Амплитудная модуляция

Амплиту́дная модуля́ция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

Применение в радиотехнике

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 50 кГц радиопередатчика вырабатывалась электромашинным генератором (альтернатором), для её модуляции между генератором и антенной включался угольный микрофон, изменяющий затухание сигнала в 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 ультракоротких волн, амплитудная модуляция постепенно начала вытесняться из радиовещания и радиосвязи на УКВ частотной модуляцией.

С середины XX века в служебной и любительской радиосвязи на всех частотах начали применять модуляция с одной боковой полосой (ОБП), которая имеет ряд важных преимуществ перед АМ, главное из которых - сужение в 2 раза полосы частот, занимаемой радиосигналом. В связи с этим предлагалось перевести на на ОБП и массовое радиовещание, однако это потребовало бы 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.

Определение

Аудиосигнал может модулировать амплитуду (AM) или частоту (ЧМ) несущей.

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

Пусть

• $S(t)$ — информационный сигнал, $|S(t)|<1$,
• $U_{c}(t)$ — несущее колебание.

Тогда амплитудно-модулированный сигнал $U_{\text{am}}(t)$ может быть записан следующим образом:

$U_{\text{am}}(t)=U_{c}(t)[1+mS(t)].\qquad \qquad (1)$

Здесь $m$ — некоторая константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал $U_{c}(t)$, модулированный по амплитуде сигналом $S(t)$ с коэффициентом модуляции $m$. Предполагается также, что выполнены условия:

$|S(t)|<1,\quad 0<m\leqslant 1.\qquad \qquad (2)$

Выполнение условий (2) 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.

Пример

Спектр АМ колебания

Допустим, что мы хотим промодулировать несущее колебание моногармоническим сигналом. Выражение для несущего колебания с частотой $\omega _{c}$ имеет вид (начальную фазу положим равной нулю):

$U_{c}(t)=C\sin(\omega _{c}t).$

Выражение для модулирующего синусоидального сигнала с частотой $\omega _{s}$ имеет вид:

$U_{s}(t)=U_{0}\sin(\omega _{s}t+\varphi ),$

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

$U_{\mathrm {am} }(t)=C[1+mU_{0}\sin(\omega _{s}t+\varphi )]\sin(\omega _{c}t).$

Приведённая выше формула для $y(t)$ может быть записана в следующем виде:

$U_{\mathrm {am} }(t)=C\sin(\omega _{c}t)+{\frac {mCU_{0}}{2}}(\cos((\omega _{c}-\omega _{s})t-\varphi )-\cos((\omega _{c}+\omega _{s})t+\varphi )).$

Радиосигнал состоит из несущего колебания и двух синусоидальных колебаний, называемых боковыми полосами, каждое из которых имеет частоту, отличную от $\omega _{c}$. Для синусоидального сигнала, использованного здесь, частоты равны $\omega _{c}+\omega _{s}$ и $\omega _{c}-\omega _{s}$. Пока несущие частоты соседних радиостанций достаточно разнесены, и боковые полосы не перекрываются между собой, станции не будут влиять друг на друга.

См. также

• Амплитудная манипуляция
• Квадратурная модуляция
• Эфирное радиовещание

Ссылки

• Амплитудная модуляция. Балансная амплитудная модуляция с подавлением несущей (double side band DSB)  (рус.). Дата обращения: 15 ноября 2010. Архивировано 17 февраля 2012 года.
• Принципы АM и ФМ. Сравнение с другими видами модуляции
• Amplitude Modulation (англ. )