Амплитудная модуляция

При АМ в соответствии с законом передаваемого сообщения меняется амплитуда модулируемого сигнала. Поэтому при тестовом тональном модулирующем сигнале имеем для высокочастотного модулируемого сигнала: u(t)=U₀(l+mcosWt)cosw₀t, (19.4)

где m=U_мод/U₀£1 - коэффициент амплитудной модуляции; w₀ - частота несущих колебании. График функции (19.4), который можно наблюдать на экране осциллографа, приведен на рис. 19.4.

Рис. 19.4. Осциллограмма функции

По помехоустойчивости АМ существенно уступает частотной и фазовой и поэтому в современных радиотехнических системах практически не применяется. Однако в давно действующих системах, работающих в длинно-, средне- и коротковолновых диапазонах волн, амплитудный вид модуляции является доминирующим.

АМ осуществляется в генераторах с независимым возбуждением в основном в выходном или предоконечном каскадах путем изменения напряжения на одном или нескольких электродах электронного прибора. В соответствии с этим в транзисторных генераторах различают коллекторную, базовую и эмиттерную АМ, а в ламповых - анодную, анодно-экранную, сеточную и катодную. При модуляции только предоконечного каскада выходной ВЧ усилитель мощности работает в режиме усиления модулированных колебаний. Общая структурная схема усилительного тракта РПДУ, относящаяся ко всем способам АМ, изображена на рис. 19.5. Передаваемое сообщение поступает на вход модулятора, и после усиления модулирующий сигнал мощностью Р_мод поступает на ВЧ усилитель. Требуемое значение Р_мод зависит от мощности высокочастотных колебаний Р₁, коэффициента m и способа модуляции. Требуемая мощность источника питания Р₀ также определяется данными параметрами.

При любом способе амплитудной модуляции различают три основных режима работы: молчания (или несущей), максимальный и минимальный. При модуляции режим модулируемого ВЧ каскада непрерывно меняется. Максимальному режиму соответствует максимальное значение амплитуды колебаний, минимальному режиму - минимальное, в режиме молчания (U_мол) модуляция отсутствует (рис. 19.4).

Рис. 19.5. Структурная схема усилительного тракта РПДУ

Амплитуда ВЧ колебаний и мощность при тональной AM модуляции меняются по закону:

U_мод=U_мол(1+mcoswt); Р₁=Р_1мол(1+mcoswt)².

Мгновенные мощности ВЧ сигнала в трех режимах - молчания (Р_1мол), максимальном (Р_1макс, пиковом) и минимальном (Р_1мин) - связаны соотношениями: Р_1макс=Р_1мол(1+m)²; Р_1мин=Р_1мол(1–m)². (19.5)

Кроме мгновенных, важна и средняя мощность ВЧ колебаний за период модулирующего сигнала Т:

. (19.6)

Из трех последних формул при m=1 получим:

Р_1макс=4Р_1мол; Р_1мин=0; Р_1ср=1,5Р_1мол.

Пиковая мощность генератора при амплитудной модуляции в четыре раза превосходит мощность в режиме несущей (молчания).

Спектр AM колебания (19.4) имеет вид:

u(t)=U₀cosw₀t+0,5mU₀cos(w₀–W)t+0,5mU₀cos(w₀+W)t, (19.7)

из которого следует, что спектр колебания при амплитудной модуляции тональным сигналом состоит из трех составляющих с частотами: w₀ (совпадает с частотой несущей), w₀–W (нижняя боковая), w₀+W (верхняя боковая), мощности между которыми распределены в пропорции: 1:(0,5m²):(0,5m²) (рис. 19.6, а), а сумма определяется согласно (19.6).

Рис. 19.6

Согласно (19.7) ширина спектра AM колебания, построенного на рис. 19.6, a: Df_cп=2F. Следовательно, в соответствии с (19.2), имея базу В=1, сигнал при AM модуляции относится к классу узкополосных.

Спектр AM колебания при модуляции сигналом, занимающим спектр от W_мин до W_макс, представлен на рис. 19.6, б.

Две характеристики при AM определяют свойства радиопередатчика в целом: модуляционная m=Ф(U_W) (рис. 19.7, а) и модуляционно-частотная m=Ф(W) (рис. 19.7, б), где U_W, W - амплитуда и частота модулирующего сигнала.

Рис. 19.7. Модуляционная m=Ф(U_W) (а) и модуляционно-частотная m=Ф(W) (б) характеристики при AM