частотна модуляція
У той час як амплітудна модуляція змінює огибающую сигналу в «вертикальній площині», частотна модуляція (ЧМ) відбувається в «горизонтальній площині» сигналу. Амплітуда несучої підтримується постійною, а частота змінюється пропорційно амплітуді модулюючого сигналу.
Максимальна величина, на яку частота несучої зростає або убуває під впливом амплітуди модулюючого сигналу, називаетсядевіаціей частоти. Ця величина залежить виключно від амплітуди (пікового значення) напруги, що модулює. При супутниковому ТВ мовленні сигнал, що випромінюється на Землю, має номінальне значення девіації частоти близько 16 МГц / В і ширину смуги частот, яку займає інформацією про переданому зображенні, близько 27 МГц.
Індекс модуляції (т) - це відношення девіації частоти fd до вищої модулирующей частоті fm:
На відміну від амплітудної модуляції при ЧС немає необхідності обмежувати максимальну величину індексу модуляції одиницею.
Шум - це будь-яка небажана випадкове електричне обурення. Він проникає всюди і є головною проблемою при розробці електроніки. Такий шум виникає в звичайних електричних ланцюгах (виміряйте після закінчення штукатурних робіт), особливо в ланцюгах з резистором, при будь-яких значеннях температури вище нуля за Кельвіном (0 К). Цей дрібний, але не завжди незначний тепловий шум, званий шумом Джонсона, виявляється (і може бути виміряний як ЕРС) на вихідних кінцях ланцюга. Причина шуму - хаотичні коливання молекул усередині корпусу резистора, які неможливо припинити. Хоча наведене нижче вираз не є особливо важливим в даному випадку, його варто розглянути, щоб виявити зв'язок між шумами ЕРС і температурою.
RMS-значення шуму Джонсона = (4k tBR) ^ 1/2. де
t- абсолютна температура за Кельвіном (кімнатна температура становить близько 290 К);
до - постійна Больцмана т 1,38 х 10
23;
R - величина резистора в Омасі;
В - ширина смуги частот приладу для вимірювання величини ЕРС.
Розрахунок шуму від резистора в один мега при кімнатній температурі призводить до величини близько 0,4 мВ. Вона може здатися незначною, але її відносне значення більш важливо, ніж абсолютне. Якщо корисний сигнал буде такого ж порядку, як дана величина (а він може бути і набагато менше), то він потоне в шумах. Згідно розглянутого висловом, яке, до речі, поширюється не тільки на матеріали штучного походження, шум залежить від температури і смуги частот приладу для вимірювання його величини. Таким приладом є станція прийому телемовлення. Бічні смуги частот при передачі сигналу високої якості відрізняються великою шириною, тому приймальна апаратура також повинна мати широку смугу частот для обробки інформації, що надходить. У цих умовах потрапляння шумів на вхід ланцюга може серйозно обмежити якість прийому.
Відношення сигнал / шум (S / N) - це відношення рівня ЕРС корисного сигналу до рівня ЕРС будь-якого існуючого шуму, яке повинно бути якомога більш високим. Якщо величина цього відношення падає до одиниці або нижче, то сигнал передавати практично марно. (В деяких випадках можна використовувати досить дорогий метод відтворення комп'ютером «сигнальної середовища», але для національної системи супутникового ТБ мовлення це неприйнятно.)
Існують два властивості АМ, через які її використання в минулому було досить популярним:
- схема демодуляції в приймальному пристрої, звана випрямлячем, досить проста. Потрібно тільки діод для відсікання однієї напівхвилі від повного сигналу і фільтр нижніх частот для видалення залишків несучої частоти;
- ширина бічних смуг відносно невелика, тому передача сигналу не займає надто багато простору в частотному спектрі.
Найсерйознішим недоліком АМ є шум (або, принаймні, більша його частина), який складається з змін амплітуди. Іншими словами, будь-які існуючі шуми ЕРС розташовуються на вершині обвідної сигналу, як це показано на малюнку.
Шуми на АМ сигналах
Тому для зменшення рівня шумів необхідно або збільшити відношення сигнал / шум шляхом більш ретельної розробки приймальних пристроїв, або використовувати більш грубі методи, які погіршують якість сигналу, наприклад обмеження смуги пропускання.
З іншого боку, ЧС часто вважають вільною від шумів, що в дійсності неправильно. Передача ЧМ сигналу також схильна до впливу шумів, як і передача АМ сигналу. Однак завдяки методу, яким відбувається накладення інформації на несучу частоту, велика частина шумів може бути усунена схемою приймального пристрою. Оскільки шуми розташовуються на зовнішній стороні ЧМ сигналу, можна зрізати краю верхньої і нижньої частин сигналу, не порушуючи інформації, яка, швидше за все, знаходиться всередині сигналу, а не на його краях. Такий процес відсічення називається обмеженням амплітуди.
Недоліком ЧС є вимога широкої смуги частот для передачі сигналу. По суті, передача ЧМ сигналу можлива тільки в тому випадку, коли частота несучого сигналу відносно висока. Так як супутникове мовлення здійснюється на частотах значно вище 1 ГГц, цей недолік можна вважати несуттєвим.
Не можна заперечувати, що схемні рішення, які потрібні для отримання інформації з ЧС несучої, є, м'яко кажучи, досить складними. Схема, що виконує таку функцію, називається ЧС демодулятором. Існують різні схемні рішення для демодуляції ЧМ сигналів, такі як дискримінатори, детектори відносини і схеми фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ).
За допомогою децибелів (дБ) відношення між двома потужностями можна висловити і іншим, часто більш зручним способом. Замість фактичного відносини використовується логарифм відносини по підставі 10:
Результат буде з позитивним знаком, якщо Pt більше, ніж Р2, і з негативним, якщо Р<меньше, чем Р2. Чтобы исключить проблему, связанную с вычислением отрицательных логарифмов, большую из двух мощностей ставят в числитель, а знак определяют позже в соответствии с правилом, приведенным выше.
приклад
Якщо Р1, = 1000, а Р2 = 10, то дБ = 10 log 1000/10 = 10 log 100 = +20 дБ.
(Якщо Р1, = 10, а Р2 = 1000, абсолютне значення в децибелах буде тим же самим, але записують його як -20 дБ.).
Використання децибелів замість фактичних величин відносин має наступні переваги:
- оскільки слух людини реагує на зміни інтенсивності звуку логарифмически, використання децибелів є більш природним. Наприклад, якщо вихідна потужність підсилювача звуку зростає з 10 до 100 Вт, на слух це не буде сприйматися як десятикратне збільшення;
- децибели зручно використовувати для зменшення розмірів в позначеннях великих чисел. Наприклад, коефіцієнт посилення в 10 000 000 раз буде дорівнює всього лише 70 дБ;
- при проходженні від антени через різні каскади в приймальному пристрої сигнал піддається посиленню і втрат. При вираженні кожного коефіцієнта посилення і втрат відповідно в позитивних і негативних значеннях децибелів загальний коефіцієнт посилення легко розрахувати за допомогою алгебраїчного додавання. Наприклад, (+5) + (-2) + (+3) + (-0,5) = 5,5 дБ.
Нижче наведені деякі з найбільш часто використовуваних значень децибелів: