3.2. Радиосигналы с амплитудной модуляцией

Амплитудная модуляция является наиболее простым и очень распространенным в радиотехнике способом заложения информации в высокочастотное колебание. При амплитудной модуляции огибающая амплитуд несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом изменения передаваемого сообщения, частота же и начальная фаза колебания поддерживаются неизменными. Поэтому для амплитудно-модулированного радиосигнала общее выражение (3.1) можно заменить следующим:

Характер огибающей A(t) определяется видом передаваемого сообщения.

Рис. 3.1. Модулирующая функция (а) и амплитудно-модулированное колебание (б)

При непрерывном сообщении (рис. 3.1, а) модулированное колебание приобретает вид, показанный на рис. 3.1, б. Огибающая А(t) изменяется по закону, воспроизводящему сообщение s(t). Рис. 3.1, б построен в предположении, что постоянная составляющая функции s(t) равна нулю (в противоположном случае амплитуда несущего колебания A₀ может не совпадать с амплитудой немодулированного колебания). Наибольшее изменение А(t) "вниз" не может быть больше А₀. Изменение же "вверх" может быть в принципе и больше A₀.

Основным параметром амплитудно-модулированного колебания является глубина модуляции.

Определение этого понятия особенно наглядно для тональной модуляции, когда модулирующая функция является гармоническим^* колебанием:

^* (В данной главе Ω используется для обозначения частоты модулирующей функции.)

Огибающую модулированного колебания при этом можно представить в виде

где Ω - частота модуляции; γ - начальная фаза огибающей; k_ам - коэффициент пропорциональности; ΔА_m = k_амS₀ - амплитуда изменения огибающей (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Колебание, модулированное по амплитуде гармонической функцией

Отношение

называется коэффициентом модуляции.

Таким образом, мгновенное значение модулированного колебания можно записать в форме

При неискаженной модуляции (М ≤ 1) амплитуда колебания изменяется в пределах от минимальной А_мин = А₀ (1 - М) до максимальной А_макс = А₀ (1 + М).

В соответствии с изменением амплитуды изменяется и средняя за период высокой частоты мощность модулированного колебания. Пикам огибающей соответствует мощность, в (1 + М)² раз большая мощности несущего колебания. Средняя же за период модуляции мощность пропорциональна среднему^* квадрату амплитуды A(t):

^* (Среднее значение cos (Ωt + γ) за период модулирующей частоты равно нулю, а среднее значение cos (Ωt + γ) равно ¹/₂. Черта над функцией означает операцию усреднения по времени.)

Эта мощность превышает мощность несущего колебания всего лишь в (1 + 0,5М²) раз. Таким образом, при 100%-ной модуляции (М = 1) пиковая мощность равна 4Р₀, а средняя мощность 1,5Р₀ (через Р₀ = ¹/₂А₀² обозначена мощность несущего колебания). Отсюда видно, что обусловленное модуляцией приращение мощности колебания, которое в основном и определяет условия выделения сообщения при приеме, даже при предельной глубине модуляции не превышает половины мощности несущего колебания.

При передаче дискретных сообщений, представляющих собой чередование импульсов и пауз (рис. 3.3, а), модулированное колебание имеет вид последовательности радиоимпульсов, изображенных на рис. 3.3, б.

Рис. 3.3. Колебание, модулированное по амплитуде импульсной последовательностью

При этом имеется в виду, что фазы высокочастотного заполнения в каждом из импульсов такие же, как и при "нарезании" их из одного непрерывного гармонического колебания. Только при этом условии показанную на рис. 3.3, б последовательность радиоимпульсов можно трактовать как колебание, модулированное лишь по амплитуде. Если от импульса к импульсу фаза изменяется, то следует говорить о смешанной, амплитудно-угловой модуляции.