MODULACJA I DEMODULACJA

Modulacja- zakodowanie informacji, danej jako sygnał elektryczny, w postaci zmian parametru innego przebiegu elektrycznego. Pierwszy z nich nazywany jest przebiegiem modulującym , drugi- sygnałem modulowanym.

Demodulacja- proces odwrotny do modulacji, polega na uzyskiwaniu informacji z przebiegu zmodulowanego. Ma miejsce w układach demodulatorów, zwanych również detektorami.

Modulacja i demodulacja częstotliwości FM

Modulacja FM- polega na uzależnieniu częstotliwości fali nośnej od amplitudy sygnału modulującego, czyli przesyłana informacja zawarta jest w częstotliwości chwilowej sygnału zmodulowanego. Częstotliwość chwilowa przebiegu zmodulowanego:
,

gdzie: fn-częstotliwość fali nośnej, um(t)- sygnał modulujący, kf- współczynnik proporcjonalności.

Częstotliwość sygnału nośnego o częstotliwości fn zmienia się w zakresie od fn − Δf do fn + Δf.

Δf jest nazywane dewiacją częstotliwości, natomiast stosunek wskaźnikiem dewiacji częstotliwości lub współczynnikiem modulacji częstotliwości. Określa maksymalną wartość odchylenia częstotliwości chwilowej, czyli amplitudę zmian częstotliwości.

Rozkład widmowy funkcji:
przedstawia częstotliwość nośną i nieskończoną liczbę wstęg bocznych o częstotliwościach
i
,( n= 1,2,3...
) rozmieszczonych symetrycznie względem przebiegu nośnego
. Amplitudy poszczególnych prążków proporcjonalne do Um są określone funkcjami Bessela o wartościach zależnych od m_f i n. Funkcje Bessela dla n
m_f+1 przyjmują pomijalnie małe wartości, dlatego praktycznie prążki boczne wyższych harmonicznych sygnału modulującego mogą być pominięte- przenoszą znikomo małą energię.

Szerokość pasma zajmowanego przez zmodulowany sygnał częstotliwości ogranicza się do:

+1)

B- szerokość pasma sygnału modulowanego, f_gr- częstotliwość graniczna sygnału modulowanego

Dla m_f
1- modulacja wąskopasmowa, widmo harmonicznych oprócz prążka fali nośnej zawiera po jednym prążku wstęg bocznych.

Dla m_f
1- modulacja szeroko pasmowa.

Modulację FM możemy zrealizować za pomocą generatora przestrajalnego napięciem, którego częstotliwość powinna się zmieniać proporcjonalnie do wartości napięcia sterującego. Efekt taki uzyskujemy zmieniając sygnałem modulującym częstotliwość rezonansową obwodu LC generatora.

Układ generatora Colpittsa, jedną z dzielonych pojemności zastąpiono diodą pojemnościową C5, spolaryzowaną w kierunku zaporowym. Wartość chwilowa napięcia polaryzującego diodę jest sumą napięcia polaryzacji wstępnej i napięcia modulującego. W zależności od wartości napięcia modulującego zmienia się pojemność diody, a więc zmienia się również częstotliwość generatora. Przy zerowym sygnale modulującm generator wytwarza przebieg nośny o częstotliwości
. Gdy wartość napięcia modulującego rośnie, wzrasta również pojemność diody i zmniejsza się wówczas częstotliwość generatora opisana zależnością:

Demodulacja FM- realizowana jest w trzech etapach:

W pierwszym następuje ograniczenie amplitudy, w celu pozbycia się modulacji amplitudy wynikającej z szumów i zakłóceń.

W drugim następuje dyskryminacja częstotliwości, sygnał zmodulowany częstotliwościowo FM jest przetwarzany na sygnał zmodulowany amplitudowo.

Trzeci etap to wydzielenie informacyjne za pomocą jednej z metod demodulacji amplitudy.

Funkcję dyskryminatora może pełnić wzmacniacz selektywny LC, o częstotliwości rezonansowej dobranej tak, aby częstotliwość przebiegu nośnego fn wypadała na zboczu charakterystyki amplitudowej wzmacniacza.

Układ realizujący demodulację, to np. detektor stosunkowy. Wytwarza on dwa napięcia wzajemnie przesunięte w fazie o wartość kąta zależną od częstotliwości sygnału wejściowego. Przebieg modulowany podawany jest na wejście selektywnego wzmacniacza-ogranicznika, którego zadaniem jest zapewnienie stałej amplitudy tego przebiegu. Wzajemnie sprzężone indukcyjne obwody rezonansowe L1C1 i L2C2 dostrojone są do pulsacji przebiegu nośnego
i stanowią właściwy układ dyskryminatora fazy.

Modulacja i demodulacja częstotliwości AM

Modulacja AM- informacja przenoszona jest w amplitudzie sygnału zmodulowanego, jego postać wygląda następująco:

gdzie: un(t)- fala nośna, um(t)- sygnał modulujący, k- współczynnik proporcjonalności

Modulację AM charakteryzuje współczynnik modulacji
.

gdzie A i B maksymalna i minimalna wartość obwiedni sygnału zmodulowanego.

Jest on równy stosunkowi amplitudy sygnału modulującego do amplitudy fali nośnej w sygnale zmodulowanym. Mieści się w zakresie od 0 do 1. Gdy głębokość modulacji wynosi 1, to maksymalna wartość chwilowa napięcia osiąga wartość 2Um, a minimalna wartość chwilowa obwiedni maleje do 0. Wtedy przebieg jest nieciągły i nie można odtworzyć z niego przebiegu informacyjnego.

Widmo harmonicznych sygnału zmodulowanego składa się z prążka odpowiadającego fali nośnej oraz sygnału różnicowego i sumacyjnego. Jeżeli przebieg modulujący nie jest pojedynczą sinusoidą zostaną wtedy wytworzone 2 wstęgi boczne o tej samej szerokości. Wstęgi boczne odwzorowują sygnał informacyjny i to one przenoszą informację. Jest to modulacja dwuwstęgowa.

Moc sygnału zmodulowanego wynosi:
,

gdzie Pn-moc fali nośnej, P- całkowita moc przebiegu modulowanego przy głębokości modulacji m.

Powyższy wzór pokazuje, że tylko niewielka część sygnału niesie informacje o sygnale modulującym. Dlatego modulacja amplitudy jest nieekonomiczna, ze względu na duże straty mocy. Aby zwiększyć moc niosącą informację o sygnale modulującym ogranicza się zawartość fali nośnej w sygnale zmodulowanym. Jest to modulacja dwuwstęgowa bez fali nośnej. Ponieważ obie wstęgi niosą tę samą informację, można więc przesyłać tylko jedną wstęgę. Jest to jednowstęgowa modulacja amplitudy.

Przebieg zmodulowany amplitudowo uzyskuje się przez mnożenie analogowe sygnału modulującego i przebiegu nośnego. Przykładem modulatora amplitudy może być układ wzmacniacza różnicowego ze sterowanym napięciowo źródłem prądowym w obwodzie emitera, na wyjściu uzyskuje się sygnał nośny Un o wartości zależnej od sygnału modulującego Um, czyli zmodulowanego amplitudowo. Odwód rezonansowy stanowiący obciążenie tranzystora T2 umożliwia uzyskanie w widmie napięcia wyjściowego tylko prążków o pulsacjach
,
,
. Tłumiona jest częstotliwość przebiegu modulowanego
.

Demodulacja AM- np. za pomocą detektora szczytowego. Układ nieliniowy zawierający diodę i dwójnik równoległy RC. W odcinkach czasu, gdy dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia następuje ładowanie kondensatora do chwili szczytowej wartości sygnału zmodulowanego. W odcinkach czasu, gdy dioda jest spolaryzowana zaporowo, kondensator rozładowuje się on niewielką wartość napięcia. Jeżeli stała czasowa ładowania będzie mała w porównaniu z okresem fali nośnej, a stała czasowa rozładowania dostatecznie duża, to na wejściu detektora powstaje sygnał proporcjonalny do obwiedni sygnału zmodulowanego.

--> Parametry opisujące modulację i demodulację:[Author:J]

Dewiacja

Współczynnik modulacji AM

Moc sygnału zmodulowanego

Funkcje Bessela

--> Modulacja i detekcja impulsowa (?)

Pętla synchronizacji fazowej (?)[Author:J]

(niestety za dużo o tym nie wiedziałam, ani nie znalazłam, opis podanych poniżej parametrów znajduję się powyżej w tekście i jest zaznaczony na niebiesko, żeby nie pisać 2 razy tego samego)

Jak znajdę, to dopiszę o tym.

---