist zu beachten, dass die Frequenzmodulation im Gegensatz zur Amplitudenmodulation direkt im Masteroszillator des Senders erfolgt. In Abb. Abbildung 10 zeigt eine vereinfachte Version eines Frequenzmodulationsschemas mit einem Varicap.

Eine Varicap ist eine speziell entwickelte Halbleiterdiode. Wenn die Diode in Sperrrichtung eingeschaltet ist, kann ihr geschlossener pn-Übergang als Kondensator betrachtet werden. Durch Anpassen der Abschaltspannung können Sie die Kapazität dieses „Kondensators“ ändern. In der Abbildung bilden der Transistor VT2 mit einem Schwingkreis Sk, Lk und einer Koppelspule Lsv einen Generator für Sinusschwingungen mit Selbsterregung.

Da eine Varicap-Kapazität parallel zum Stromkreis mit dem Kondensator Sk über CSV geschaltet ist, wird die Frequenz der erzeugten Schwingungen im „stillen“ Modus wie folgt bestimmt:

(9)

Hier ist die Kapazität des Varicaps im Ausgangszustand ohne Schallspannung angegeben.

Die anfängliche Kapazität wird durch die anfängliche Sperrspannung bestimmt, die gleich der Spannung an Rk ist, wenn ein Ruhestrom fließt.

Der Modulator in der Schaltung ist ein Audiofrequenz-Spannungsverstärker am Transistor VT1 mit einer Kollektorlast und einem Varicap.

Wenn das Mikrofon der Kollektorlast Rk ausgesetzt wird, wird die Schallspannung entfernt, die über die Hochfrequenzinduktivität L1 dem Varicap zugeführt wird und dessen Kapazität und damit die Frequenz der erzeugten Hochfrequenzschwingungen ändert.

Mit dem Kondensator Cсb kann die Abweichung der Frequenz der erzeugten Schwingungen reguliert werden. Mit einer Hochfrequenzdrossel können Sie den Hochfrequenzteil der Schaltung vom Niederfrequenzteil entkoppeln, also eliminieren

Hochfrequenzspannung trifft auf den Kollektor des Niederfrequenzverstärkertransistors.

2.3. Pulsmodulation

Pulsmodulation (PM) ist eigentlich keine spezielle Modulationsart. Darüber hinaus wird zwischen Pulsamplituden- und Pulsfrequenzmodulation unterschieden. Dabei berücksichtigen sie, wie Informationen präsentiert werden – durch einen Impuls oder eine Impulsfolge. Als modulierte Größe kann man die Amplitude des Impulses oder seine Breite oder seine Position in einer Folge von Impulsen usw. betrachten. Daher gibt es eine große Vielfalt an Impulsmodulationsverfahren. Sie alle nutzen entweder AM oder FM als Übertragungsform.

Mit der Pulsmodulation können sowohl digitale als auch analoge Wellenformen übertragen werden. Wann wir reden überÖ digitale Signale Wir haben es mit Logikpegeln (hoch und niedrig) zu tun und können den Träger (mit AM oder FM) mit einer Reihe von Impulsen modulieren, die einen digitalen Wert darstellen.

Wenn Sie analoge Signale mit Impulsverfahren übertragen, müssen Sie zunächst die analogen Daten in Impulsform umwandeln. Diese Umwandlung hängt auch mit der Modulation zusammen, da analoge Daten zum Modulieren (Ändern) einer Impulsfolge oder eines Impulsunterträgers verwendet werden. In Abb. 11a zeigt die Modulation einer Pulssequenz durch ein Sinussignal.

Die Amplitude jedes Impulses in einer modulierten Sequenz hängt vom Momentanwert ab Analogsignal. Aus einer Folge modulierter Impulse lässt sich durch einfache Filterung ein Sinussignal rekonstruieren. In Abb. Abbildung 11b zeigt grafisch den Prozess der Wiederherstellung des ursprünglichen Signals durch Verbinden der Eckpunkte der Impulse mit geraden Linien. Allerdings wiederhergestellt in Abb. In 11b ist die Wellenform keine gute Wiedergabe des Originalsignals, da die Anzahl der Impulse pro Periode des analogen Signals gering ist. Benutzen mehr Pulsen, d. h. mit einer höheren Pulswiederholungsrate im Vergleich zur Frequenz des Modulationssignals, kann eine bessere Wiedergabe erreicht werden. Dieser Prozess der Pulsamplitudenmodulation (PAM), der sich auf die Modulation eines Unterträgers mit einer Impulsfolge bezieht, kann durch Abtasten eines analogen Signals in regelmäßigen Abständen mit Abtastimpulsen fester Dauer durchgeführt werden.

Abtastimpulse sind Impulse, deren Amplituden der Größe des ursprünglichen analogen Signals zum Zeitpunkt der Abtastung entsprechen. Die Abtastrate (Impulse pro Sekunde) muss mindestens das Doppelte der höchsten Frequenz des Analogsignals betragen. Für beste Wiederholbarkeit wird die Abtastfrequenz normalerweise auf das Fünffache der höchsten Modulationsfrequenz eingestellt.

PIM ist nur eine Art der Pulsmodulation. Darüber hinaus gibt es:

PWM – Pulsweitenmodulation (Pulsdauermodulation);

PFM – Pulsfrequenzmodulation;

PCM – Pulse-Code-Modulation.

Die Pulsweitenmodulation wandelt abgetastete Spannungspegel in eine Reihe von Impulsen um, deren Dauer direkt proportional zur Amplitude der abgetasteten Spannungen ist. Beachten Sie, dass die Amplitude dieser Impulse konstant ist; Entsprechend dem Modulationssignal ändert sich nur die Dauer der Impulse. Das Abtastintervall (Intervall zwischen den Impulsen) ist ebenfalls festgelegt.

Die Pulsfrequenzmodulation wandelt abgetastete Spannungspegel in eine Folge von Impulsen um, deren Momentanfrequenz oder Wiederholungsrate in direktem Zusammenhang mit der Größe der abgetasteten Spannungen steht. Und hier ist die Amplitude aller Impulse gleich, nur ihre Frequenz ändert sich. Dies entspricht im Wesentlichen der herkömmlichen Frequenzmodulation, nur dass die Trägerwellenform nicht sinusförmig ist, wie im Fall der herkömmlichen FM; es besteht aus einer Folge von Impulsen.

Ich warne Sie gleich: Es wird einfach nicht funktionieren. Modulation ist eine zu komplizierte Sache.

Um zu verstehen, was Modulation ist, müssen Sie wissen, was Frequenz ist. Beginnen wir also damit.
Nehmen wir zum Beispiel eine Schaukel: Die Schwungfrequenz einer Schaukel ist die Anzahl der vollständigen Schwingungen, Schwünge pro Sekunde.
Vollständig bedeutet dies, dass eine Schwingung die Bewegung der Schaukel von der äußersten linken Position nach unten durch die Mitte bis zum maximalen Niveau auf der rechten Seite und dann erneut durch die Mitte bis zum gleichen Niveau auf der linken Seite ist.
Ein gewöhnlicher Hofschwung hat eine Frequenz von etwa 0,5 Hertz, was bedeutet, dass er in 2 Sekunden einen vollständigen Schwung ausführt.
Lautsprecher Lautsprecher schwingt viel schneller und reproduziert den Ton „A“ der ersten Oktave (440 Hertz), es macht 440 Schwingungen pro Sekunde.
In elektrischen Schaltkreisen sind Schwingungen ein Spannungshub von einem maximalen positiven Wert nach unten über die Nullspannung bis zu einem maximalen negativen Wert, nach oben und wieder über Null bis zu einem maximalen positiven Wert. Oder von der maximalen Spannung über einen bestimmten Durchschnitt bis zum Minimum, dann wieder über den Durchschnitt und wieder bis zum Maximum.
Auf einem Diagramm (oder Oszilloskopbildschirm) sieht es so aus:

Die Frequenz der Spannungsschwingungen am Ausgang eines Radiosenders, der einen Träger auf Kanal 18 des Netzes C in Europa aussendet, beträgt 27.175.000 Schwingungen pro Sekunde oder 27 Megahertz und 175 Kilohertz (Mega – Million; Kilo – Tausend).

Um die Modulation sichtbar zu machen, erfinden wir zwei bestimmte Signale, eines mit einer Frequenz von 1000 Hz, das zweite mit einer Frequenz von 3000 Hz, grafisch sehen sie so aus:

Sehen wir uns an, wie diese Signale in den Diagrammen links dargestellt werden. Dabei handelt es sich um Frequenz- und Pegeldiagramme. Je höher die Frequenz des Signals, desto weiter rechts wird das Signal in einem solchen Diagramm angezeigt; je höher sein Pegel (Leistung), desto höher ist die Linie dieses Signals in dem Diagramm.

Stellen Sie sich nun vor, wir hätten diese beiden Signale addiert, d. h. in fertiger Form ist unser fiktives Testsignal die Summe zweier Signale. Wie hast du es zusammengestellt? Es ist ganz einfach: Wir stellten ein Mikrofon auf und setzten zwei Personen davor: einen Mann, der mit einer Frequenz von 1000 Hz schrie, und eine Frau, die mit 3000 Hz kreischte. Am Mikrofonausgang erhielten wir unser Testsignal, das so aussieht :

Und genau dieses Testsignal werden wir in den Mikrofoneingang unseres fiktiven Senders „einspeisen“ und untersuchen, was am Ausgang (an der Antenne) entsteht und wie sich das alles auf die Verständlichkeit und Reichweite der Kommunikation auswirkt.

Über Modulation im Allgemeinen

Das modulierte Trägersignal am Ausgang eines beliebigen Senders erhält man in jedem Fall (mit beliebiger Modulation) durch Addition oder Multiplikation des Trägersignals mit dem zu übertragenden Signal, beispielsweise dem Signal vom Ausgang eines Mikrofons. Der einzige Unterschied zwischen Modulationen besteht darin, was multipliziert, was addiert wird und in welchem ​​Teil der Senderschaltung dies geschieht.
Beim Empfang kommt es darauf an, aus dem empfangenen Signal herauszufinden, womit das Signal moduliert wurde, es zu verstärken und verständlich (hörbar, sichtbar) zu machen.

Amplitudenmodulation – AM (AM, Amplitudenmodulation)

Wie Sie sehen, hängt bei der Amplitudenmodulation der Spannungspegel hochfrequenter (Träger-)Schwingungen direkt von der Größe der vom Mikrofon kommenden Spannung ab.
Die Spannung am Mikrofonausgang steigt, und auch die Trägerspannung am Senderausgang steigt, d. h. mehr Leistung am Ausgang, weniger Spannung vom Mikrofon, weniger Spannung am Ausgang. Wenn die Spannung am Mikrofonausgang eine bestimmte zentrale Position erreicht, strahlt der Sender eine bestimmte zentrale Leistung ab (bei AM-Modulation bei 100 % und Stille vor dem Mikrofon bei 50 % Leistung).
Die AM-Modulationstiefe ist der Grad des Einflusses des Signals vom Mikrofon auf den Ausgangsleistungspegel des Senders. Wenn das Wackeln 30 % beträgt, reduziert der stärkste negative Spannungsimpuls vom Mikrofon den Ausgangsträgerpegel um 30 % der maximalen Leistung.
Und so sieht das Spektrum eines Signals mit AM-Modulation aus (Verteilung seiner Komponenten nach Frequenz):

In der Mitte, bei einer Frequenz von 27175000 Hz, haben wir den Träger, und tiefer und höher in der Frequenz liegen die „Seitenbänder“, also die Summe des Trägersignals und der Audiofrequenzen unseres Testsignals:
27175000+1000Hz und 27175000-1000Hz
27175000+3000Hz und 27175000-3000Hz
Die Träger-Minus-Audiosignale sind das untere Seitenband und die Träger-Plus-Audiosignale sind das obere Seitenband.
Es ist nicht schwer zu erkennen, dass nur ein Seitenband ausreicht, um Informationen zu übertragen; das zweite wiederholt nur dieselben Informationen, jedoch nur mit umgekehrtem Vorzeichen, wodurch die Sendeleistung für die Ausstrahlung dieser doppelten Informationen in die Luft verschwendet wird.
Wenn man den Träger, der überhaupt keine nützlichen Informationen enthält, und eines der Seitenbänder entfernt, erhält man die SSB-Modulation (auf Russisch: OBP) – eine Modulation mit einem Seitenband und ohne Träger (Einseitenbandmodulation).

SSB-Modulation (SSB, Einseitenbandmodulation)

So sieht SSB am Senderausgang aus:

Es ist ersichtlich, dass sich dieses Signal nicht wesentlich von der AM-Modulation unterscheidet. Es ist verständlich, dass SSB eine Fortsetzung von AM ist, das heißt, SSB entsteht aus der AM-Modulation, aus deren Signal das unnötige Seitenband und der Träger entfernt werden.
Schaut man sich das Signalspektrum an, ist der Unterschied offensichtlich:

Es gibt weder einen Träger noch ein doppeltes Seitenband (diese Grafik zeigt USB, d. h. Einseitenbandmodulation, bei der das obere Seitenband übrig bleibt, es gibt auch LSB, wenn das untere Seitenband übrig bleibt).
Es gibt keinen Träger, keine Backup-Seite – die gesamte Sendeleistung wird nur für die Übertragung nützlicher Informationen aufgewendet.
Es ist einfach unmöglich, eine solche Modulation mit einem normalen AM-Empfänger zu empfangen. Um zu empfangen, müssen Sie den „Ausgangspunkt“ – den Träger – wiederherstellen. Das geht ganz einfach: Die Frequenz, auf der der Sender arbeitet, ist bekannt. Das heißt, Sie müssen nur einen Träger derselben Frequenz hinzufügen und schon erscheint der Startpunkt. Der neugierige Leser hat wahrscheinlich schon bemerkt, dass, wenn die Frequenz des Senders nicht bekannt ist, der Startpunkt falsch ist, wir den falschen Träger hinzufügen, was werden wir hören? Und gleichzeitig werden wir die Stimme eines „Stiers“ oder eines „Gnoms“ hören. Dies geschieht, weil der Empfänger bei dieser Art der Modulation nicht weiß, welche Frequenzen wir ursprünglich hatten, ob es 1000 Hz und 3000 Hz oder 2000 Hz und 4000 Hz oder 500 Hz und 2500 Hz waren – die „Abstände“ zwischen den Frequenzen sind korrekt, begannen aber zu stimmen Verschiebung, die entweder zu einem „Pee-Pee-Pee“ oder einem „Boo-Boo-Boo“ führt.

CW-Modulation (Telegraph)

Beim Telegraphen ist alles einfach - es ist ein 100 % AM-Modulationssignal, nur scharf: Entweder liegt ein Signal am Ausgang des Senders oder es gibt kein Signal. Die Telegrafentaste wird gedrückt – es ertönt ein Signal, losgelassen – da ertönt nichts.
Auf den Karten sieht der Telegraph so aus:

Dementsprechend ist das Spektrum des Telegraphensignals:

Das heißt, die Trägerfrequenz wird durch Drücken der Telegraphentaste zu 100 % moduliert.
Warum gibt es im Spektrum zwei Stäbchen, die leicht von der „Zentralfrequenz“ des Signals abweichen, und nicht nur einen einzigen – den Träger?
Hier ist alles einfach: Wie dem auch sei, ein Telegraph ist AM, und AM ist die Summe aus Träger- und Modulationssignalen, da ein Telegraph (Morsecode) eine Reihe von Tastendrücken ist, das sind auch Schwingungen mit einer bestimmten Frequenz, wenn auch niedrig im Vergleich zum Klang. Mit der Frequenz des Tastendrucks weichen die Seitenbänder des Telegrafensignals vom Träger zurück.
Wie überträgt man solche Signale?
Im einfachsten Fall – durch Drücken der Sendetaste während der Stille vor dem Mikrofon.
Wie empfängt man solche Signale?
Um zu empfangen, müssen Sie den Träger, der in der Luft erscheint, im Takt der Tastendrücke in Ton umwandeln. Es gibt viele Methoden. Die einfachste besteht darin, einen Schaltkreis an den Ausgang des AM-Empfängerdetektors anzuschließen, der jedes Mal piept, wenn am Detektor Spannung anliegt (d. h. wenn dem Detektor ein Träger zugeführt wird). Eine komplexere und sinnvollere Möglichkeit besteht darin, das aus der Luft kommende Signal mit dem Signal des im Empfänger eingebauten Generators (Lokaloszillator) zu mischen und die Differenz der Signale einem Audioverstärker zuzuführen. Wenn also die Frequenz des Signals in der Luft 27175000 Hz beträgt, die Frequenz des Empfängergenerators 27174000 beträgt, dann wird am Eingang des Audioverstärkers das Signal 27175000+27174000=54349000 Hz und 27175000-27174000=1000 Hz empfangen, natürlich das erste Bei einem davon handelt es sich nicht um ein Audiosignal, sondern um ein Funksignal. Der Audioverstärker wird es nicht verstärken, aber der zweite, 1000 Hz, ist ein bereits hörbarer Ton und er wird ihn verstärken und wir werden „piiiiiii“ hören, während ein Träger eingeschaltet ist die Luft und die Stille (Luftgeräusch), wenn es sie nicht gibt.
Wenn zwei Personen gleichzeitig mit dem Senden beginnen, haben meiner Meinung nach viele Menschen den „piiiiii“-Effekt bemerkt, der durch die Addition und Subtraktion von Trägern im Empfänger entsteht. Was man hört, ist der Unterschied zwischen den in unserem Empfänger auftretenden Trägersignalen.

FM-Modulation (FM, Frequenzmodulation)

Das eigentliche Wesen der Frequenzmodulation ist einfach: Die Trägerfrequenz ändert sich geringfügig im Takt der Spannung am Mikrofonausgang. Steigt die Spannung am Mikrofon, erhöht sich auch die Frequenz; sinkt die Spannung am Mikrofonausgang, sinkt auch die Trägerfrequenz.
Die Abnahme und Zunahme der Trägerfrequenz erfolgt in kleinen Grenzen, zum Beispiel beträgt sie bei CB-Radiosendern plus/minus 3000 Hz bei einer Trägerfrequenz von etwa 27.000.000 Hz, bei UKW-Rundfunksendern plus/minus 100.000 Hz.
FM-Modulationsparameter - Modulationsindex. Das Verhältnis des Tons mit der maximalen Frequenz, die der Mikrofonverstärker des Senders überträgt, zur maximalen Änderung der Trägerfrequenz beim lautesten Ton. Es ist nicht schwer zu erkennen, dass er bei CB 1 (oder 3000/3000) und bei FM-Sendern etwa 6 ... 7 (100000/15000) beträgt.
Bei der FM-Modulation ist der Trägerpegel (Sendersignalleistung) immer konstant und ändert sich nicht in Abhängigkeit von der Lautstärke der Töne vor dem Mikrofon.
In grafischer Form sieht die Modulation am Ausgang des FM-Senders so aus:

Bei der FM-Modulation gibt es wie bei AM sowohl einen Träger als auch zwei Seitenbänder am Ausgang des Senders, da die Trägerfrequenz im Takt des Modulationssignals schwankt und sich von der Mitte wegbewegt:

DSB, DChT, Phase und andere Modulationsarten

Der Fairness halber sei angemerkt, dass es noch andere Arten der Trägermodulation gibt:
DSB – zwei Seitenbänder und kein Träger. DSB, im Wesentlichen AM-Modulation, bei der der Träger entfernt (ausgeschnitten, unterdrückt) wurde.
DCT – Zweifrequenztelegraf ist eigentlich nichts anderes als Frequenzmodulation, sondern durch Drücken einer Telegrafentaste. Beispielsweise entspricht ein Punkt einer Trägerverschiebung von 1000 Hz und ein Strich einer Trägerverschiebung von 1500 Hz.
Phasenmodulation – Modulation der Trägerphase. Die Frequenzmodulation bei den kleinen Indizes 1–2 ist im Wesentlichen eine Phasenmodulation.

In einigen Systemen (Fernsehen, UKW-Stereo-Rundfunk) erfolgt die Modulation des Trägers durch einen anderen modulierten Träger, der bereits nützliche Informationen trägt.
Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei einem UKW-Stereo-Rundfunksignal um einen modulierten Träger Frequenzmodulation, ein Signal, das selbst ein durch DSB-Modulationen modulierter Träger ist, wobei ein Seitenband das Signal des linken Kanals und das andere Seitenband das Signal des rechten Audiokanals ist.

Wichtige Aspekte beim Empfang und Senden von AM-, FM- und SSB-Signalen

Da es sich bei AM und SSB um Modulationen handelt, bei denen das Senderausgangssignal proportional zur vom Mikrofon kommenden Spannung ist, ist es wichtig, dass es sowohl auf der Empfangs- als auch auf der Sendeseite linear verstärkt wird. Das heißt, wenn der Verstärker zehnmal verstärkt, sollte bei einer Spannung an seinem Eingang von 1 Volt der Ausgang 10 Volt betragen, und bei 17 Volt am Eingang sollte der Ausgang genau 170 Volt betragen. Wenn der Verstärker nicht linear ist, also bei einer Eingangsspannung von 1 Volt beträgt die Verstärkung 10 und am Ausgang 10 Volt, und bei 17 Volt am Eingang beträgt die Verstärkung nur 5 und am Ausgang 85 Volt, dann Verzerrung erscheint – pfeifendes und grunzendes Geräusch mit lauten Geräuschen vor dem Mikrofon. Wenn die Verstärkung dagegen bei kleinen Eingangssignalen geringer ist, kommt es zu Pfeifgeräuschen leise Geräusche und unangenehme Obertöne, selbst wenn sie laut sind (da jeder Ton zu Beginn seiner Schwingung eine Zone nahe Null durchläuft).
Besonders wichtig ist die Linearität von Verstärkern für die SSB-Modulation.

Um die Signalpegel in AM- und SSB-Empfängern auszugleichen, werden spezielle Schaltungskomponenten verwendet – automatische Verstärkungsregler (AGC-Schaltungen). Die Aufgabe des AGC besteht darin, die Verstärkung der Empfängerknoten so zu wählen, dass sowohl das starke Signal (von einem nahen Korrespondenten) als auch das schwache (von einem entfernten) letztendlich ungefähr gleich ausfallen. Wenn AGC nicht verwendet wird, sind schwache Signale leise zu hören und starke Signale zerreißen den Schallsender des Empfängers, wie ein Tropfen Nikotin einen Hamster. Wenn die AGC zu schnell auf eine Pegeländerung reagiert, beginnt sie nicht nur, die Pegel der Signale von nahen und entfernten Korrespondenten anzugleichen, sondern auch die Modulation innerhalb des Signals zu „erwürgen“ – wodurch die Verstärkung bei steigender Spannung verringert wird und Erhöhen Sie ihn, wenn die Spannung abnimmt, wodurch alle Modulationen auf ein unmoduliertes Signal reduziert werden.

Die FM-Modulation erfordert keine besondere Linearität der Verstärker; bei der FM-Modulation werden die Informationen durch eine Frequenzänderung übertragen und keine Verzerrung oder Begrenzung des Signalpegels kann die Frequenz des Signals verändern. Tatsächlich muss in einem FM-Empfänger ein Signalpegelbegrenzer installiert werden, da der Pegel nicht wichtig ist, sondern die Frequenz, und eine Änderung des Pegels nur die Hervorhebung von Frequenzänderungen und die Umwandlung des FM-Trägers in den Ton des Signals beeinträchtigt welches es moduliert wird.
Übrigens, gerade weil im FM-Empfänger alle Signale begrenzt sind, das heißt, schwaches Rauschen hat fast den gleichen Pegel wie ein starkes Nutzsignal, macht der Detektor (Demodulator) in Abwesenheit eines FM-Signals so viel Rauschen – er versucht es Um die Änderung der Frequenz des Rauschens am Eingang des Empfängers und des Rauschens des Empfängers selbst hervorzuheben, ist die Frequenzänderung im Rauschen sehr groß und zufällig, sodass zufällig starke Geräusche zu hören sind: lautes Rauschen.
Bei einem AM- und SSB-Empfänger ist das Rauschen bei fehlendem Signal geringer, da das Empfängerrauschen selbst immer noch einen niedrigen Pegel hat und das Rauschen am Eingang im Vergleich zum Nutzsignal einen niedrigen Pegel hat, bei AM und SSB ist es der Pegel ist die Ebene, die wichtig ist.

Für einen Telegraphen ist die Linearität ebenfalls nicht sehr wichtig; dort werden Informationen durch die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Trägers übertragen, und sein Pegel ist nur ein sekundärer Parameter.

FM, AM und SSB nach Gehör

Bei AM- und SSB-Signalen ist Impulsrauschen viel deutlicher wahrnehmbar, etwa das Knistern defekter Autozündungen, das Klicken von Blitzentladungen oder das Rumpeln von Impulsspannungswandlern.
Je schwächer das Signal, desto geringer seine Leistung, desto leiser ist der Ton am Empfängerausgang und je stärker, desto lauter. Obwohl AGC seine Aufgabe durch die Nivellierung der Signalpegel erfüllt, sind seine Möglichkeiten nicht endlos.
Bei der SSB-Modulation ist es fast unmöglich, einen Rauschunterdrücker zu verwenden und generell zu verstehen, wann der andere Korrespondent die Übertragung ausgelöst hat, da bei Stille vor dem Mikrofon in SSB der Sender nichts in die Luft abstrahlt – das gibt es kein Träger, und wenn vor dem Mikrofon Stille herrscht, dann gibt es keine Seitenbänder.

FM-Signale sind weniger anfällig für Impulsrauschen, aber aufgrund von lautes Geräusch Ein FM-Detektor ohne Signal ist einfach unerträglich, ohne Rauschunterdrücker zu sitzen. Jedes Mal, wenn die Übertragung des Korrespondenten im Empfänger ausgeschaltet wird, wird dies von einem charakteristischen „Puff“ begleitet – der Detektor hat bereits begonnen, Geräusche in Ton umzuwandeln, aber der Geräuschunterdrücker ist noch nicht geschlossen.

Wenn Sie einen AM-Empfänger auf einen FM-Empfänger hören oder umgekehrt, hören Sie ein Grunzen, können aber trotzdem verstehen, worüber sie sprechen. Wenn Sie SSB auf einem FM- oder AM-Receiver hören, erhalten Sie nur ein wildes Audio-Durcheinander von „oink-zhu-zhu-bzhu“ und absolut keine Verständlichkeit.
Auf einem SSB-Empfänger können Sie perfekt CW (Telegraph), AM und, mit etwas Verzerrung, FM mit niedrigen Modulationsindizes hören.

Wenn zwei oder mehr AM- oder FM-Radiosender auf derselben Frequenz gleichzeitig eingeschaltet sind, entsteht ein Durcheinander von Trägern, eine Art Quietschen und Kreischen, bei dem man nichts erkennen kann.
Wenn sich zwei oder mehr SSB-Sender auf derselben Frequenz einschalten, ist jeder, der gesprochen hat, im Empfänger zu hören, da SSB keinen Träger hat und es nichts zu schlagen gibt (mischen, bis es pfeift). Man hört alle, als ob alle im selben Raum säßen und gleichzeitig zu reden beginnen würden.

Wenn bei AM oder FM die Empfängerfrequenz nicht genau mit der Senderfrequenz übereinstimmt, treten bei lauten Tönen Verzerrungen und „Pfeifen“ auf.
Ändert sich die Frequenz eines SSB-Senders im Takt der Signalstärke (z. B. weil das Gerät nicht genügend Leistung hat), ist ein Gurgeln in der Stimme zu hören. Wenn die Frequenz des Empfängers oder Senders schwankt, dann schwankt der Ton in der Frequenz, dann „murmelt“ und dann „zwitschert“.

Effizienz der Modulationsarten - AM, FM und SSB

Ich betone theoretisch, dass die Kommunikationsreichweite bei gleicher Sendeleistung wie folgt von der Modulationsart abhängt:
AM = Entfernung * 1
Weltmeisterschaft = Distanz * 1
SSB = Entfernung * 2
In derselben Theorie übertrifft SSB energetisch AM um das Vierfache an Leistung oder das Zweifache an Spannung. Der Gewinn ergibt sich aus der Tatsache, dass die Sendeleistung nicht für die Aussendung eines nutzlosen Trägers und die verschwenderische Vervielfältigung der Informationen des zweiten Seitenbandes aufgewendet wird.
In der Praxis fällt der Gewinn geringer aus, da das menschliche Gehirn es nicht gewohnt ist, in den Pausen dazwischen Luftgeräusche wahrzunehmen laute Geräusche und die Lesbarkeit leidet etwas.
FM ist auch Modulation „mit einer Überraschung“ – einige kluge Bücher sagen, dass AM und FM nicht besser als einander sind, und sogar FM ist schlechter, andere behaupten, dass FM bei niedrigen Modulationsindizes (und das sind CB- und Amateurradiosender) besser abschneidet 1,5 Mal morgens. Tatsächlich ist die Weltmeisterschaft nach subjektiver Meinung des Autors etwa 1,5-mal „druckvoller“ als die AM, vor allem weil die Weltmeisterschaft weniger anfällig ist Pulsstörungen und Signalpegelschwankungen.

AM-, FM- und SSB-Geräte hinsichtlich Komplexität und Umwandlung in ein anderes

Die komplexeste Ausrüstung ist SSB.
Tatsächlich kann ein SSB-Gerät nach vernachlässigbaren Änderungen problemlos in AM oder FM arbeiten.
Es ist fast unmöglich, einen AM- oder FM-Transceiver auf SSB umzustellen (Sie müssen viele, viele zusätzliche Komponenten in den Schaltkreis einbauen und die Sendereinheit komplett neu bauen).
Vom Autor: Mir persönlich kommt es völlig verrückt vor, ein AM- oder FM-Gerät in SSB umzuwandeln.
Ich habe das SSB-Gerät von Grund auf zusammengebaut, aber nicht, um AM oder FM in SSB umzuwandeln.

Am zweitschwierigsten ist das FM-Gerät.
Tatsächlich enthält das FM-Gerät im Empfänger bereits alles, was zur Erkennung von AM-Signalen benötigt wird, da es auch über AGC (automatische Verstärkungsregelung) und damit über einen Detektor für den Pegel des empfangenen Trägers verfügt, also im Wesentlichen über einen vollwertigen AM-Empfänger, der nur irgendwo dort im Inneren funktioniert (der Schwellenwert-Rauschunterdrücker funktioniert auch in diesem Teil der Schaltung).
Schwieriger wird es beim Sender, da fast alle seiner Stufen im nichtlinearen Modus arbeiten.
Vom Autor: Es ist möglich, es zu wiederholen, aber es bestand nie die Notwendigkeit dafür.

AM-Ausrüstung ist die einfachste.
Um einen AM-Empfänger auf FM umzustellen, müssen Sie neue Komponenten einführen – einen Begrenzer und einen FM-Detektor. Tatsächlich bestehen der Begrenzer und der FM-Detektor aus einer Mikroschaltung und mehreren Teilen.
Die Umwandlung eines AM-Senders in einen FM-Sender ist viel einfacher, da Sie lediglich eine Kette einführen müssen, die die Trägerfrequenz im Takt der vom Mikrofon kommenden Spannung „flattert“.
Vom Autor: Ich habe den AM-Transceiver ein paar Mal auf AM/FM umgestellt, insbesondere bei den CB-Radiosendern „Cobra 23 plus“ und „Cobra 19 plus“.

Signale, die von einer Nachrichtenquelle (Mikrofon, sendende Fernsehkamera, Telemetriesystemsensor) kommen, können in der Regel nicht direkt über einen Funkkanal übertragen werden. Es liegt nicht nur daran, dass die Amplitude dieser Signale nicht groß genug ist. Viel bedeutsamer ist ihre relativ geringe Häufigkeit. Um eine effektive Signalübertragung in jedem Medium durchzuführen, ist es notwendig, das Spektrum dieser Signale vom Niederfrequenzbereich in den Bereich ausreichend hoher Frequenzen zu verschieben. Dieses Verfahren wird in der Funktechnik Modulation genannt.

4.1. Amplitudenmodulierte Signale

Bevor Sie dies studieren Einfachste Form Um modulierte Signale zu verstehen, betrachten wir kurz einige Fragen im Zusammenhang mit den Prinzipien der Modulation jeglicher Art.

Das Konzept der Trägervibration. Die Idee einer Methode, die es ermöglicht, das Signalspektrum in den Hochfrequenzbereich zu übertragen, ist wie folgt. Zunächst wird im Sender ein hochfrequentes Hilfssignal, eine sogenannte Trägerwelle, erzeugt. Sein mathematisches Modell ist so, dass es einen bestimmten Satz von Parametern gibt, die die Form dieser Schwingung bestimmen. Sei es eine niederfrequente Nachricht, die über einen Funkkanal übertragen werden soll. Wenn sich mindestens einer dieser Parameter im Laufe der Zeit proportional zur übertragenen Nachricht ändert, erhält die Trägerschwingung eine neue Eigenschaft – sie trägt: Informationen, die ursprünglich im Signal enthalten waren

Der physikalische Prozess zur Steuerung der Parameter einer Trägerschwingung ist die Modulation.

In der Funktechnik haben sich Modulationssysteme durchgesetzt, die eine einfache harmonische Schwingung als Trägerwelle nutzen.

mit drei freien Parametern

Durch Änderung des einen oder anderen Parameters im Laufe der Zeit kann man Folgendes erhalten: Verschiedene Arten Modulation.

Das Prinzip der Amplitudenmodulation.

Stellt sich heraus, dass die Amplitude des Signals variabel ist und die beiden anderen Parameter unverändert bleiben, liegt eine Amplitudenmodulation der Trägerschwingung vor. Die Form der Aufzeichnung eines amplitudenmodulierten oder AM-Signals ist wie folgt:

Das Oszillogramm des AM-Signals hat ein charakteristisches Aussehen (siehe Abb. 4.1). Bemerkenswert ist die Symmetrie des Diagramms relativ zur Zeitachse. Gemäß Formel (4.2) ist das AM-Signal das Produkt aus Hüllkurve und harmonischer Füllung. In den meisten praktisch interessanten Fällen verändert sich die Hüllkurve mit der Zeit viel langsamer als die Hochfrequenzfüllung.

Reis. 4.1. AM-Signale mit unterschiedlichen Modulationstiefen: a – flache Modulation: b – tiefe Modulation; c - Übermodulation

Bei der Amplitudenmodulation wird der Zusammenhang zwischen der Hüllkurve und dem modulierenden Nutzsignal üblicherweise wie folgt definiert:

Hier ist ein konstanter Koeffizient gleich der Amplitude der Trägerschwingung ohne Modulation; M - Amplitudenmodulationskoeffizient.

Der Wert M charakterisiert die Tiefe der Amplitudenmodulation. Die Bedeutung dieses Begriffs wird durch die in Abb. gezeigten Oszillogramme von AM-Signalen veranschaulicht. 4.1, a-c.

Bei kleiner Modulationstiefe ist die relative Änderung der Hüllkurve gering, d. h. zu jedem Zeitpunkt, unabhängig von der Signalform

Wenn das Signal zu Zeiten extreme Werte erreicht, gibt es ungefähre Gleichheiten

dann spricht man von tiefer Amplitudenmodulation. Manchmal wird ein zusätzlicher relativer Modulationskoeffizient nach oben eingeführt

und relativen Modulationsfaktor nach unten

AM-Signale mit geringer Modulationstiefe in Funkkanälen sind aufgrund der unvollständigen Nutzung der Sendeleistung unpraktisch.

Gleichzeitig verdoppelt eine 100-prozentige Aufwärtsmodulation die Amplitude der Schwingungen bei den Spitzenwerten der modulierenden Nachricht. Eine weitere Erhöhung dieser Amplitude führt in der Regel zu unerwünschten Verzerrungen durch Überlastung der Ausgangsstufen des Senders.

Nicht weniger gefährlich ist eine zu tiefe Amplitudenmodulation nach unten. In Abb. 4.1, c zeigt die sogenannte Übermodulation. Hier folgt die Form der Einhüllenden nicht mehr der Form des modulierenden Signals.

Einzelton-Amplitudenmodulation.

Das einfachste AM-Signal kann erhalten werden, wenn das modulierende Niederfrequenzsignal eine harmonische Schwingung mit einer Frequenz von ist. So ein Signal

wird als Einton-AM-Signal bezeichnet.

Lassen Sie uns herausfinden, ob ein solches Signal als Summe einfacher harmonischer Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen dargestellt werden kann. Unter Verwendung der bekannten trigonometrischen Formel für das Produkt von Kosinuswerten erhalten wir aus Ausdruck (4.4) sofort

Formel (4.5) ermittelt die spektrale Zusammensetzung eines Einzelton-AM-Signals. Die folgende Terminologie wird akzeptiert: - Trägerfrequenz, - obere Seitenfrequenz, - untere Seitenfrequenz.

Bei der Erstellung eines Spektraldiagramms eines Einzelton-AM-Signals mit Formel (4.5) sollten Sie zunächst auf die Gleichheit der Amplituden der oberen und unteren Querschwingungen sowie auf die Symmetrie der Lage dieser Spektralschwingungen achten Komponenten relativ zur Trägerschwingung.

Energieeigenschaften des AM-Signals.

Betrachten wir die Frage nach dem Zusammenhang zwischen den Kräften des Trägers und seitlichen Schwingungen. Eine Einton-AM-Signalquelle entspricht drei in Reihe geschalteten harmonischen Schwingungsquellen:

Nehmen wir mit Sicherheit an, dass dies der Fall ist EMF-Quellen, in Reihe geschaltet und durch einen einzigen Widerstand belastet. Dann Momentanleistung Das AM-Signal entspricht numerisch dem Quadrat der Gesamtspannung:

Um die durchschnittliche Signalleistung zu ermitteln, muss der Wert über einen ausreichend großen Zeitraum T gemittelt werden:

Es ist leicht zu überprüfen, dass bei der Mittelwertbildung alle gegenseitigen Leistungen ein Nullergebnis ergeben – daher ist die durchschnittliche Leistung des AM-Signals gleich der Summe der durchschnittlichen Leistungen des Trägers und der lateralen Schwingungen:

Es folgt dem

Somit beträgt selbst bei 100 % Modulation (M = 1) der Anteil der Leistung beider Lateralschwingungen nur 50 % der Leistung der modulierten Trägerschwingung. Da die Nachrichteninformationen in den lateralen Schwingungen enthalten sind, ist die Energienutzung bei der Übertragung eines AM-Signals ineffizient.

Amplitudenmodulation mit einem komplexen Modulationssignal.

In der Praxis werden Einzelton-AM-Signale selten verwendet. Ein wesentlich realistischerer Fall liegt vor, wenn das modulierende Niederfrequenzsignal eine komplexe spektrale Zusammensetzung aufweist. Ein mathematisches Modell eines solchen Signals kann beispielsweise eine trigonometrische Summe sein

Hier bilden die Frequenzen eine geordnete ansteigende Folge, während die Amplituden und Anfangsphasen Φ willkürlich sind.

Wenn wir Formel (4.9) in (4.3) einsetzen, erhalten wir

Lassen Sie uns einen Satz partieller (partieller) Modulationskoeffizienten einführen

und schreiben Sie den analytischen Ausdruck für ein komplex moduliertes (Mehrton-)AM-Signal in einer Form, die den Ausdruck (4.4) verallgemeinert:

Die spektrale Zerlegung erfolgt auf die gleiche Weise wie bei einem Einton-AM-Signal:

In Abb. 4.2 und zeigt das Spektraldiagramm des nach Formel (4.9) konstruierten Modulationssignals. Reis. 4.2b gibt das Spektraldiagramm eines dieser Modulationsschwingung entsprechenden Mehrton-AM-Signals wieder.

Reis. 4.2. Spektraldiagramme eines modulierenden Signals; b – AM-Signal mit Mehrtonmodulation

Im Spektrum eines komplex modulierten AM-Signals gibt es also zusätzlich zur Trägerschwingung Gruppen oberer und unterer seitlicher Schwingungen. Das Spektrum der oberen Querschwingungen stellt eine um einen Betrag in den Hochfrequenzbereich verschobene großflächige Kopie des Spektrums des Modulationssignals dar. Auch das Spektrum der unteren Querschwingungen wiederholt das Spektraldiagramm des Signals und ist relativ dazu gespiegelt zur Trägerfrequenz

Daraus ergibt sich eine wichtige Schlussfolgerung: Die Breite des Spektrums des AM-Signals entspricht dem Doppelten des Wertes höchste Frequenz im Spektrum des modulierenden Niederfrequenzsignals.

Beispiel 4.1. Schätzen Sie die Anzahl der Rundfunkkanäle, die im Frequenzbereich von 0,5 bis 1,5 MHz platziert werden können (ungefähre Grenzen des Mittelwellen-Rundfunkbereichs).

Um Rundfunksignale zufriedenstellend wiederzugeben, ist es notwendig, Audiofrequenzen zwischen 100 Hz und 12 kHz wiederzugeben. Somit beträgt das einem AM-Kanal zugewiesene Frequenzband 24 kHz. Um ein Übersprechen zwischen den Kanälen zu vermeiden, sollte ein Schutzintervall von 1 kHz vorgesehen werden. Daher die zulässige Anzahl von Kanälen

Amplitudenmanipulierte Signale.

Eine wichtige Klasse von Mehrton-AM-Signalen sind die sogenannten Keyed-Signale. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um durch Pausen voneinander getrennte Folgen von Funkimpulsen. Solche Signale werden in der Funktelegrafie und in Systemen zur Übertragung diskreter Informationen über Funkkanäle verwendet.

Wenn s(t) eine Funktion ist, die zu jedem Zeitpunkt den Wert 0 oder 1 annimmt, dann wird das amplitudenmanipulierte Signal in der Form dargestellt

Lassen Sie die Funktion beispielsweise die in Beispiel 2.1 betrachtete periodische Folge von Videoimpulsen anzeigen (siehe Kapitel 2). Unter der Annahme, dass die Amplitude dieser Impulse nach (4.14) liegt, haben wir bei

wobei q das Tastverhältnis der Sequenz ist.

Vektordiagramm eines AM-Signals.

Manchmal kann es nützlich sein, das AM-Signal grafisch als Summe von Vektoren darzustellen, die in der komplexen Ebene rotieren.

Betrachten wir der Einfachheit halber die diotonale Modulation. Der Momentanwert der Trägerschwingung ist die Projektion eines zeitneutralen Vektors auf die Winkelbezugsachse, der sich mit Winkelgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn um den Ursprung dreht (Abb. 4.3).

Die obere Querschwingung wird im Diagramm durch einen Längenvektor dargestellt und sein Phasenwinkel ist gleich der Summe der Anfangsphasen der Träger- und Modulationssignale [siehe. Formel (4.5).

Reis. 4.3. Vektordiagramme eines Einton-AM-Signals: a - at ; Schläger

Der gleiche Vektor für die untere Querschwingung unterscheidet sich nur im Vorzeichen im Ausdruck für seinen Phasenwinkel. Auf der komplexen Ebene ist es also notwendig, die Summe von drei Vektoren zu bilden

Es ist leicht zu erkennen, dass sich diese Summe entlang der Vektorlinien orientiert. Der Momentanwert des AM-Signals bei ist gleich der Projektion des Endes des resultierenden Vektors auf die horizontale Achse (Abb. 4.3a).

Im Laufe der Zeit werden zusätzlich zu der festgestellten Drehung der Winkelreferenzachse die folgenden Transformationen der Zeichnung beobachtet (Abb. 4.3,6): 1) Der Vektor dreht sich um den Punkt seiner Anwendung mit Winkelgeschwindigkeit im Gegenuhrzeigersinn Richtung, da die Phase der oberen Querschwingung schneller zunimmt als die Phase des Trägersignals; 2) Der Vektor dreht sich ebenfalls mit Winkelgeschwindigkeit, jedoch in die entgegengesetzte Richtung.

Indem Sie den Gesamtvektor konstruieren und ihn auf die Winkelreferenzachse projizieren, können Sie jederzeit Momentanwerte ermitteln.

Ausgewogene Amplitudenmodulation.

Wie sich gezeigt hat, ist ein erheblicher Teil der Leistung eines herkömmlichen AM-Signals in der Trägerwelle konzentriert. Um die Sendeleistung effizienter zu nutzen, können AM-Signale mit einer unterdrückten Trägerwelle erzeugt werden, wobei die sogenannte Balance-Amplitudenmodulation implementiert wird. Basierend auf Formel (4.4) sieht die Darstellung eines Einton-AM-Signals mit symmetrischer Modulation wie folgt aus:

Es erfolgt eine Multiplikation zweier Signale – Modulation und Träger. Aus physikalischer Sicht sind Schwingungen der Form (4.16) Schwebungen zweier harmonischer Signale mit identischen Amplituden und Frequenzen, die den oberen und unteren Seitenfrequenzen entsprechen.

Bei der mehrtonsymmetrischen Modulation nimmt der analytische Ausdruck des Signals die Form an

Wie bei der herkömmlichen Amplitudenmodulation werden hier zwei symmetrische Gruppen oberer und unterer lateraler Schwingungen beobachtet.

Wenn wir das Schwebungsoszillogramm betrachten, scheint es unklar zu sein, warum es im Spektrum dieses Signals keine Trägerfrequenz gibt, obwohl genau bei dieser Frequenz eine hochfrequente Füllung vorhanden ist, die sich im Laufe der Zeit ändert.

Tatsache ist, dass sich beim Nulldurchgang der Schwebungshüllkurve die Phase der Hochfrequenzfüllung schlagartig um 180° ändert, da die Funktion links und rechts von Null unterschiedliche Vorzeichen hat. Wenn ein solches Signal an ein hochwertiges Schwingsystem (z. B. eine -Schaltung) angelegt wird, das auf eine Frequenz abgestimmt ist, ist der Ausgangseffekt sehr gering und tendiert mit zunehmendem Qualitätsfaktor gegen Null. Schwingungen im System, die durch eine Schwebungsperiode angeregt werden, werden in der nächsten Periode gedämpft. Genau so ist es üblich, die Frage nach der wahren Bedeutung der spektralen Zerlegung eines Signals aus physikalischer Sicht zu betrachten. Auf dieses Problem werden wir in Kap. noch einmal zurückkommen. 9.

Einseitenband-Amplitudenmodulation.

Eine noch interessantere Verbesserung des Prinzips der herkömmlichen Amplitudenmodulation besteht darin, ein Signal zu erzeugen, bei dem die oberen oder unteren Seitenbandfrequenzen unterdrückt werden.

Signale mit einem Seitenband (OBP- oder SSB-Signale – vom englischen Single Sideband) ähneln in ihren äußeren Eigenschaften gewöhnlichen AM-Signalen. Beispielsweise wird ein Einzelton-OBP-Signal mit unterdrückter unterer Seitenfrequenz geschrieben als

Wenn wir trigonometrische Transformationen durchführen, erhalten wir

Die letzten beiden Terme sind das Produkt zweier Funktionen, von denen sich die eine im Laufe der Zeit langsam und die andere schnell ändert. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die „schnellen“ Faktoren im zeitlichen Quadraturverhältnis zueinander stehen, berechnen wir die sich langsam ändernde Hüllkurve des OBP-Signals:

Reis. 4.4. Hüllkurven eintonmodulierter Signale mit - OBP-Signal; 2 - normales AM-Signal

Der nach Formel (4.18) berechnete Graph der OBP-Signalhüllkurve ist in Abb. dargestellt. 4.4. Hier wird zum Vergleich die Hüllkurve eines herkömmlichen Einton-AM-Signals mit demselben Modulationskoeffizienten konstruiert.

Ein Vergleich der obigen Kurven zeigt, dass die direkte Demodulation des OBP-Signals entlang seiner Hüllkurve mit erheblichen Verzerrungen einhergeht.

Eine weitere Verbesserung von OBP-Systemen ist die teilweise oder vollständige Unterdrückung der Trägervibrationen. In diesem Fall wird die Sendeleistung noch effizienter genutzt.

Auf der qualitativen Seite kann Amplitudenmodulation (AM) als eine Änderung der Amplitude des Trägers im Verhältnis zur Amplitude des Modulationssignals definiert werden (Abbildung 2, a).

Abbildung 2. Amplitudenmodulation (m<<н).

a - Signalform; b - Frequenzspektrum.

Für ein Modulationssignal mit großer Amplitude muss die entsprechende Amplitude des modulierten Trägers für kleine Am-Werte groß sein. Wie wir später sehen werden, handelt es sich hierbei um einen Sonderfall des allgemeineren Modulationsverfahrens.

Das Produkt dieser beiden Ausdrücke ist:

Gleichung (3) zeigt, dass die Amplitude des modulierten Trägers von Null (wenn mt = 900, cos(mt)=0) bis AnAm (wenn mt = 0°, cos(mt)=1) variiert. Der Term Amcos(mt)An ist die Amplitude der modulierten Schwingungen und hängt direkt vom Momentanwert der modulierenden Sinuskurve ab. Gleichung (3) kann in die Form umgewandelt werden

Diese Transformation basiert auf der trigonometrischen Identität

Gleichung (4,a) ist ein Signal, das aus zwei Schwingungen mit den Frequenzen 1=n+m und 2=n-m und Amplituden besteht. Wenn wir den Ausdruck für modulierte Schwingung (4,a) umschreiben, erhalten wir

1 und 2 werden Seitenbänder genannt, da m normalerweise eher ein Frequenzband als eine einzelne Frequenz ist. Folglich stellen 1 und 2 zwei Frequenzbänder dar – oberhalb und unterhalb des Trägers (Abbildung 2, b), d.h. jeweils obere und untere Seitenstreifen. In diesen Seitenbändern sind alle zu übertragenden Informationen enthalten.

Gleichung (4,b) wurde für den Sonderfall erhalten, bei dem das modulierte Signal das Ergebnis einer direkten Multiplikation von en mit em war. Infolgedessen enthält Gleichung (4,b) keine Komponente bei der Trägerfrequenz, d. h. Die Trägerfrequenz wird vollständig unterdrückt. Diese Art der unterdrückten Trägermodulation wird in Kommunikationssystemen manchmal bewusst entwickelt, da sie zu einer geringeren Strahlungsleistung führt. Die meisten dieser Systeme strahlen eine gewisse Leistung auf der Trägerfrequenz ab, sodass sich das Empfangsgerät auf diese Frequenz einstellen kann. Es ist auch möglich, nur ein Seitenband zu übertragen, da dieses alle relevanten Informationen über das Basisbandsignal enthält. Das Empfangsgerät rekonstruiert dann das Signal aus der Modulation eines Seitenbandes.

Der vollständige Ausdruck, der die amplitudenmodulierte Schwingung in allgemeiner Form darstellt, ist:

Dieser Ausdruck beschreibt sowohl den nicht unterdrückten Träger (der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung) als auch das Produkt, d. h. Modulation (zweiter Term von rechts). Gleichung (6,a) kann umgeschrieben werden als

Der letzte Ausdruck zeigt, wie sich die Amplitude des Trägers entsprechend den Momentanwerten der modulierenden Schwingung ändert. Die Amplitude des modulierten Signals Anm besteht aus zwei Teilen: An – der Amplitude des unmodulierten Trägers und Amcos(mt) – den Momentanwerten der modulierenden Schwingung:

Das Verhältnis von Am zu An bestimmt den Grad der Modulation. Für Am=An erreicht der Wert von Anm Null bei cos(Åt)=-1 (Åt=180°) und Anm=2An bei cos(Åt)=1 (Åt= 0°). Die Amplitude der modulierten Welle variiert zwischen Null und dem Doppelten der Trägeramplitude. Attitüde

bestimmt den Modulationskoeffizienten. Um eine Verzerrung der übertragenen Informationen – des modulierten Signals – zu verhindern, muss der Wert von m im Bereich von Null bis Eins liegen: 0m1. Dies entspricht AmAn. (Für m=0 ist Am=0, d. h. es gibt kein modulierendes Signal.) Gleichung (6,a) kann mit der Einführung von m umgeschrieben werden:

Abbildung 3, a zeigt die Form der modulierten Schwingungen und der Modulationskoeffizient m wird durch die Maximal- und Minimalwerte seiner Amplitude (Spitzen- und Knotenwerte) ausgedrückt. Abbildung 3, b gibt eine Vorstellung vom Spektrum modulierter Schwingungen, das durch Transformation von Gleichung (6) ausgedrückt werden kann:

Abbildung 3. Amplitudenmodulation.

a - Signalform; b - Spektrum modulierter Schwingungen

Abbildung 4 zeigt das Ergebnis der Modulation mit einem Koeffizienten m über 100 %: m>1.

Abbildung 4. Modulationsergebnis (m>1)

Tabelle 1 zeigt die Amplitude und Leistung für jede der drei Frequenzkomponenten der modulierten Schwingung.

Tabelle 1. Leistung und Amplitude von AM-Schwingungen.

Für 100 % Modulation (m=1) und Trägerleistung 1 kW volle Kraft modulierte Schwingungen beträgt 1 kW+(1/2)2 kW+(1/2)2 kW=1,5 kW. Beachten Sie, dass bei m=1 die in beiden Seitenbändern enthaltene Leistung die Hälfte der Trägerleistung beträgt. Ebenso beträgt bei m=0,5 die Leistung in beiden Seitenbändern 1/8 der Trägerleistung. Das Obige gilt nur für die sinusförmige AM-Wellenform. Zur Übertragung von Impulswerten kann die Amplitudenmodulation genutzt werden.

Bei der herkömmlichen Zweiseitenbandmodulation im Rundfunk werden Informationen ausschließlich in den Seitenbändern übertragen. Um zum Beispiel zu bekommen gute Qualität Für den Ton muss in einem Frequenzband mit einer Breite von 2 M gearbeitet werden, wobei M die Bandbreite der hochwertigen Tonwiedergabe (20–20.000 Hz) ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise eine Standard-AM-Sendung mit Frequenzen bis zu 20 kHz unter Berücksichtigung des oberen und unteren Seitenbands eine Bandbreite von ±20 kHz (insgesamt 40 kHz) haben sollte. In der Praxis liegt die Bandbreitenbeschränkung der FCC jedoch bei 10 kHz (5 kHz), was nur eine Bandbreite von 5 kHz für die Funk-Audioübertragung bietet, was weit von hochwertigen Wiedergabebedingungen entfernt ist. Wie weiter unten gezeigt wird, verfügt der Frequenzmodulationsrundfunk über ein breiteres Frequenzband.

Die Federal Communications Commission legt außerdem Frequenztoleranzen für alle Frequenzzuteilungen in den Vereinigten Staaten fest. Alle AM-Sendungen (535–1605 kHz) haben eine Toleranz von 20 Hz, also etwa 0,002 %. Diese Genauigkeit und Frequenzstabilität kann durch den Einsatz von Quarzoszillatoren erreicht werden.

Die Erkennung oder Demodulation von AM-Wellen erfordert die Gleichrichtung des modulierten Signals und anschließende Eliminierung der Trägerfrequenz durch geeignete Filterung. Diese beiden Stufen der Reproduktion eines modulierenden Signals können am Beispiel der in Abbildung 3, a gezeigten Schwingung demonstriert werden. Nach der Gleichrichtung bleibt nur noch die Hälfte der Schwingung übrig und nach der Filterung ist nur noch deren Einhüllende vorhanden, also das reproduzierte Signal.

Wir setzen die Reihe allgemeinbildender Artikel unter dem allgemeinen Titel „Theorie der Radiowellen“ fort.
In früheren Artikeln haben wir uns mit Radiowellen und Antennen vertraut gemacht: Schauen wir uns die Modulation von Radiosignalen genauer an.

Im Rahmen dieses Artikels werden wir darüber nachdenken analoge Modulation die folgenden Typen:

• Amplitudenmodulation
• Amplitudenmodulation mit einem Seitenband
• Frequenzmodulation
• Lineare Frequenzmodulation
• Phasenmodulation
• Differenzielle Phasenmodulation

Amplitudenmodulation

Bei der Amplitudenmodulation ändert sich die Hüllkurve der Amplituden der Trägerschwingung nach einem Gesetz, das mit dem Gesetz der übertragenen Nachricht übereinstimmt. Frequenz und Phase der Trägerschwingung ändern sich nicht.

Einer der Hauptparameter von AM ist der Modulationskoeffizient (M).
Der Modulationskoeffizient ist das Verhältnis der Differenz zwischen Maximum und Mindestwerte Amplituden des modulierten Signals zur Summe dieser Werte (%).
Vereinfacht ausgedrückt zeigt dieser Koeffizient, wie stark die Amplitude der Trägerschwingung zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Durchschnittswert abweicht.
Wenn der Modulationsfaktor größer als 1 ist, tritt ein Übermodulationseffekt auf, der zu einer Signalverzerrung führt.

AM-Spektrum

Dieses Spektrum ist charakteristisch für eine modulierende Schwingung konstanter Frequenz.

Im Diagramm stellt die X-Achse die Frequenz und die Y-Achse die Amplitude dar.
Für AM werden neben der Amplitude der in der Mitte liegenden Grundfrequenz auch Amplitudenwerte rechts und links der Trägerfrequenz dargestellt. Dabei handelt es sich um die sogenannten linken und rechten Seitenstreifen. Sie haben einen Abstand von der Trägerfrequenz, der der Modulationsfrequenz entspricht.
Der Abstand vom linken zum rechten Seitenstreifen wird genannt Spektrumbreite.
Im Normalfall mit einem Modulationskoeffizienten<=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.
Nützliche Informationen sind nur in den oberen oder unteren Seitenbändern des Spektrums enthalten. Die Hauptspektralkomponente, der Träger, trägt keine nützlichen Informationen. Die Sendeleistung während der Amplitudenmodulation wird aufgrund des fehlenden Informationsgehalts des grundlegendsten Elements des Spektrums hauptsächlich für die „Erwärmung der Luft“ aufgewendet.

Einseitenband-Amplitudenmodulation

Aufgrund der Ineffektivität der klassischen Amplitudenmodulation wurde die Einseitenband-Amplitudenmodulation erfunden.
Sein Kern besteht darin, den Träger und eines der Seitenbänder aus dem Spektrum zu entfernen, während alle notwendigen Informationen über das verbleibende Seitenband übertragen werden.

Aber in seiner reinen Form hat sich dieser Typ im Haushaltsradio nicht durchgesetzt, weil Im Empfänger muss der Träger mit sehr hoher Genauigkeit synthetisiert werden. Wird in Verdichtungsgeräten und im Amateurfunk verwendet.
Im Rundfunk wird häufiger AM mit einem Seitenband und teilweise unterdrücktem Träger verwendet:

Mit dieser Modulation wird das Qualität-/Effizienzverhältnis am besten erreicht.

Frequenzmodulation

Eine Art analoger Modulation, bei der sich die Trägerfrequenz entsprechend dem Gesetz des modulierenden Niederfrequenzsignals ändert. Die Amplitude bleibt konstant.

a) - Trägerfrequenz, b) Modulationssignal, c) Modulationsergebnis

Als größte Frequenzabweichung vom Mittelwert wird bezeichnet Abweichung.
Idealerweise sollte die Abweichung direkt proportional zur Amplitude der modulierenden Schwingung sein.

Das Frequenzmodulationsspektrum sieht folgendermaßen aus:

Es besteht aus einem Träger und nach rechts und links symmetrisch nacheilenden Seitenbandharmonischen mit einer Frequenz, die ein Vielfaches der Frequenz der modulierenden Schwingung beträgt.
Dieses Spektrum stellt eine harmonische Schwingung dar. Bei echter Modulation weist das Spektrum komplexere Formen auf.
Es gibt breitbandige und schmalbandige FM-Modulation.
Im Breitbandbereich übersteigt das Frequenzspektrum die Frequenz des modulierenden Signals deutlich. Wird im UKW-Rundfunk verwendet.
Radiosender nutzen überwiegend die Schmalband-FM-Modulation, die eine genauere Abstimmung des Empfängers erfordert und dementsprechend besser vor Störungen geschützt ist.
Nachfolgend werden Breitband- und Schmalband-FM-Spektren dargestellt

Das Spektrum der Schmalband-FM ähnelt der Amplitudenmodulation, aber wenn man die Phase der Seitenbänder betrachtet, scheinen diese Wellen eine konstante Amplitude und variable Frequenz zu haben, statt eine konstante Frequenz und variable Amplitude (AM). Bei Breitband-FM kann die Trägeramplitude sehr klein sein, was zu einer hohen FM-Effizienz führt; Das bedeutet, dass der größte Teil der übertragenen Energie in den informationstragenden Nebenfrequenzen enthalten ist.

Die Hauptvorteile von FM gegenüber AM sind Energieeffizienz und Störfestigkeit.

Die lineare Frequenzmodulation ist eine Art FM.
Sein Wesen liegt darin, dass sich die Frequenz des Trägersignals nach einem linearen Gesetz ändert.

Die praktische Bedeutung linear frequenzmodulierter (Chirp-)Signale liegt in der Möglichkeit einer erheblichen Signalkomprimierung beim Empfang mit einer Erhöhung seiner Amplitude über den Rauschpegel.
Chirps werden im Radar verwendet.

Phasenmodulation

In Wirklichkeit wird häufiger der Begriff Phasenmanipulation verwendet, weil Sie modulieren hauptsächlich diskrete Signale.
Die Bedeutung von PM besteht darin, dass sich die Phase des Trägers mit der Ankunft des nächsten diskreten Signals, das sich vom vorherigen unterscheidet, abrupt ändert.

Aus dem Spektrum erkennt man das nahezu vollständige Fehlen eines Trägers, was auf eine hohe Energieeffizienz hinweist.
Der Nachteil dieser Modulation besteht darin, dass ein Fehler in einem Symbol zum falschen Empfang aller nachfolgenden Symbole führen kann.

Differenzielle Phasenumtastung

Bei dieser Modulation ändert sich die Phase nicht mit jeder Änderung des Wertes des Modulationsimpulses, sondern mit einer Änderung der Differenz. In diesem Beispiel, wenn jede „1“ eintrifft.

Der Vorteil dieser Modulationsart besteht darin, dass ein zufälliger Fehler in einem Symbol keine weitere Fehlerkette nach sich zieht.

Es ist erwähnenswert, dass es auch Phasenmanipulationen wie die Quadratur gibt, die eine Phasenänderung innerhalb von 90 Grad und PM höherer Ordnung verwendet, deren Betrachtung jedoch den Rahmen dieses Artikels sprengen würde.

PS: Ich möchte noch einmal darauf hinweisen, dass der Zweck der Artikel nicht darin besteht, ein Lehrbuch zu ersetzen, sondern Ihnen „auf einen Blick“ die Grundlagen des Radios zu vermitteln.
Um dem Leser eine Vorstellung vom Thema zu vermitteln, werden nur die wichtigsten Modulationsarten berücksichtigt.