POJ
CIE MODULACJI
POJ
CIE MODULACJI
Proces zmiany niektórych wielkości
charakterystycznych jednego przebiegu
elektrycznego zmiennego w czasie (przebiegu
MODULACJA
MODULACJA
modulowanego - nośnego) pod wpływem
drugiego przebiegu tzw. przebiegu modulujÄ…cego.
K
TOWA
K
TOWA
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
1 2
Modulacja kÄ…towa
Modulacja kÄ…towa
MODULACJA K
TOWA (FM i PM)
u Modulacja kątowa oznacza jednocześnie
Def. (jednostajna) częstotliwość
modulację fazy (PM) i częstotliwości (FM)
u Zastosowania FM: rozsiewcze radio,
MODULACJA
MODULACJA
Dwie możliwości modulacji
dz
więk w sygnale TV, dwukierunkowa stała
i ruchoma komunikacja radiowa, systemy
K
TOWA
K
TOWA
telefonii komórkowej, komunikacja
satelitarna.
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
u Zastosowania PM: szeroko w transmisji
danych i pośrednio w systemach FM.
3 4
MODULAJA CZ
STOTLIWOÅšCI FM
Modulacja częstotliwości (FM)
Modulacja częstotliwości (FM)
Nośna
Nośna
MODULACJA
MODULACJA
Sygnał
modulujÄ…cy
Sygnał
K
TOWA
K
TOWA
modulujÄ…cy
Sygnał
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
Sygnał
FM
FM
5 6
Frequency Shift Keying (FSK)
Frequency Shift Keying (FSK)
Nośna
Sygnał PM
modulujÄ…cy
Sygnał
FSK
FM
7 8
MODULACJA FAZY (PM) I CZ
STOTLIWOÅšCI (FM) MODULACJA FAZY (PM) I CZ
STOTLIWOÅšCI (FM)
Modulacja fazy
Definicja - dewiacja fazy (szczytowa)
MODULACJA MODULACJA
MODULACJA MODULACJA
Modulacja częstotliwości
K
TOWA K
TOWA
K
TOWA K
TOWA
Definicja - dewiacja częstotliwości
(Fazy i częstotliwości)
Współczynnik (wskaz
nik) modulacji [bezwymiarowe] (Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości) (Fazy i częstotliwości)
9 10
UKA
ADY MODULACJI WMBF
UKA
ADY MODULACJI WMBF
MODULACJA CZ
STOTLIWOÅšCI (FM)
WÄ…skopasmowa modulacja FM
Dla  maÅ‚ego ² wprowadzamy uproszczenia:
²
²
²
MODULACJA
MODULACJA
Szerokopasmowa modulacja FM
K
TOWA
K
TOWA
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
Funkcja Bessel a pierwszego rodzaju
11 12
UKA
ADY MODULACJI WMBF
UKA
ADY MODULACJI WMBF
UKA
ADY MODULACJI WMBF
UKA
ADY MODULACJI WMBF
13 14
UKA
ADY MODULACJI WMBF
UKA
ADY MODULACJI WMBF
przykład W
SKOPASMOWA MODULACJA FM (NBFM)
przykład
WÄ…skopasmowa FM
MODULACJA
MODULACJA
DSB-AM
K
TOWA
K
TOWA
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
15 16
GENERACJA MODULACJI NBFM MODULACJA FM I AM
MODULACJA MODULACJA
MODULACJA MODULACJA
K
TOWA K
TOWA
K
TOWA K
TOWA
(Fazy i częstotliwości) (Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości) (Fazy i częstotliwości)
Z definicji modulacji NBFM
(przy uproszczeniach dla funkcji Besell a)
17 18
Relacja pomiędzy
Relacja pomiędzy
SZEROKOPASMOWA MODULACJA FM (WBFM)
FM and PM
FM and PM
Własności funkcji Bessel a
dla każdej wartoÅ›ci ²
²
²
²
u Dla PM, dewiacja fazy, "Ć = kpem,
szczytowa dewiacja fazy, Ćmax = mp = mf.
u Przy wyrażeniu częstotliwosci w rad/s
Własności funkcji Bessel a
MODULACJA
MODULACJA
dla maÅ‚ych wartoÅ›ci ²
²
² otrzymamy:
²
d¸ (t)
É(t) = or ¸ (t) =
K
TOWA +"É(t)dt
K
TOWA
dt
Własności funkcji Bessel a
Co oznacza, że modulacja FM może być uzyskana
dla dużych wartoÅ›ci ²
²
²
²
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
przez różniczkowanie sygnału modulujacego, jeżeli
Współczynnik modulacji ²
²
²
²
zastosowano wcześniej modulację fazy.
19 !! Uwaga !! : ale też FM na PM 20
Maksymalna lub szczytowa
Maksymalna lub szczytowa
Sygnał FM
Sygnał FM
dewiacja częstotliwości
dewiacja częstotliwości
u Jeżeli ec = Ec sin Éct, i em = Em sin Émt, to
u Jeżeli sinusoidalny sygnał mudulacyjny:
sygnał FM można opisać is:
em(t) = Emsin Émt, to fs = fc + kfEmsin Émt
es = Ec sin (Éct + mf sin Émt)
u Szczytowa dewiacja czestotliwosci:
u ten sygnał może być rozwinięty na szereg
´ = kf Em
sinnusoid jako wyrażenie:
u Współczynnik modulacji sygnału FM:
es = Ec{Jo(mf) sin Éct
mf = ´ / fm
- J1(mf)[sin (Éc - Ém)t - sin (Éc + Ém)t]
u !!! mf może być wiekszy od 1.
+ J2(mf)[sin (Éc - 2Ém)t + sin (Éc + 2Ém)t]
- J3(mf)[sin (Éc - 3Ém)t + sin (Éc + 3Ém)t] + .
21 22
Własności funkcji Bessel a
Własności funkcji Bessel a
Funkje Bessel a
Funkje Bessel a
u Teoretycznie istnieje nieskończona ilość
u Wyrażenia J we wzorach opisane jako (znane)
pasmowych częstotliwości dla każdego mf
funkcje Bessel a pierwszego rodzaju (ze
innego niż 0.
współczynnikami dla danych mf):
u Tylko znaczące amplitudy sygnałów tzn.
mf Jo J1 J2 J3 J4 J5 J6 . . .
e"|0.01| pokazano w tabeli.
0 1
u Punkt zerowej nośnej (Bessel-zero lub
0.5 .94 .24 .03
carrier-null) uzyskuje siÄ™ dla mf = 2.4, 5.5,
1 .77 .44 .11 .02
8.65, etc. Użyteczne dla ustalenia dewiacji
2.4 0.0 .52 .43 .20 .06 .02
lub współczynnika kf w systemach FM.
23
5.5 0.0 -.34 -.12 .26 .40 .32 .19 . . . 24
Amplituda pasm i nośnej
Graficzny przebieg
Graficzny przebieg
SZEROKOPASMOWA MODULACJA FM (WBFM)
funkcji Bessel a
funkcji Bessel a
Widmo FM
Widmo FM (jedno-tonowe)
(dwu-tonowe)
MODULACJA
MODULACJA
K
TOWA
K
TOWA
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
25 26
PRAWO CARSON A
Pasma częstotliwości FM
Pasma częstotliwości FM
Dla maÅ‚ych ²
²
²
²
Jeżeli tylko pierwsza ² + 1 wartość z funkcji Bessel a jest istotna, to
²
²
²
u Każda wielkość (J) z
pamo dla modulacji FM można określić wg prawa Carson a:
tabeli daje obraz par
pasm częstotliwości
MODULACJA
MODULACJA
(oraz ich zależności).
Dla maÅ‚ych ² ......................
² ......................
² ......................
² ......................
u Im większa wartość mf,
K
TOWA
K
TOWA
Dla dużych ² .......................
² .......................
² .......................
² .......................
tym więcej znaczących
par częstotliwości
Szerokopasmowa FM lub WBFM gdy:
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
(pasma) zawartych w
sygnale.
27 28
Układ nadawczy FM
Układ nadawczy FM
BEZPOÅšREDNIA MODULACJA WBFM
Modulator
Powielacz
FM
Antena
częstotliwości
MODULACJA
MODULACJA
Wzm.
Wzm.
Wzm.
K
TOWA
K
TOWA
mocy
Preemfaza
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
Sygnał
Audio
29 30
POÅšREDNIA MODULACJA WBFM
Posrednia modulacja WBFM
Posrednia modulacja WBFM
Modulator Amstronga
MODULACJA
MODULACJA
K
TOWA
K
TOWA
Armstrong
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
Modulator
31 32
Układ modulatora FM z PLL
Układ modulatora FM z PLL
Modulator FM
Modulator FM
Crosby AFC System (Phase-Locked Loop)
Crosby AFC System (Phase-Locked Loop)
u System PLL ciekawszy od układu (Crosby),
nie potrzebuje powielacza częstotliwości!!
33 34
DEMODULACJA CZ
STOTLIWOŚCI DYSKRYMINATOR ZRÓWNOWAŻONY
Detektor z  nachylenia  (krzywej rez. - slope detector)
MODULACJA MODULACJA
MODULACJA MODULACJA
Przebieg FM
Dyskryminator zrównoważony (z filtrów strojonych)
Obszar
liniowy
K
TOWA K
TOWA
K
TOWA K
TOWA
Po różniczkowaniu
(Fazy i częstotliwości) (Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości) (Fazy i częstotliwości)
Obwiednia proporcjonalna
do sygnału modulującego
35 36
Detector kwadraturowy
Detector kwadraturowy
Krzwa S dla detektora
Krzwa S dla detektora
(Quadrature Detector)
(Quadrature Detector)
(dyskryminatora) FM
(dyskryminatora) FM
u Praktycznie używany obecnie wraz z pętlą
vo
PLL w układach scalonych.
Em
´
fi
fIF
´
37 38
PLL FM DEMODULATOR
PLL FM Detector
PLL FM Detector
u PLL i detektor kwadraturowy stosowany w
nowoczesnych odbiornikach FM.
MODULACJA
MODULACJA
Detector Wyjsciowy sygnał
fazy zdemodulowany
Sygnał
K
TOWA
K
TOWA
LPF
Ć
FM IF
Typowy układ pętli fazowej !!
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
VCO
39 40
Preemfaza i deemfaza
Preemfaza i deemfaza
Preemfaza i deemfaza
Preemfaza i deemfaza
(Pre-emphasis, De-emphasis)
(Pre-emphasis, De-emphasis)
(Pre-emphasis, De-emphasis)
(Pre-emphasis, De-emphasis)
u Większość sygnałów analogowych zawiera
u In FM broadcasting,
wysokie częstotliwości, które relatywnie
the high frequency
mają znacznie mniejszą amplitudę niż z
components are
zakresu częstotliwości mniejszeych.
boosted by passing the
Ä µ
Ä = R1C = 75 µs
Ä µ
Ä µ
Zakłócenia elektryczne nakładające się na
modulating signal
sygnał użyteczny (w zakresie wyższych
through a HPF with a
czÄ™stotliwoÅ›ci) zmniejszajÄ… wartość SRN. 75 µs time constant
before modulation.
u Do korekcji tego problemu używamy
I .
układów preemfazy przed procesem
modulacji FM (deemfazy w demodulacji) 42
41
DETEKTOR  PRZEJÅšCIA PRZEZ ZERO
Odbiornik FM
Odbiornik FM
MODULACJA
MODULACJA
Sygnał wejściowy - FM
Układ ograniczający
ze zmiennÄ… amplitudÄ…
Sygnał wyjściowy - FM
ze stałą amplitudą
K
TOWA
K
TOWA
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
43 44
TRANSMISJA RADIOWA FM (STEREO)
TRANSMISJA RADIOWA FM (STEREO)
19 kHz Pilot Widmo pasma podstawowego
Widmo pasma podstawowego
Carrier
SCA
L+R
(optional)
L-R L+R
(mono)
kHz
MODULACJA MODULACJA
MODULACJA .05 15 23 38 53 60 67 74
MODULACJA
K
TOWA K
TOWA
K
TOWA K
TOWA
FM stereo enkoder i modulator
(Fazy i częstotliwości) (Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości) (Fazy i częstotliwości)
FM stereo enkoder i modulator
45 46
Porównanie FM i PM
Porównanie FM i PM
ODBIORNIK RADIOWY FM (STEREO)
w stosunku do AM
FM stereo dekoder Pętla ARW (AGC) w stosunku do AM
Zalety nad AM:
lepszy SNR, bardziej odporne na zakłócenia
MODULACJA
MODULACJA ` efektywniejsze - możliwe użycie
wzmacniaczy w klasie C, mniejsza moc
Pętla ARCz (AFC)
potrzebna w układach nadajników
K
TOWA
K
TOWA
´ redukcja zakłóceÅ„ interferencyjnych
(Fazy i częstotliwości)
(Fazy i częstotliwości)
Wady w stosunku do AM:
wymagania szerszego pasma
47 ` bardziej złożone systemy elektroniczne 48