Thực đơn
trang chủTừ

Bạn biết những công nghệ điều chế tín hiệu analog nào? Điều chế - sự khác biệt giữa các loại điều chế AM, FM (FM) và SSB: đơn giản về phức tạp. Điều chế biên độ dải biên đơn

Tôi sẽ cảnh báo bạn ngay: nó sẽ không hoạt động. Điều chế là một điều quá phức tạp.

Để hiểu điều chế là gì, bạn cần biết tần số là gì, vì vậy hãy bắt đầu với điều đó.
Ví dụ: hãy lấy một cú xoay: tần số xoay của một cú xoay là số dao động hoàn chỉnh, số lần dao động trong một giây.
Đầy đủ, điều này có nghĩa là một dao động là chuyển động của cú đánh từ vị trí cực bên trái, đi xuống, qua tâm đến vị trí cuối cùng. mức tối đaở bên phải và sau đó lại đi qua trung tâm đến cùng mức ở bên trái.
Một cú xoay sân thông thường có tần số khoảng 0,5 hertz, có nghĩa là nó hoàn thành một cú xoay hoàn toàn trong 2 giây.
Loa loa dao động nhanh hơn nhiều, tái tạo nốt “A” của quãng tám đầu tiên (440 hertz), nó tạo ra 440 rung động mỗi giây.
TRONG mạch điện dao động là sự dao động điện áp, từ giá trị dương tối đa, giảm xuống, qua điện áp 0 đến giá trị âm tối đa, tăng, qua 0 trở lại giá trị dương tối đa. Hoặc từ điện áp tối đa, qua một mức trung bình nhất định đến mức tối thiểu, rồi lại qua mức trung bình, lại đến mức tối đa.
Trên biểu đồ (hoặc màn hình dao động) nó trông như thế này:

Tần số dao động điện áp ở đầu ra của đài phát thanh phát sóng mang trên kênh 18 của lưới C ở châu Âu sẽ là 27.175.000 dao động mỗi giây hoặc 27 megahertz và 175 kilohertz (mega - triệu; kilo - nghìn).

Để làm cho việc điều chế trở nên trực quan, chúng ta hãy phát minh ra hai tín hiệu nhất định, một tín hiệu có tần số 1000 Hz, tín hiệu thứ hai có tần số 3000 Hz, về mặt đồ họa, chúng trông như thế này:

Hãy chú ý cách các tín hiệu này được hiển thị trên biểu đồ bên trái. Đây là các biểu đồ tần số và mức độ. Tần số của tín hiệu càng cao thì tín hiệu sẽ được hiển thị trên biểu đồ như vậy càng ở bên phải; mức (công suất) của nó càng cao thì đường của tín hiệu này trên biểu đồ càng cao.

Bây giờ hãy tưởng tượng rằng chúng ta đã thêm cả hai tín hiệu này, nghĩa là ở dạng hoàn thiện, tín hiệu kiểm tra giả định của chúng ta là tổng của hai tín hiệu. Làm thế nào bạn đặt nó lại với nhau? Rất đơn giản - chúng tôi đặt một chiếc micrô và cho hai người ngồi trước nó: một người đàn ông hét ở tần số 1000 Hz và một phụ nữ ré lên ở tần số 3000 Hz, ở đầu ra micrô, chúng tôi nhận được tín hiệu kiểm tra, trông như thế này :

Và chính xác là tín hiệu kiểm tra này mà chúng tôi sẽ “cung cấp” cho đầu vào micrô của máy phát hư cấu của chúng tôi, nghiên cứu những gì thu được ở đầu ra (ở ăng-ten) và tất cả những điều này ảnh hưởng như thế nào đến độ rõ ràng và phạm vi liên lạc.

Về điều chế nói chung

Tín hiệu sóng mang đã điều chế ở đầu ra của bất kỳ máy phát nào trong mọi trường hợp (với bất kỳ cách điều chế nào) có được bằng cách cộng hoặc nhân tín hiệu sóng mang với tín hiệu cần truyền, ví dụ: tín hiệu từ đầu ra của micrô. Sự khác biệt duy nhất giữa các cách điều chế là cái gì được nhân lên, cái gì được thêm vào và điều này xảy ra ở phần nào của mạch máy phát.
Về mặt tiếp nhận, tất cả đều phụ thuộc vào việc cách ly tín hiệu được điều chế với tín hiệu nhận được, khuếch đại nó và làm cho nó dễ hiểu (nghe được, nhìn thấy được).

Điều chế biên độ - AM (AM, điều chế biên độ)

Như bạn có thể thấy, với sự điều chế biên độ, mức điện áp dao động Tân sô cao(sóng mang) trực tiếp phụ thuộc vào điện áp đến từ micrô.
Điện áp ở đầu ra micrô tăng và điện áp sóng mang ở đầu ra máy phát cũng tăng, nghĩa là thêm sức mạnhở đầu ra, điện áp từ micro ít hơn, điện áp đầu ra ít hơn. Khi điện áp ở đầu ra micrô ở một vị trí trung tâm nhất định, bộ phát sẽ phát ra một công suất trung tâm nhất định (với điều chế AM ở mức 100% và tắt tiếng trước micrô ở mức công suất 50%).
Độ sâu điều chế AM là mức độ ảnh hưởng của tín hiệu từ micro đến mức công suất đầu ra của máy phát. Nếu độ rung là 30% thì xung điện áp âm mạnh nhất từ ​​micrô sẽ làm giảm mức sóng mang đầu ra xuống 30% công suất tối đa.
Và đây là phổ của tín hiệu điều chế AM (phân bố các thành phần của nó theo tần số):

Ở trung tâm, ở tần số 27175000 Hz, chúng ta có sóng mang và tần số thấp hơn và cao hơn là “dải biên”, nghĩa là tổng tín hiệu sóng mang và tần số âm thanh của tín hiệu kiểm tra của chúng ta:
27175000+1000Hz và 27175000-1000Hz
27175000+3000Hz và 27175000-3000Hz
Tín hiệu âm thanh mang-trừ là dải biên dưới và tín hiệu âm thanh sóng mang cộng là dải biên trên.
Không khó để nhận thấy rằng chỉ một dải biên là đủ để truyền thông tin, dải thứ hai chỉ lặp lại thông tin tương tự nhưng chỉ với dấu hiệu ngược lại, gây lãng phí công suất phát khi phát thông tin trùng lặp này vào không khí.
Nếu bạn loại bỏ sóng mang không chứa bất kỳ thông tin hữu ích nào và một trong các dải biên, bạn sẽ nhận được điều chế SSB (bằng tiếng Nga: OBP) - điều chế với một dải biên và không có sóng mang (điều chế dải biên đơn).

Điều chế SSB (SSB, điều chế dải biên đơn)

Đây là giao diện của SSB ở đầu ra máy phát:

Có thể thấy tín hiệu này không khác nhiều so với điều chế AM. Có thể hiểu, SSB là sự tiếp nối của AM, tức là SSB được tạo ra từ điều chế AM, từ đó tín hiệu được loại bỏ dải biên và sóng mang không cần thiết.
Nếu bạn nhìn vào phổ tín hiệu, bạn sẽ thấy sự khác biệt rõ ràng:

Không có sóng mang hay dải bên trùng lặp (biểu đồ này hiển thị USB, tức là điều chế dải bên đơn, trong đó dải bên trên còn lại, cũng có LSB, đây là khi dải bên dưới còn lại).
Không có sóng mang, không có bên dự phòng - toàn bộ công suất của máy phát chỉ được dùng để truyền thông tin hữu ích.
Không thể nhận được sự điều chế như vậy trên máy thu AM thông thường. Để nhận được, bạn cần khôi phục “điểm xuất phát” - nhà cung cấp dịch vụ. Điều này rất dễ thực hiện - tần số hoạt động của máy phát đã được biết, có nghĩa là bạn chỉ cần thêm sóng mang có cùng tần số và điểm bắt đầu sẽ xuất hiện. Bạn đọc tò mò chắc hẳn đã nhận thấy rằng nếu không biết tần số của máy phát thì điểm xuất phát sẽ không chính xác, chúng ta sẽ thêm sai sóng mang, chúng ta sẽ nghe được gì? Và đồng thời chúng ta sẽ nghe thấy giọng nói của “con bò đực” hoặc “gnome”. Điều này sẽ xảy ra bởi vì máy thu trong loại điều chế này không biết ban đầu chúng ta có tần số nào, cho dù đó là 1000Hz và 3000Hz, hay 2000Hz và 4000Hz, hay 500Hz và 2500Hz - “khoảng cách” giữa các tần số là chính xác, nhưng bắt đầu thay đổi, dẫn đến “tè-tè-tè” hoặc “boo-boo-boo”.

Điều chế CW (điện báo)

Với điện báo, mọi thứ đều đơn giản - đó là tín hiệu điều chế 100% AM, chỉ sắc nét: có tín hiệu ở đầu ra của máy phát hoặc không có tín hiệu. Phím điện báo được nhấn - có tín hiệu, nhả ra - không có gì.
Điện báo trông như thế này trên biểu đồ:

Theo đó, phổ của tín hiệu điện báo:

Nghĩa là tần số sóng mang được điều chế 100% bằng cách nhấn phím điện báo.
Tại sao có 2 vạch trên quang phổ cách xa tín hiệu một chút? tần số trung tâm"và không chỉ một nhà mạng?
Mọi thứ ở đây đều đơn giản: có thể như vậy, điện báo là AM và AM là tổng của tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều chế, vì điện báo (mã Morse) là một chuỗi các lần nhấn phím, đây cũng là những dao động có tần số nhất định, mặc dù thấp so với âm thanh. Chính ở tần số nhấn phím, các dải bên của tín hiệu điện báo sẽ rút đi khỏi sóng mang.
Làm thế nào để truyền đi những tín hiệu như vậy?
Trong trường hợp đơn giản nhất - bằng cách nhấn nút truyền trong khi im lặng trước micrô.
Làm thế nào để nhận được những tín hiệu như vậy?
Để nhận được, bạn cần biến sóng mang xuất hiện trên sóng đúng lúc bằng phím nhấn thành âm thanh. Có nhiều phương pháp, đơn giản nhất là kết nối một mạch với đầu ra của máy dò máy thu AM phát ra tiếng bíp mỗi khi điện áp xuất hiện trên máy dò (tức là, một sóng mang được cung cấp cho máy dò). Một cách phức tạp và hợp lý hơn là trộn tín hiệu đến từ không khí với tín hiệu của bộ tạo (bộ tạo dao động cục bộ) được tích hợp trong bộ thu và cung cấp sự khác biệt trong tín hiệu cho bộ khuếch đại âm thanh. Vậy nếu tần số của tín hiệu trên không trung là 27175000 Hz thì tần số của bộ tạo máy thu là 27174000, thì ở đầu vào của bộ khuếch đại tần số âm thanh tín hiệu sẽ đến 27175000+27174000=54349000Hz và 27175000-27174000=1000Hz, tất nhiên tín hiệu đầu tiên không phải là tín hiệu âm thanh mà là tín hiệu vô tuyến, bộ khuếch đại âm thanh sẽ không khuếch đại nó, nhưng tín hiệu thứ hai, 1000Hz, là tín hiệu đã có thể nghe được âm thanh và nó sẽ khuếch đại nó và chúng ta sẽ nghe thấy “piiiiii”, trong khi có sóng mang trên không và im lặng (tiếng ồn trong không khí) khi không có.
Nhân tiện, khi hai người bắt đầu truyền cùng lúc, tôi nghĩ nhiều người đã nhận thấy hiệu ứng “piiiiii” phát sinh từ việc cộng và trừ các sóng mang trong máy thu. Những gì nghe được là sự khác biệt giữa các tín hiệu sóng mang xuất hiện trong máy thu của chúng ta.

Điều chế FM (FM, điều chế tần số)

Bản chất thực sự của điều chế tần số rất đơn giản: tần số sóng mang thay đổi một chút theo thời gian với điện áp ở đầu ra micrô. Khi điện áp ở micrô tăng thì tần số cũng tăng; khi điện áp ở đầu ra micrô giảm thì tần số sóng mang cũng giảm.
Việc tăng giảm tần số sóng mang xảy ra trong giới hạn nhỏ, ví dụ đối với đài phát thanh CB là cộng/trừ 3000 Hz với tần số sóng mang khoảng 27.000.000 Hz, đối với đài phát thanh FM là cộng/trừ 100.000 Hz.
Tham số điều chế FM - chỉ số điều chế. Tỷ lệ âm thanh của tần số tối đa mà bộ khuếch đại micro của máy phát sẽ truyền đến sự thay đổi tối đa của tần số sóng mang ở âm thanh lớn nhất. Không khó để nhận thấy rằng đối với CB là 1 (hoặc 3000/3000), còn đối với các đài phát sóng FM là khoảng 6 ... 7 (100000/15000).
Với điều chế FM, mức sóng mang (công suất tín hiệu máy phát) luôn không đổi, không thay đổi tùy thuộc vào âm lượng của âm thanh phía trước micrô.
TRONG dạng đồ họa, ở đầu ra của máy phát FM, quá trình điều chế trông như thế này:

Với điều chế FM, cũng như với AM, có cả một sóng mang và hai dải biên ở đầu ra của máy phát, do tần số sóng mang treo lơ lửng cùng lúc với tín hiệu điều chế, di chuyển ra xa tâm:

DSB, DChT, pha và các loại điều chế khác

Công bằng mà nói, cần lưu ý rằng có các loại điều chế sóng mang khác:
DSB - hai dải biên và không có sóng mang. DSB, về cơ bản là điều chế AM trong đó sóng mang đã bị loại bỏ (cắt bỏ, triệt tiêu).
DCT - điện báo tần số kép, trên thực tế, không gì khác hơn là điều chế tần số mà bằng cách nhấn phím điện báo. Ví dụ: một dấu chấm tương ứng với độ dịch chuyển sóng mang 1000 Hz và dấu gạch ngang tương ứng với 1500 Hz.
Điều chế pha - điều chế pha sóng mang. Điều chế tần số ở các chỉ số nhỏ 1-2 về cơ bản là điều chế pha.

Trong một số hệ thống (truyền hình, phát sóng âm thanh nổi FM), việc điều chế sóng mang được thực hiện bởi một sóng mang được điều chế khác và nó đã mang thông tin hữu ích.
Ví dụ: tín hiệu phát sóng âm thanh nổi FM được đơn giản hóa là sóng mang được điều chế điều chế tần số, một tín hiệu mà bản thân nó là sóng mang được điều chế bằng các điều chế DSB, trong đó một dải bên là tín hiệu của kênh bên trái và dải bên còn lại là tín hiệu của kênh âm thanh bên phải.

Các khía cạnh quan trọng của việc nhận và truyền tín hiệu AM, FM và SSB

Vì AM và SSB là các biến điệu trong đó tín hiệu đầu ra của máy phát tỷ lệ thuận với điện áp đến từ micrô nên điều quan trọng là tín hiệu này phải được khuếch đại tuyến tính ở cả phía thu và phía phát. Nghĩa là, nếu bộ khuếch đại khuếch đại 10 lần, thì với điện áp ở đầu vào 1 volt, đầu ra phải là 10 volt và với 17 volt ở đầu vào, đầu ra phải chính xác là 170 volt. Nếu bộ khuếch đại không tuyến tính, nghĩa là ở điện áp đầu vào 1 volt, mức tăng là 10 và ở đầu ra là 10 volt, và ở 17 volt ở đầu vào, mức tăng chỉ là 5 và đầu ra là 85 volt, sau đó biến dạng sẽ xuất hiện - thở khò khè và càu nhàu với âm thanh lớn trước micro. Ngược lại, nếu mức tăng ít hơn đối với số tiền nhỏ tín hiệu đầu vào, sau đó sẽ có tiếng thở khò khè âm thanh yên tĩnh và âm bội khó chịu ngay cả khi lớn (vì khi bắt đầu rung, bất kỳ âm thanh nào cũng đi qua vùng gần bằng 0).
Độ tuyến tính của bộ khuếch đại đối với điều chế SSB đặc biệt quan trọng.

Để cân bằng mức tín hiệu trong máy thu AM và SSB, các thành phần mạch đặc biệt được sử dụng - bộ điều khiển khuếch đại tự động (mạch AGC). Nhiệm vụ của AGC là chọn mức tăng ích của các nút thu sao cho tín hiệu mạnh(từ một phóng viên thân thiết) và yếu đuối (từ một phóng viên ở xa), cuối cùng, hóa ra gần giống nhau. Nếu AGC không được sử dụng, thì các tín hiệu yếu sẽ được phát ra một cách lặng lẽ và các tín hiệu mạnh sẽ xé nát bộ phát âm thanh của máy thu thành từng mảnh, giống như một giọt nicotin xé nát một con chuột đồng. Nếu AGC phản ứng quá nhanh với sự thay đổi về mức độ, thì nó sẽ không chỉ bắt đầu cân bằng mức tín hiệu từ các thiết bị tương ứng ở gần và ở xa mà còn “bóp nghẹt” quá trình điều chế bên trong tín hiệu - giảm mức tăng khi điện áp tăng và tăng nó khi điện áp giảm, giảm tất cả điều chế thành tín hiệu không điều chế.

Điều chế FM không yêu cầu độ tuyến tính đặc biệt của bộ khuếch đại; với điều chế FM, thông tin được truyền đi bằng sự thay đổi tần số và không có biến dạng hoặc giới hạn mức tín hiệu nào có thể thay đổi tần số của tín hiệu. Trên thực tế, trong máy thu FM, phải cài đặt bộ giới hạn mức tín hiệu, vì mức không quan trọng, tần số mới quan trọng và việc thay đổi mức sẽ chỉ cản trở việc làm nổi bật các thay đổi tần số và biến sóng mang FM thành âm thanh của tín hiệu với mà nó được điều chế.
Nhân tiện, chính xác là vì trong máy thu FM, tất cả các tín hiệu đều bị hạn chế, nghĩa là nhiễu yếu có mức gần như tương đương với tín hiệu hữu ích mạnh, trong trường hợp không có tín hiệu FM, máy dò (bộ giải điều chế) sẽ tạo ra rất nhiều nhiễu - nó cố gắng để làm nổi bật sự thay đổi tần số của tiếng ồn ở đầu vào của máy thu và tiếng ồn của chính máy thu, đồng thời trong tiếng ồn sự thay đổi tần số rất lớn và ngẫu nhiên nên người ta nghe thấy những âm thanh mạnh ngẫu nhiên: tiếng ồn lớn.
Trong bộ thu AM và SSB, sẽ có ít nhiễu hơn khi không có tín hiệu, vì bản thân nhiễu của bộ thu vẫn ở mức thấp và nhiễu ở đầu vào ở mức thấp so với tín hiệu hữu ích, còn đối với AM và SSB thì điều đó là mức độ quan trọng.

Đối với điện báo, tính tuyến tính cũng không quan trọng lắm, ở đó, thông tin được truyền tải bởi chính sự hiện diện hay vắng mặt của sóng mang và mức độ của nó chỉ là tham số phụ.

FM, AM và SSB bằng tai

Trong tín hiệu AM và SSB, nhiễu xung dễ nhận thấy hơn nhiều, chẳng hạn như âm thanh tanh tách khi đánh lửa ô tô bị lỗi, tiếng click của tia sét hoặc tiếng ầm ầm từ bộ chuyển đổi điện áp xung.
Làm sao tín hiệu yếu hơn, công suất càng thấp thì âm thanh ở đầu ra máy thu càng êm và càng mạnh thì càng to. Mặc dù AGC thực hiện công việc của mình bằng cách cân bằng mức tín hiệu nhưng khả năng của nó không phải là vô tận.
Đối với điều chế SSB, hầu như không thể sử dụng bộ khử tiếng ồn và thường hiểu được khi nào đối tác khác đã giải phóng đường truyền, vì khi có sự im lặng trước micrô trong SSB, bộ phát không phát ra bất cứ thứ gì vào không khí - có không có sóng mang và nếu có sự im lặng phía trước micrô thì không có dải biên.

Tín hiệu FM ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu xung, nhưng mức nhiễu cao của máy dò FM khiến bạn không thể chịu đựng được khi ngồi mà không có tín hiệu. Mỗi lần tắt đường truyền của đối tác trong máy thu, nó sẽ kèm theo một hiện tượng “gặp sự cố” đặc trưng - máy dò đã bắt đầu chuyển tiếng ồn thành âm thanh, nhưng bộ khử tiếng ồn vẫn chưa đóng.

Nếu bạn nghe máy thu AM trên máy thu FM hoặc ngược lại, bạn sẽ nghe thấy tiếng càu nhàu, nhưng bạn vẫn có thể hiểu họ đang nói về điều gì. Nếu bạn nghe SSB trên máy thu FM hoặc AM, bạn sẽ chỉ nhận được một mớ âm thanh lộn xộn “oink-zhu-zhu-bzhu” và hoàn toàn không dễ hiểu.
Trên bộ thu SSB, bạn hoàn toàn có thể nghe CW (điện báo), AM và, với một số biến dạng, FM với chỉ số điều chế thấp.

Nếu hai hoặc nhiều đài phát thanh AM hoặc FM có cùng tần số được bật cùng lúc, thì bạn sẽ nhận được một mớ hỗn độn các sóng mang, một loại tiếng rít và rít mà bạn không thể phát hiện ra bất cứ điều gì.
Nếu hai hoặc nhiều bộ phát SSB bật ở cùng tần số thì tất cả những người nói sẽ được nghe thấy trong bộ thu, vì SSB không có sóng mang và không có gì để đánh (trộn cho đến khi phát ra tiếng huýt sáo). Bạn có thể nghe thấy mọi người, như thể mọi người đang ngồi trong cùng một phòng và bắt đầu nói chuyện cùng một lúc.

Nếu trong AM hoặc FM, tần số máy thu không khớp chính xác với tần số máy phát, thì âm thanh lớn sẽ xuất hiện hiện tượng méo tiếng và "thở khò khè".
Nếu tần số của bộ phát SSB thay đổi theo thời gian với mức tín hiệu (ví dụ: thiết bị không có đủ nguồn), thì có thể nghe thấy tiếng rè rè trong giọng nói. Nếu tần số của máy thu hoặc máy phát nổi thì âm thanh sẽ nổi theo tần số, sau đó “lầm bầm”, rồi “chirp”.

Hiệu suất của các loại điều chế - AM, FM và SSB

Về mặt lý thuyết, tôi nhấn mạnh - về mặt lý thuyết, với công suất máy phát bằng nhau, phạm vi liên lạc sẽ phụ thuộc vào loại điều chế như sau:
AM = Khoảng cách * 1
World Cup = Khoảng cách * 1
SSB = Khoảng cách * 2
Theo lý thuyết tương tự, về mặt năng lượng, SSB hoạt động tốt hơn AM gấp 4 lần về công suất hoặc 2 lần về điện áp. Độ lợi xuất hiện do thực tế là công suất máy phát không được dùng vào việc phát ra sóng mang vô dụng và sao chép thông tin của dải biên thứ hai một cách lãng phí.
Trong thực tế, mức tăng ích ít hơn vì não người không quen nghe thấy tiếng ồn của không khí trong các khoảng dừng giữa những âm thanh lớn và mức độ dễ đọc bị ảnh hưởng phần nào.
FM cũng được điều chế “một cách đáng ngạc nhiên” - một số cuốn sách thông minh nói rằng AM và FM không tốt hơn nhau, và thậm chí FM còn tệ hơn, những cuốn khác cho rằng với chỉ số điều chế thấp (và đây là các đài phát thanh CB và nghiệp dư) FM hoạt động tốt hơn sáng 1,5 lần. Trên thực tế, theo ý kiến ​​chủ quan của tác giả, FM “mạnh” hơn AM khoảng 1,5 lần, chủ yếu là do FM ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu xung và dao động mức tín hiệu.

Thiết bị AM, FM và SSB về độ phức tạp và khả năng chuyển đổi của cái này sang cái khác

Thiết bị phức tạp nhất là SSB.
Trên thực tế, thiết bị SSB có thể dễ dàng hoạt động ở chế độ AM hoặc FM sau khi sửa đổi không đáng kể.
Hầu như không thể chuyển đổi bộ thu phát AM hoặc FM sang SSB (bạn sẽ cần đưa rất nhiều thành phần bổ sung vào mạch và làm lại hoàn toàn bộ phát).
Từ tác giả: cá nhân tôi, việc chuyển đổi thiết bị AM hoặc FM thành SSB dường như hoàn toàn điên rồ.
Tôi đã lắp ráp thiết bị SSB từ đầu chứ không phải để chuyển AM hay FM thành SSB.

Khó thứ hai là bộ máy FM.
Trên thực tế, thiết bị FM đã chứa trong bộ thu mọi thứ cần thiết để phát hiện tín hiệu AM, vì nó cũng có AGC ( điều chỉnh tự động khuếch đại) và do đó là một máy dò mức sóng mang thu được, về cơ bản là một máy thu AM chính thức, chỉ hoạt động ở đâu đó bên trong (bộ khử nhiễu ngưỡng cũng hoạt động từ phần này của mạch).
Sẽ khó khăn hơn với máy phát vì hầu như tất cả các giai đoạn của nó đều hoạt động ở chế độ phi tuyến tính.
Từ tác giả: có thể làm lại, nhưng không bao giờ có nhu cầu.

Thiết bị AM là đơn giản nhất.
Để chuyển đổi bộ thu AM thành FM, bạn sẽ cần giới thiệu các thành phần mới - bộ giới hạn và bộ dò FM. Trên thực tế, bộ giới hạn và bộ dò FM là 1 vi mạch và một số bộ phận.
Việc chuyển đổi bộ phát AM sang FM đơn giản hơn nhiều, vì bạn chỉ cần đưa vào một chuỗi dây chuyền sẽ “kết nối” tần số sóng mang đúng lúc với điện áp đến từ micrô.
Lời tác giả: Tôi đã chuyển đổi bộ thu phát AM sang AM/FM một vài lần, đặc biệt là các đài phát thanh CB “Cobra 23 plus” và “Cobra 19 plus”.

Đối mặt với Cuộc sống hàng ngày Với những khái niệm mới, nhiều người cố gắng tìm câu trả lời cho câu hỏi của mình. Đây là lý do tại sao cần phải mô tả bất kỳ hiện tượng nào. Một trong số đó là khái niệm như điều chế. Điều này sẽ được thảo luận thêm.

mô tả chung

Điều chế là quá trình thay đổi một hoặc toàn bộ các thông số rung động tần số cao phù hợp với quy luật thông điệp tần số thấp. Kết quả của việc này là sự chuyển phổ của tín hiệu điều khiển sang vùng tần số cao, vì việc phát sóng hiệu quả vào không gian đòi hỏi tất cả các thiết bị thu và phát hoạt động ở tốc độ tần số khác nhau mà không làm gián đoạn nhau. Nhờ quá trình này, các rung động thông tin được đặt trên một vật mang được biết đến một cách tiên nghiệm. Tín hiệu điều khiển chứa thông tin được truyền đi. Rung động tần số cao đóng vai trò là vật mang thông tin, do đó nó có được trạng thái của vật mang thông tin. Tín hiệu điều khiển chứa dữ liệu được truyền đi. Hiện hữu các loại khác nhauđiều chế, phụ thuộc vào dạng rung được sử dụng: hình chữ nhật, hình tam giác hoặc một số dạng khác. Với tín hiệu rời rạc, người ta thường nói đến thao tác. Vì vậy, điều chế là một quá trình bao gồm các dao động, vì vậy nó có thể là tần số, biên độ, pha, v.v.

Đẳng cấp

Bây giờ chúng ta có thể xem xét loại hiện tượng này tồn tại. Về cơ bản, điều chế là một quá trình trong đó sóng tần số thấp được truyền sang sóng tần số cao. Thường được sử dụng nhất các loại sau: tần số, biên độ và pha. Khi tần số thay đổi thì biên độ thay đổi thì biên độ thay đổi, khi pha thay đổi thì pha thay đổi. Ngoài ra còn có loại hỗn hợp. Điều chế và sửa đổi xung là các loại riêng biệt. Trong trường hợp này, các thông số dao động tần số cao thay đổi một cách rời rạc.

điều chế biên độ

Trong các hệ thống có kiểu thay đổi này, biên độ của sóng mang có tần số cao được thay đổi bằng sóng điều chế. Ở đầu ra, không chỉ tần số đầu vào được phát hiện mà còn cả tổng và chênh lệch của chúng. Trong trường hợp này, nếu điều chế là một sóng phức tạp, chẳng hạn như tín hiệu giọng nói bao gồm nhiều tần số, thì tổng và hiệu của các tần số sẽ yêu cầu hai dải, một dải ở dưới sóng mang và dải kia ở trên. Chúng được gọi là bên: trên và dưới. Đầu tiên là bản sao của bản gốc được dịch chuyển bởi tần số nhất định. Dải dưới là bản sao của tín hiệu gốc đã bị đảo ngược, nghĩa là tần số cao ban đầu là tần số thấp hơn trong dải bên dưới.

Thành bên dưới là hình ảnh phản chiếu của thành bên trên so với tần số sóng mang. Một hệ thống sử dụng điều chế biên độ, truyền sóng mang và cả hai dải biên, được gọi là hai chiều. Sóng mang không chứa thông tin hữu ích nên có thể loại bỏ nhưng trong mọi trường hợp, băng thông tín hiệu sẽ lớn gấp đôi băng thông ban đầu. Việc thu hẹp băng tần đạt được bằng cách dịch chuyển không chỉ sóng mang mà còn cả một trong các dải biên vì chúng chứa cùng một thông tin. Loại này được gọi là điều chế sóng mang bị triệt tiêu dải biên đơn.

giải điều chế

Quá trình này yêu cầu trộn tín hiệu đã điều chế với sóng mang có cùng tần số với tần số phát ra từ bộ điều biến. Sau đó, tín hiệu gốc thu được dưới dạng tần số hoặc dải tần riêng biệt, sau đó được lọc từ các tín hiệu khác. Đôi khi sóng mang để giải điều chế được tạo cục bộ, nhưng nó không phải lúc nào cũng trùng với tần số sóng mang trên chính bộ điều chế. Do sự khác biệt nhỏ giữa các tần số nên xuất hiện sự không khớp, điều này thường xảy ra ở các mạch điện thoại.

TRONG trong trường hợp này sử dụng tín hiệu băng cơ sở kỹ thuật số, nghĩa là nó cho phép mã hóa nhiều hơn một bit trên mỗi baud bằng cách mã hóa tín hiệu dữ liệu nhị phân thành tín hiệu có nhiều cấp độ. Các bit của tín hiệu nhị phân đôi khi được chia thành từng cặp. Đối với một cặp bit, có thể sử dụng bốn kết hợp, trong đó mỗi cặp được biểu thị bằng một trong bốn mức biên độ. Tín hiệu được mã hóa này có đặc điểm là tốc độ truyền điều chế bằng một nửa so với tín hiệu dữ liệu gốc nên có thể được sử dụng để điều chế biên độ theo cách thông thường. Nó tìm thấy ứng dụng của nó trong truyền thông vô tuyến.

điều chế tần số

Các hệ thống điều chế như vậy giả định rằng tần số sóng mang sẽ thay đổi theo hình dạng của tín hiệu điều chế. Loại này vượt trội hơn biên độ về khả năng chống lại các ảnh hưởng nhất định hiện có trên mạng điện thoại, vì vậy nó nên được sử dụng trên tốc độ thấp, nơi không cần sử dụng băng tần lớn.

Điều chế biên độ pha

Để tăng số bit trên mỗi baud, bạn có thể kết hợp điều chế pha và biên độ.

Là một trong những phương pháp hiện đạiĐiều chế biên độ pha có thể được gọi là điều chế dựa trên việc truyền nhiều sóng mang. Ví dụ: một ứng dụng sử dụng 48 sóng mang được phân tách bằng băng thông 45 Hz. Bằng cách kết hợp điều chế biên độ và pha, mỗi sóng mang được phân bổ tối đa 32 trạng thái riêng biệt trên mỗi chu kỳ baud, cho phép mang 5 bit trên mỗi baud. Hóa ra toàn bộ bộ này cho phép bạn truyền 240 bit mỗi baud. Khi hoạt động ở tốc độ 9600 bps, tốc độ điều chế chỉ cần 40 baud. Con số thấp như vậy có khả năng chịu được biên độ và nhảy pha vốn có trong mạng điện thoại.

Điều chế xung mã

Loại này thường được coi là một hệ thống phát sóng, ví dụ như giọng nói trong hình thức kỹ thuật số. Kỹ thuật điều chế này không được sử dụng trong modem. Điều này liên quan đến việc điều chỉnh tín hiệu tương tự ở tốc độ gấp đôi thành phần tần số cao nhất của tín hiệu ở dạng tương tự. Khi sử dụng các hệ thống như vậy trên mạng điện thoại gating xảy ra 8000 lần mỗi giây. Mỗi mẫu là một mức điện áp được mã hóa bằng mã 7 bit. ĐẾN cách tốt nhấtđại diện sử dụng mã hóa logarit. Bảy bit cùng với bit thứ tám, biểu thị sự hiện diện của tín hiệu, tạo thành một octet.

Để tái tạo lại tín hiệu thông báo, cần phải điều chế và phát hiện, nghĩa là quá trình ngược lại. Trong trường hợp này, tín hiệu được chuyển đổi theo cách phi tuyến. Các phần tử phi tuyến làm phong phú phổ tín hiệu đầu ra bằng các thành phần phổ mới và các bộ lọc được sử dụng để làm nổi bật các thành phần tần số thấp. Việc điều chế và phát hiện có thể được thực hiện bằng cách sử dụng điốt chân không, bóng bán dẫn, điốt bán dẫn làm phần tử phi tuyến. Theo truyền thống, điốt bán dẫn loại điểm được sử dụng vì điốt phẳng có điện dung đầu vào lớn hơn đáng kể.

Quan điểm hiện đại

Điều chế số cung cấp khả năng thông tin lớn hơn nhiều và khả năng tương thích với nhiều dịch vụ dữ liệu số. Ngoài ra, với sự trợ giúp của nó, tính bảo mật của thông tin được tăng lên, chất lượng của hệ thống thông tin liên lạc được cải thiện và khả năng truy cập vào chúng được tăng tốc.

Có một số hạn chế mà các nhà phát triển bất kỳ hệ thống nào cũng phải đối mặt: công suất và băng thông tần số cho phép, mức nhiễu nhất định của hệ thống liên lạc. Mỗi ngày, số lượng người dùng hệ thống thông tin liên lạc tăng lên cũng như nhu cầu về chúng, điều này đòi hỏi phải tăng tài nguyên vô tuyến. Điều chế kỹ thuật số khác biệt đáng kể so với điều chế tương tự ở chỗ sóng mang trong nó truyền một lượng lớn thông tin.

Khó khăn khi sử dụng

Các nhà phát triển hệ thống liên lạc vô tuyến kỹ thuật số phải đối mặt với nhiệm vụ chính sau - tìm ra sự dung hòa giữa băng thông truyền dữ liệu và độ phức tạp của hệ thống trong về mặt kỹ thuật. Đối với điều này, nó là thích hợp để sử dụng phương pháp khác nhauđiều chế để có được kết quả cần thiết. Liên lạc vô tuyến có thể được tổ chức bằng cách sử dụng các mạch phát và thu đơn giản nhất, nhưng để liên lạc như vậy, phổ tần tỷ lệ với số lượng người dùng sẽ được sử dụng. Các máy thu và máy phát phức tạp hơn cần ít băng thông hơn để truyền cùng một lượng thông tin. Để chuyển sang các phương pháp truyền hiệu quả quang phổ, cần phải làm phức tạp thiết bị cho phù hợp. Vấn đề này không phụ thuộc vào loại kết nối.

Tùy chọn thay thế

Điều chế độ rộng xung được đặc trưng bởi thực tế là tín hiệu sóng mang của nó là một chuỗi các xung, trong khi tần số xung không đổi. Những thay đổi chỉ liên quan đến thời lượng của mỗi xung theo tín hiệu điều chế.

Điều chế độ rộng xung khác với điều chế pha tần số. Cái sau liên quan đến việc điều chỉnh tín hiệu ở dạng hình sin. Nó được đặc trưng bởi biên độ không đổi và tần số hoặc pha thay đổi. Tín hiệu xung cũng có thể được điều chế theo tần số. Thời lượng của các xung có thể cố định và tần số của chúng nằm trong một phạm vi nhất định, nhưng giá trị tức thời của chúng sẽ thay đổi tùy thuộc vào tín hiệu điều chế.

kết luận

Có thể được sử dụng các loại đơn giảnđiều chế, trong đó chỉ có một tham số sẽ thay đổi theo thông tin điều chế. Sơ đồ điều chế kết hợp được sử dụng trong thiết bị hiện đạiđối với hoạt động liên lạc, đây là khi có sự thay đổi đồng thời cả về biên độ và pha của sóng mang. TRONG hệ thống hiện đại nhiều sóng mang con có thể được sử dụng, mỗi sóng mang con sử dụng phương pháp điều chế loại nhất định. Trong trường hợp này Chúng ta đang nói về về sơ đồ điều chế tín hiệu. Thuật ngữ này cũng được sử dụng cho các chế độ xem đa cấp phức tạp, khi cần có thông tin bổ sung để có thông tin toàn diện.

Các hệ thống truyền thông hiện đại sử dụng các loại điều chế hiệu quả nhất, từ đó giảm thiểu băng thông để giải phóng không gian tần số cho các loại tín hiệu khác. Chất lượng liên lạc chỉ được hưởng lợi từ điều này, nhưng độ phức tạp của thiết bị trong trường hợp này hóa ra là rất cao. Cuối cùng, tần số điều chế cho kết quả rõ ràng người dùng cuối chỉ về mặt dễ sử dụng các phương tiện kỹ thuật.

Các loại điều chế tương tự

trong đó A 0 ,ω 0 = 2πf 0 , lần lượt là biên độ, tần số góc và pha ban đầu của sóng mang; k = A m /A 0 - hệ số tỷ lệ giữa tín hiệu điều chế và sự thay đổi biên độ của hệ số dao động AM hoặc hệ số điều chế; Một t Ω= 2πF φ- biên độ, tần số góc và pha ban đầu của dao động điều chế; t- thời gian.

Trong bộ lễ phục. Hình 5.2 biểu diễn đồ thị dao động AM theo thời gian, cho thấy đường bao có dạng dao động điều chế điều hòa.

Biểu thức (5.1) có thể chuyển về dạng (để đơn giản, bỏ qua các pha ban đầu)

Mẫu này ghi chép cho thấy trong phổ dao động điều chế, ngoài sóng mang còn có hai thành phần bên có biên độ tỉ lệ với hệ số điều chế và có tần số trên và dưới sóng mang tại tần số điều chế Ω = 2πF (Hình 5.3). Độ rộng phổ của tín hiệu AM như vậy

Nếu dao động điều chế tần số thấp phức tạp, thì phổ của dao động điều chế sẽ chứa, ngoài sóng mang, hai dải biên - trên và dưới. Chúng biểu thị phổ của tín hiệu điều chế được truyền tới vùng tần số sóng mang mà không thay đổi và có đảo ngược tương ứng. Để xác định toàn bộ độ rộng của phổ dao động AM trong trường hợp này, hãy thay tần số cực đại của phổ dao động điều chế vào (5.3).

Sơ đồ vectơ của tín hiệu điều chế rất rõ ràng (Hình 5.4). Dao động điều hòa sóng mang được biểu diễn bằng vectơ


Cơm. Đồ thị dao động 5.2 AM Hình 5.3 Phổ dao động AM

quay ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ không đổi ω 0 radian trên giây. Lần lượt, các thành phần bên được biểu thị bằng các vectơ /2 và /2, đối xứng với vectơ đầu tiên và cố định ở đầu của nó. Họ

quay ngược chiều kim đồng hồ và theo chiều kim đồng hồ với tốc độ điều chế góc Ω, di chuyển cùng với vectơ sóng mang. Vectơ thu được của dao động điều biến thay đổi độ dài tùy thuộc vào vị trí của hai vectơ đối xứng; tần số quay của nó không đổi.

Công suất dao động AM phụ thuộc vào độ sâu điều chế. Công suất tần số sóng mang là không đổi và tỷ lệ thuận. Công suất của mỗi thành phần bên tỷ lệ thuận với bình phương biên độ của nó, tức là giá trị.

Ở mức điều chế sâu nhất (k=1), công suất dao động AM ( bằng tổng công suất của cả ba thành phần) chỉ cao hơn một lần rưỡi so với công suất dao động không điều chế. Trong thực tế, giá trị trung bình của hệ số điều chế biên độ không vượt quá 0,5 nhằm giảm khả năng điều chế quá mức ở các giá trị cực đại của hàm điều chế.

Để tăng hiệu suất và công dụng của máy phát cũng như tiết kiệm dải tần bị chiếm bởi tín hiệu điều chế, không phải toàn bộ phổ mà có thể truyền đi một dải biên của sóng AM. Trong trường hợp này, sóng mang và phía bên kia bị triệt tiêu. Điều chế này được gọi là dải biên đơn AM (SSBAM). Cần lưu ý rằng theo nghĩa chặt chẽ, đây sẽ là một dao động có sự điều chế biên độ-pha phức tạp.

Các loại điều chế biên độ sau đây được phân biệt:

AM hai chiều (Dải biên đôi - DSB);

Sóng mang bị triệt tiêu băng tần kép (DSBSC);

Dải biên đơn AM;

Sóng mang bị ức chế dải biên đơn (SSBSC) AM với các tùy chọn Dải biên dưới và Dải biên trên (LSB) và Dải biên trên (USB);

AM với một trong các dải bên bị triệt tiêu một phần (Vestigal Sideband - VSB);

AM với hai dải biên độc lập (Independent Single Sideband - ISSB).

Một cách khác để tăng hiệu suất của AM là sử dụng AM động (DAM), trong đó công suất sóng mang được điều chỉnh tùy thuộc vào biên độ của dao động điều chế.

điều chế biên độ và các biến thể của nó đã được ứng dụng chủ yếu trong phát thanh và truyền hình. Trong băng tần DV và MW, AM hai băng tần được sử dụng, ở băng tần HF và VHF, AM đơn băng tần được sử dụng. Trong phạm vi VHF, hệ thống TV sử dụng AM với một dải biên bị triệt tiêu một phần để truyền tín hiệu hình ảnh (thành phần độ sáng) và truyền tín hiệu chênh lệch màu trong hệ thống PAL_ và NTSC, một loại điều chế cân bằng, được gọi là AM cầu phương, Được sử dụng. Nguyên lý của AM OBP được sử dụng để tạo thành các nhóm kênh trong hệ thống truyền thông đa kênh với kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số. Bên cạnh đó, loại nàyđiều chế được sử dụng trong các hệ thống Truyền thông di động và để liên lạc với máy bay (118...136 MHz).

Điều chế tần số (FM) là trương hợp đặc biệtđiều chế góc Trong FM, tham số thay đổi là tần số sóng mang, tức là tại mỗi thời điểm độ lệch của nó so với giá trị danh định tỷ lệ thuận với mức tín hiệu điều chế. Trong trường hợp dao động điều chế điều hòa, tần số tức thời

trong đó là biên độ của độ lệch tần số sóng mang so với độ lệch tần số danh nghĩa hoặc tần số.

Tổng pha tức thời có liên quan đến tần số tức thời của nó thông qua tích phân

Kích cỡ

gọi là chỉ số điều chế tần số. Đối với tín hiệu điều chế phức trong (5.6), chúng ta thay thế tần số tối đa quang phổ của nó. Biểu thức phân tích cho tín hiệu FM U(t) được viết như sau:


Cơm. Đồ thị dao động FM 5.5 Hình 2. Phổ tín hiệu FM 5.6

Đồ thị tín hiệu FM được hiển thị trong Hình. 5.5.

Phổ của dao động FM điều chế một âm có thể thu được bằng cách biểu diễn dao động (5.7) dưới dạng chuỗi lượng giác vô hạn

đâu là hàm Bessel đặc biệt cấp n của đối số x. Đối với một đối số cố định, hàm Bessel giảm theo thứ tự tăng dần giá trị tuyệt đối và tại t > p có giá trị nhỏ. Do đó, trong thực tế, chúng ta bị giới hạn trong việc xem xét một số lượng hữu hạn các thành phần phổ.

Phổ dao động FM khi được điều chế bằng tín hiệu hài được thể hiện trong hình 2. 5.6.

Có băng thông rộng T() và băng thông hẹp T() điều chế tần số. Trong trường hợp đầu tiên, theo quy định, các thành phần có số sẽ được tính đến N. Điều này tương ứng với độ rộng của phổ FM trong quá trình điều chế sóng hài, trong đó 99% năng lượng tín hiệu được tập trung.

Đối với chỉ số FM nhỏ (từ 1 đến 2,5), bạn nên sử dụng

công thức

Ngoài dải này, biên độ của các thành phần nhỏ hơn 100 lần biên độ của sóng mang không điều chế

Tại T Dao động FM (5.7) được mô tả gần đúng là

những thứ kia. chúng ta có thể giả sử rằng phổ của tín hiệu được điều chế tần số như vậy chỉ chứa sóng mang và hai thành phần bên cách nhau bởi tần số điều chế. Tuy nhiên, không giống như điều chế biên độ, thành phần bên thứ hai có độ lệch pha π radian.

Biểu đồ vectơ trong trường hợp này có dạng như trong Hình 2. 5.7. Không giống như dao động AM, tổng các vectơ của dao động ngang vuông góc với vectơ dao động của sóng mang, dẫn đến sự tăng tốc và giảm tốc độ quay của vectơ thu được. Độ dài của vectơ này, biểu thị biên độ của dao động điều chế, thay đổi một chút do các phép tính gần đúng được thực hiện. TRONG trường hợp chung một số lượng vectơ lớn hơn sẽ được thêm vào và phần cuối của vectơ kết quả, khi nó dao động, sẽ di chuyển dọc theo một cung tròn, tức là. độ dài của vectơ kết quả sẽ không thay đổi.

Vì phổ của tín hiệu FM rộng hơn so với AM nên khả năng chống nhiễu của cách điều chế đó cao hơn. FM được sử dụng vì băng thông rộng của nó, chủ yếu ở dải đo mét và bước sóng ngắn hơn. FM băng thông hẹp (Narrow Frequency Modulation - NFM) được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động, băng rộng (Wide Frequency Modulation - WFM) trong phát thanh, truyền hình. Trong phát sóng âm thanh nổi, tín hiệu băng cơ sở chứa sóng mang phụ được điều chế bổ sung tùy thuộc vào tiêu chuẩn phát sóng. Ngoài ra, FM được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vệ tinh và rơle vô tuyến, việc điều chế sóng mang được thực hiện với tín hiệu nhóm băng thông rộng, nhưng hiện nay, các tín hiệu như vậy thực tế đã được thay thế bằng tín hiệu số.

Trong radar, FM được sử dụng làm xung nội trong các biến thể của FM tuyến tính, đối xứng, ngoằn ngoèo, v.v.

Điều chế pha (PM) cũng là trường hợp đặc biệt của điều chế góc. Dao động điều chế tần số được thảo luận ở trên được điều chế pha đồng thời. Tuy nhiên, với điều chế pha, sự thay đổi pha chứ không phải tần số phải trùng với quy luật thay đổi của dao động điều chế.Trong trường hợp dao động điều chế hình sin, biểu diễn phân tích của dao động FM có dạng

đâu là biên độ của độ lệch pha (độ lệch).

Khi thực hiện điều chế góc với tín hiệu điều hòa, có thể phân biệt điều chế tần số với điều chế pha chỉ bằng cách so sánh sự thay đổi pha tức thời của dao động điều chế với quy luật thay đổi điện áp điều chế.

So sánh (5.7) và (5.12) cho thấy chỉ số điều chế tần số bị ảnh hưởng bởi biên độ lệch pha, đo bằng radian. Tuy nhiên, với các module tần số, chỉ số điều chế tỷ lệ nghịch với tần số điều chế, còn với các module pha thì độ lệch pha là cố định và không phụ thuộc vào tần số điều chế.

Phổ điều chế pha rung động điều hòa tín hiệu sẽ giống như tín hiệu được điều chế tần số nếu các chỉ số điều chế giống nhau. Khi phổ của tín hiệu FM sẽ chứa một sóng mang và hai thành phần bên, cách sóng mang một tần số điều chế. Sự khác biệt duy nhất so với phổ tín hiệu AM là các thành phần bên cạnh bị lệch pha 90°.

Ở các chỉ số điều chế lớn, độ rộng phổ của tín hiệu FM phải được tính toán bằng các công thức dành cho tín hiệu FM. Độ rộng của phổ trong cả hai trường hợp được xác định bởi độ lệch tần số. Nhưng cần lưu ý rằng khi tăng tần số điều chế của tín hiệu FM, độ rộng phổ sẽ giữ nguyên với số lượng thành phần phổ nhỏ hơn và với PM, độ rộng phổ sẽ tăng theo số lượng không đổi của các thành phần này.

Sơ đồ vector FM không khác gì sơ đồ vector Cúp thế giới Bạn chỉ cần lưu ý rằng PM được xác định bởi độ lệch góc của vectơ kết quả so với vị trí của vectơ tần số sóng mang và FM được xác định bởi tốc độ của độ lệch này, tức là. đạo hàm của pha theo thời gian. Điều chế pha được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống định vị vô tuyến.

Chúng tôi tiếp tục loạt bài giáo dục phổ thông với tiêu đề chung “Lý thuyết về sóng vô tuyến”.
Ở các bài trước chúng ta đã làm quen với sóng vô tuyến và ăng-ten:

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về điều chế tín hiệu vô tuyến.

Trong khuôn khổ bài viết này, các loại điều chế tương tự sau đây sẽ được xem xét:

  • điều chế biên độ
  • Điều chế biên độ với một dải biên
  • điều chế tần số
  • Điều chế tần số tuyến tính
  • Điều chế pha
  • Điều chế pha vi sai
điều chế biên độ
Với điều chế biên độ, đường bao biên độ của dao động sóng mang thay đổi theo quy luật trùng với quy luật tin nhắn được truyền đi. Tần số và pha của dao động sóng mang không thay đổi.

Một trong những thông số chính của AM là hệ số điều chế (M).
Hệ số điều chế là tỷ số giữa chênh lệch giữa giá trị cực đại và giá trị tối thiểu biên độ của tín hiệu điều chế bằng tổng các giá trị này (%).
Nói một cách đơn giản, hệ số này cho thấy biên độ dao động của sóng mang mạnh đến mức nào trong khoảnh khắc này lệch khỏi giá trị trung bình.
Khi hệ số điều chế lớn hơn 1, hiệu ứng điều chế quá mức sẽ xảy ra, dẫn đến méo tín hiệu.

Phổ AM

Phổ này là đặc trưng của dao động điều chế có tần số không đổi.

Trên biểu đồ, trục X biểu thị tần số và trục Y biểu thị biên độ.
Đối với AM, ngoài biên độ của tần số cơ bản nằm ở trung tâm, các giá trị biên độ ở bên phải và bên trái của tần số sóng mang cũng được trình bày. Đây được gọi là sọc bên trái và bên phải. Chúng cách tần số sóng mang một khoảng bằng tần sốđiều chế.
Khoảng cách từ dải bên trái tới dải bên phải được gọi là độ rộng phổ.
Trong trường hợp bình thường, với hệ số điều chế<=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.
Thông tin hữu ích chỉ được chứa ở dải phía trên hoặc phía dưới của quang phổ. Thành phần quang phổ chính, sóng mang, không mang thông tin hữu ích. Công suất phát trong quá trình điều chế biên độ chủ yếu được dùng để “làm nóng không khí”, do thiếu nội dung thông tin của thành phần cơ bản nhất của phổ.

Điều chế biên độ dải biên đơn

Do điều chế biên độ cổ điển không hiệu quả, điều chế biên độ dải biên đơn đã được phát minh.
Bản chất của nó là loại bỏ sóng mang và một trong các dải biên khỏi phổ, trong khi tất cả thông tin cần thiết được truyền qua dải biên còn lại.

Nhưng ở dạng thuần túy, loại hình này không bắt nguồn từ việc phát sóng trên đài phát thanh gia đình, bởi vì Ở máy thu, sóng mang phải được tổng hợp với độ chính xác rất cao. Được sử dụng trong các thiết bị nén và đài phát thanh nghiệp dư.
Trong phát sóng vô tuyến, AM với một dải biên và sóng mang bị triệt tiêu một phần thường được sử dụng nhiều hơn:

Với cách điều chế này, tỷ lệ chất lượng/hiệu quả đạt được tốt nhất.

điều chế tần số

Một loại điều chế tương tự trong đó tần số sóng mang thay đổi theo quy luật điều chế tín hiệu tần số thấp. Biên độ không đổi.

a) - tần số sóng mang, b) tín hiệu điều chế, c) kết quả điều chế

Độ lệch tần số lớn nhất so với giá trị trung bình được gọi là sự lệch lạc.
Lý tưởng nhất là độ lệch phải tỷ lệ thuận với biên độ của dao động điều biến.

Phổ điều chế tần số trông như thế này:

Nó bao gồm một sóng mang và các sóng hài dải biên đối xứng tụt lại phía sau nó về bên phải và bên trái, ở tần số là bội số của tần số của dao động điều biến.
Quang phổ này đại diện cho một dao động điều hòa. Trong trường hợp điều chế thực, phổ có hình dạng phức tạp hơn.
Có điều chế FM băng thông rộng và băng thông hẹp.
Trong băng thông rộng, phổ tần số vượt quá đáng kể tần số của tín hiệu điều chế. Được sử dụng trong phát sóng đài FM.
Các đài phát thanh chủ yếu sử dụng điều chế FM băng thông hẹp, yêu cầu điều chỉnh máy thu chính xác hơn và do đó, được bảo vệ khỏi nhiễu tốt hơn.
Phổ FM băng thông rộng và băng thông hẹp được trình bày dưới đây

Phổ của FM băng hẹp giống như sự điều chế biên độ, nhưng khi bạn xem xét pha của các dải biên, những sóng này dường như có biên độ không đổi và tần số thay đổi, thay vì tần số không đổi và biên độ thay đổi (AM). Với FM băng rộng, biên độ sóng mang có thể rất nhỏ, mang lại hiệu suất FM cao; điều này có nghĩa là hầu hết năng lượng truyền đi được chứa ở các tần số bên mang thông tin.

Ưu điểm chính của FM so với AM là hiệu quả sử dụng năng lượng và khả năng chống ồn.

Điều chế tần số tuyến tính là một loại FM.
Bản chất của nó nằm ở chỗ tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi theo quy luật tuyến tính.

Ý nghĩa thực tế của tín hiệu điều chế tần số tuyến tính (chirp) nằm ở khả năng nén tín hiệu đáng kể trong quá trình thu với sự gia tăng biên độ của nó trên mức nhiễu.
Tiếng kêu được sử dụng trong radar.

Điều chế pha
Trong thực tế, thuật ngữ thao tác pha được sử dụng phổ biến hơn, bởi vì Họ chủ yếu điều chỉnh các tín hiệu rời rạc.
Ý nghĩa của PM là pha của sóng mang thay đổi đột ngột khi có tín hiệu rời rạc tiếp theo, khác với tín hiệu trước đó.

Từ quang phổ, bạn có thể thấy gần như hoàn toàn không có chất mang, điều này cho thấy hiệu suất năng lượng cao.
Nhược điểm của cách điều chế này là một lỗi trong một ký hiệu có thể dẫn đến việc thu không chính xác tất cả các ký hiệu tiếp theo.

Khóa dịch pha vi sai
Trong trường hợp điều chế này, pha không thay đổi theo mỗi thay đổi về giá trị của xung điều chế mà thay đổi theo độ chênh lệch. Trong ví dụ này, khi mỗi số “1” xuất hiện.

Ưu điểm của kiểu điều chế này là nếu xảy ra lỗi ngẫu nhiên trong một ký hiệu thì điều này sẽ không kéo theo một chuỗi lỗi nào nữa.

Điều đáng chú ý là cũng có các thao tác pha như cầu phương, sử dụng sự thay đổi pha trong phạm vi 90 độ và PM bậc cao hơn, nhưng việc xem xét chúng nằm ngoài phạm vi của bài viết này.

Tái bút: Tôi muốn lưu ý một lần nữa rằng mục đích của các bài viết không phải là thay thế sách giáo khoa mà là để cho bạn biết “sơ lược” về những kiến ​​​​thức cơ bản về radio.
Chỉ những kiểu điều chế chính mới được coi là có thể tạo ra ý tưởng của người đọc về chủ đề.

LickSec > Liên lạc vô tuyến

Thí nghiệm đầu tiên về truyền giọng nói và âm nhạc qua radio bằng phương pháp điều chế biên độ được thực hiện vào năm 1906 bởi kỹ sư người Mỹ R. Fessenden. Tần số sóng mang 50 kHz của máy phát vô tuyến được tạo ra bởi một máy phát điện (máy phát điện xoay chiều); để điều chỉnh nó, một micrô carbon được kết nối giữa máy phát và ăng-ten, làm thay đổi độ suy giảm tín hiệu trong mạch. Từ năm 1920, thay vì máy phát điện, máy phát điện bắt đầu được sử dụng ống chân không. Vào nửa sau của những năm 1930, khi sự phát triển ngày càng tiến triển sóng siêu ngắn, điều chế biên độ dần dần bắt đầu bị loại bỏ khỏi hoạt động phát thanh và liên lạc vô tuyến tần số VHFđiều chế. Kể từ giữa thế kỷ 20 trong chính thức và đài phát thanh nghiệp dưĐiều chế dải biên đơn (SSB) đang được giới thiệu ở tất cả các tần số, có một số lợi thế quan trọng trước giờ sáng.

Câu hỏi về việc chuyển phát sóng vô tuyến sang OBP đã được đặt ra, nhưng điều này đòi hỏi phải thay thế tất cả các máy thu phát sóng bằng những máy thu phát sóng phức tạp và đắt tiền hơn nên đã không được thực hiện. Vào cuối thế kỷ 20, sự chuyển đổi sang phát sóng kỹ thuật số sử dụng tín hiệu với thao tác biên độ Điều chế (từ điều chế Latin - tính chiều, tính đều đặn) thay đổi theo thời gian theo một quy luật nhất định của các tham số đặc trưng cho bất kỳ trạng thái dừng nào quá trình vật lý. Tham số dao động thay đổi trong quá trình điều chế (biên độ, tần số, pha) xác định tên của điều chế. Theo đó, biên độ, tần số, pha. Điều chế hỗn hợp cũng có thể thực hiện được, ví dụ như pha biên độ. Tín hiệu điều chế là kết quả của sự chồng chất các dao động của tín hiệu điều chế lên các dao động của tần số sóng mang.

Trong nhiều trường hợp, tín hiệu điều chế ở dạng xung và tạo ra các xung tần số cao. Trong các hệ thống thông tin đa kênh, một chuỗi xung vô tuyến được sử dụng làm vật mang thông tin. Trình tự như vậy được xác định bởi bốn tham số: biên độ, tần số, thời lượng (chiều rộng) và pha. Theo đó, có thể có một số tùy chọn để điều chế xung. Cụ thể: biên độ xung, pha xung, tần số xung, độ rộng xung, điều chế mã xung. Các loại xungđiều chế được đặc trưng bởi khả năng chống nhiễu tăng lên so với điều chế tín hiệu hài liên tục.

Về phạm vi, điều chế AM kém hơn FM, như có thể thấy trong hình, biên độ tín hiệu tại một số thời điểm với AM nhỏ hơn với FM, do đó phạm vi ngắn hơn. Để truyền tần số sóng mang của tín hiệu vô tuyến AM thông thường, một phần công suất của thiết bị phát được sử dụng (khoảng 50%). Cách để tăng phạm vi liên lạc trên AM là chuyển sang điều chế với một dải biên, điều này giúp có thể sử dụng toàn bộ công suất của thiết bị phát để chỉ truyền tín hiệu hữu ích. Có nhiều loại điều chế khác, nhưng chúng ít phổ biến hơn hoặc có tầm quan trọng thực tế hơn.

Điều chế tín hiệu là quá trình thay đổi một tín hiệu theo hình dạng của tín hiệu khác.
Điều chế được thực hiện để truyền dữ liệu bằng bức xạ điện từ. Thông thường, tín hiệu hình sin (sóng mang) được sửa đổi. Có:
- điều chế biên độ;
- điều chế tần số;

Điều chế là một quá trình trong đó sóng tần số cao được sử dụng để mang sóng tần số thấp.

điều chế biên độ
Trong các hệ thống điều chế biên độ (AM), sóng điều chế làm thay đổi biên độ của sóng mang tần số cao. Phân tích tần số đầu ra cho thấy sự hiện diện của không chỉ tần số đầu vào Fc và Fm mà còn cả tổng và hiệu của chúng: Fc + Fm và Fc - Fm. Nếu sóng điều chế phức tạp, chẳng hạn như tín hiệu giọng nói, bao gồm nhiều tần số, thì tổng và hiệu của các tần số khác nhau sẽ chiếm hai dải, một dải ở dưới và dải kia ở trên tần số sóng mang. Chúng được gọi là bên trên và bên dưới. Dải trên là bản sao của tín hiệu đàm thoại gốc, chỉ được dịch về tần số Fc. Dải dưới là bản sao đảo ngược của tín hiệu gốc, tức là tần số cao trong bản gốc là tần số thấp ở phía dưới. Phía dưới là hình ảnh phản chiếu của phía trên đối với tần số sóng mang Fc. Một hệ thống AM truyền cả sidebaud và sóng mang được gọi là hệ thống sidebaud kép (DSB). Sóng mang không mang thông tin hữu ích và có thể bị loại bỏ, nhưng dù có hoặc không có sóng mang, tín hiệu DSB có băng thông gấp đôi tín hiệu gốc. Để thu hẹp băng tần, có thể dịch chuyển không chỉ sóng mang mà còn cả một trong các sóng mang phụ vì chúng mang cùng một thông tin. Kiểu hoạt động này được gọi là điều chế sóng mang bị triệt tiêu dải biên đơn (SSB-SC - Sóng mang bị triệt tiêu dải biên đơn).
Việc giải điều chế tín hiệu AM đạt được bằng cách trộn tín hiệu đã điều chế với sóng mang có cùng tần số với bộ điều biến. Tín hiệu gốc sau đó thu được dưới dạng một tần số (hoặc dải tần số) riêng biệt và có thể được lọc từ các tín hiệu khác. Khi sử dụng SSB-SC, sóng mang giải điều chế được tạo cục bộ và có thể không khớp với tần số sóng mang ở bộ điều biến theo bất kỳ cách nào. Sự khác biệt nhỏ giữa hai tần số gây ra sự không khớp tần số, vốn có trong các mạch điện thoại.

Điều chế biên độ sử dụng tín hiệu số
Một trường hợp đặc biệt của điều chế biên độ là khi mức biên độ thấp hơn trong hai mức được đưa về 0 thì quá trình điều chế bao gồm việc bật và tắt sóng mang. Tuy nhiên, năng lượng truyền đi tăng vọt khiến kỹ thuật này không phù hợp để truyền dữ liệu qua mạng truyền thông.

Các loại điều chế: FM, AM, SSB
Những gì được phép, loại điều chế ảnh hưởng đến phạm vi liên lạc như thế nào.
Các tính năng khi làm việc với SSB.
Ở Nga, trong phạm vi CB được phép sử dụng điều chế tần số (FM), biên độ (AM) và dải biên đơn (SSB). Lựa chọn điều chế nào tốt hơn cho giao tiếp?

Trước hết, cách điều chế của bạn phải phù hợp với cách điều chế của người đối thoại. Đại đa số người dùng CB Nga đều sử dụng FM. Nó cung cấp âm thanh chất lượng cao nhất nếu tín hiệu của người phát đủ mạnh. Việc sử dụng FM cho phép bạn triệt tiêu hầu hết các loại nhiễu có bản chất là biên độ. Nhược điểm của FM là cấp độ cao tiếng ồn của máy dò khi không có tín hiệu, đòi hỏi cài đặt chính xác ngưỡng khử tiếng ồn.

AM được sử dụng để liên lạc ở khoảng cách trung bình và xa khi tín hiệu của đối tác quá yếu để nhận ra lợi ích của FM. Phạm vi liên lạc tối đa khi sử dụng AM và FM gần như giống nhau.

Liên lạc vô tuyến sử dụng một băng tần có rất nhiều lợi ích tuyệt vời trước AM và FM, trong truyền thông vô tuyến chuyên nghiệp và nghiệp dư, nó đã thay thế hoàn toàn chúng. SSB xuất hiện trong các ban nhạc nghiệp dư vào những năm 50. Năm 1956 trên thế giới chỉ có vài chục đài phát thanh SSB nghiệp dư, nhưng đến năm 1961, số lượng của họ đã vượt quá 20 nghìn. Nhà điều hành sóng ngắn đầu tiên của Liên Xô làm việc trên SSB là Georgy Rumyantsev (UA1DZ), một trong những nhà vô tuyến nghiệp dư lớn tuổi nhất của Nga, L. Labutin (UA3CR), người bắt đầu làm việc trên SSB vào năm 1958, đã làm rất nhiều việc để phổ biến công việc về SSB.

Điều chế SSB đến với phạm vi CB muộn hơn nhiều: ở nước ngoài - vào những năm 90, ở Nga - chỉ trong những năm gần đây.

Lý do chính cho việc ít sử dụng SSB trong băng tần CB là do giá cao Máy thu phát SSB cao gấp 3-5 lần giá của các đài AM/FM, nguyên nhân thứ hai là do đặc thù làm việc trên SSB, đòi hỏi trình độ vận hành viên cao hơn.

Khi thu đài có điều chế SSB, bạn cần sử dụng núm tinh chỉnh để đạt được độ rõ và tự nhiên nhất cho giọng nói của người đối thoại. Đây chính là điều đã ngăn cản việc sử dụng rộng rãi SSB trong radio xe hơi, việc điều chỉnh bằng tay giúp người lái không bị phân tâm khi lái xe. Tuy nhiên, trong Gần đây Các đài xe SSB khá tốt đã xuất hiện trên thị trường nhưng giá chỉ đắt gấp 1,5-2 lần so với các đài AM, FM, có tần số ổn định khá đủ để hoạt động trên SSB khi xe đang di chuyển.

Cần lưu ý rằng ngay cả khi tinh chỉnh, âm thanh giọng nói của phóng viên khi làm việc trên SSB vẫn không tự nhiên, với âm sắc “tổng hợp” cụ thể, tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến việc tiếp nhận thông tin.

Ưu điểm chính của SSB so với AM và FM là mức tăng công suất của tín hiệu phát ra hữu ích là 9 dB, hoặc 8 lần. Theo các quy tắc được thông qua ở Nga, công suất sóng mang của đài phát thanh CB với các loại điều chế AM và FM và công suất cực đại với điều chế SSB không được vượt quá 10 W. Tiền thắng đến từ đâu?

Với điều chế SSB, sóng mang và một trong các dải biên không được bức xạ, cho phép tất cả công suất được phép được bức xạ dưới dạng một dải biên. Mang điện hữu ích thông tin lời nói, với AM và FM tốt nhất là 1,25 W và với SSB - tất cả là 10 W. Như vậy, khi lấy tín hiệu SSB máy phát với công suất đỉnh caoÂm thanh 10 W sẽ giống như khi nhận được máy phát AM có công suất 80 W!

Tuy nhiên, lợi ích của SSB không dừng lại ở đó. Các đài AM và FM liên tục phát ra sóng mang, bất kể bạn nói vào micrô hay giữ im lặng. Các đài SSB không phát ra bất kỳ nguồn điện nào trong thời gian tạm dừng giữa các từ. Ngoài việc tiết kiệm năng lượng và tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của tầng đầu ra máy phát, điều này mang lại lợi ích kèm theo khi làm việc trong một kênh có quá nhiều trạm. Khi sử dụng điều chế AM hoặc FM, việc bật đài mạnh hơn sẽ “lấn át” hoàn toàn đài yếu hơn, không thể thu sóng; khi sử dụng SSB, trong những khoảng dừng giữa các từ của đài mạnh, đài yếu hơn vẫn tiếp tục được nghe. Không chỉ có thể theo dõi đài mà còn có thể nắm bắt được ý nghĩa của thông điệp. Trong những trường hợp thực tế như vậy, có thể đồng ý chuyển sang tần số khác. Nếu mức tín hiệu của các trạm gây nhiễu không cao hơn nhiều so với mức tín hiệu của trạm nhận được và tần số của tất cả các trạm hoàn toàn giống nhau, bạn sẽ hiểu hầu hết thông tin của trạm mong muốn, giống như bạn hiểu người đối thoại khi nói chuyện trong môi trường mọi người đang nói chuyện. Trong thực tế, tần số của các trạm gây nhiễu luôn khác với tần số thu được, do đó, do vi phạm mối quan hệ giữa các thành phần tần số của phổ, giọng nói của các phóng viên của các trạm gây nhiễu trở nên khó đọc và việc tập trung mọi sự chú ý sẽ dễ dàng hơn nhiều. về bài phát biểu dễ hiểu của phóng viên của bạn. Tất nhiên, điều này chỉ đúng trong trường hợp có nhiễu từ các đài SSB khác. Nếu trạm gây nhiễu hoạt động với chế độ điều chế biên độ hoặc tần số, SSB sẽ không mang lại lợi ích gì.

Vì lý do này mà người dùng dải CB, trong đó không có sự phân biệt tần số khi làm việc với các loại khác nhauđiều chế, thỏa thuận với nhau về việc kênh nào chỉ có thể sử dụng SSB. Như vậy, người dùng CB ở các nước châu Âu đã thống nhất ưu tiên sử dụng băng tần D để làm việc với SSB, để lại băng tần C cho AM và FM.

Tất cả những ưu điểm được liệt kê của điều chế SSB cho phép, những điều khác không đổi, có được phạm vi liên lạc lớn hơn 50-75% so với AM hoặc FM.