Уикипедия

Честотна модулация: Разлика между версии

Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
Редакция без резюме
Редакция без резюме
Ред 1:
[[Файл:FM Modulation - ar.png|alt=|мини|250x250пкс|Модулиране на основен (носещ) синусоидален сигнал с информационен сигнал при честотна (FM) модулация. Реалната графика на сигнала е доста по- сложна.]]
'''Честотната модулация (ЧМ)''' ({{lang|en|frequency modulation (FM)}}) е термин, въведен и използван в [[радиотехника]]та. Свързан е с обясняване обработката на синусоидални [[сигнал]]и и представлява вид [[Аналогов сигнал|аналогова]] [[Модулация (техника)|модулация]]. При този процес се осъществява обработка на един основен (носещ) синусоидален сигнал с друг модулиращ информационен сигнал. В резултат, без да се променя [[амплитуда]]та на носещия синусоидален сигнал, се променя пропорционално неговата моментна [[честота]] по закон, свързан с промените на модулиращия информационен сигнал.<ref>Сарман, Жан-Пиер, Енциклопедичен речник по физика, Издателство Мартилен, София, 1995, с. 169, ISBN 954-598-041-9 </ref>.
 
[[Файл:Frequency-modulation.png|250px|мини|Пример за честотна модулация. Горе – <span style="color:red">модулиращ информационен сигнал</span> на фона <span style="color:green">носещето високочестотно синусоидално трептение</span>. Долу – <span style="color:blue">резултантен честотно-модулиран сигнал</span>]]
 
== История ==
Честотната модулация е предложена от [[Едуин Армстронг]] ''(Edwin Howard Armstrong (1890 – 1954))'' и е патентована от него на 26 декември 1933 г. След 1935 г. се появяват първите [[радиопредавател]]и, излъчващи [[Електромагнитно излъчване|електромагнитни вълни]] в метровия обхват с честотна модулация на информационния сигнал. <ref>Тихчев, проф. к.т.н. инж. Христо, Радиопредавателни устройства, Издателство „Техника“, София, 1992, с. 7, ISBN 954-03-0071-1</ref> Честотната модулация намира приложение в радиотехническите средства за комуникация през [[Втора световна война|Втората световна война]]. Във [[Вермахт]]а от 1942 г. се използват двуканални радиорелейни станции с честотна модулация. От началото на 1943 г. [[Червена армия|Червената армия]] използва радиостанции А-7А за артилерията, работещи в диапазон 20 – 26 MHz и А-7Б за пехотата работещи в диапазон 26 – 32 MHz. <ref name ="Kokerov">Кокеров, доц. д-р инж. Георги Маринов, Комуникационна техника Радиокомуникации, Технически университет – София, София, 2007, с. 142</ref>
 
== Теория ==
Ред 20:
::<math>= A_{c} \cos \left(2 \pi \int_{0}^{t} \left[ f_{c} + f_{\Delta} x_{m}(\tau) \right] d \tau \right)</math>
::<math> = A_{c} \cos \left(2 \pi f_{c} t + 2 \pi f_{\Delta} \int_{0}^{t}x_{m}(\tau) d \tau \right) </math>, където
:<math>f(\tau)\,</math> е моментната честота на осцилатора '''(f<sub>c</sub> + f<sub>Δ</sub>m(t))''',
 
:<math>f(f_{\tau)Delta}\,</math> е моментнатамаксималната честотадевиация на(отклонение) осцилаторана '''(f<sub>c</sub>''', +<br> f'''x'''<sub>Δ'''m'''</sub>m('''t''') се ограничава от '''m(t)''', <br>променящо се в диапазона ±1
''':<math>2 \pi f_{\Delta}</math>''' е константа на честотната модулация<br>▼
 
:<math>\int_{0}^{t}x_{m}(\tau) d \tau) </math>, изразява действието на модулиращия сигнал▼
<math>f_{\Delta}\,</math> е максималната девиация (отклонение) на '''f<sub>c</sub>''', <br> '''x'''<sub>'''m'''</sub>('''t''') се ограничава от '''m(t)''', променящо се в диапазона ±1 <br>
▲'''<math>2 \pi f_{\Delta}</math>''' е константа на честотната модулация<br>
▲<math>\int_{0}^{t}x_{m}(\tau) d \tau) </math>, изразява действието на модулиращия сигнал
 
== Особености ==
Всяко въздействие върху честотата при модулация се отразява и върху фазата на модулираното синусоидалното колебание. Затова такова манипулиране на носещия сигнал се нарича ''ъглова модулация'' с два подвида '''честотна (ЧМ)''' и '''фазова модулация (ФМ)'''. В случая при ЧМ, честотата се изменя по линеен закон – законазакон на интеграла от модулиращото напрежение. При фазовата модулация честотата на сигнала се изменя по закона на производната от модулиращото напрежение .<ref>Тихчев, проф. к.т.н. инж. Христо, Радиопредавателни устройства, Издателство „Техника“, София, 1992, с. 314, ISBN 954-03-0071-1</ref><ref name ="Kokerov"/>
 
Въпреки че математически честотите са ограничени в интервала ±'''(f<sub>c</sub> + f<sub>Δ</sub>m(t))''', трябва да не се смесват и да не се пренебрегва разликата между моментната честота на носещия сигнал и спектралната честота. ХармоничнияХармоничният спектър на ЧМ сигнал има хармонични компоненти, които достигат до много висок порядък, но с безкрайно малка мощност и действието им е незначително при пренасянето на сигнала и демодулирането му.
 
== Спектър на честотномодулираното напрежение ==
Line 39 ⟶ 37:
Това показва, че теоретично спектърът на честотномодулираното напрежение е безкрайно широк. Съставките, още наричани странични, са разположени две по две странично на съставката с централна честота, като разликата между две странични съставки е равна на модулиращата честота '''f<sub>m</sub>'''. Амплитудите на страничните съставки зависят от [[амплитуда]]та и [[честота]]та на модулиращото напрежение (наричан индекс на модулацията) и поредния номер '''n'''. Скоростта на намаляване на съставките се определя от тези два параметъра – т.е. малък индекс и висок номер водят до бързо намаляване амплитудата на страничните съставки. При предаването и приемането практическа стойност имат съставките, чиято амплитуда е по-голяма от 1% от високочестотното немодулирано напрежение.
 
За предаване и за висококачествен прием на звукови честоти до 15 000 Hz при максимална честотна девиация ± 75 kHz (при индекс 5), се приема реална [[честотна лента]] от 150 до 200 kHz. Поради насищането на ефира с предавателни станции се налага стесняване на използвания честотен диапазон. На практика модулиращата звукова честота се ограничава до 12 kHz (при индекс 5), с което се намалява честотната лента на излъчваното честотно модулирано колебание от 130 до 150 kHz. Това ограничаване на звуковата модулираща честота не влошава съществено ефирно предаваната информация посредством честотна модулация, и се предава и възпроизвежда звукова картина с добро качество. За съпоставяне на възможностите на тази модулация с [[Амплитудна модулация|амплитудната модулация]], трябва да се каже, че поради същите съображения модулиращата звукова честота при последната се ограничава до 4000 Hz, което води до възпроизвеждането на приемлива, но значително по-нискокачествена звукова картина (например в диапазона средни вълни).
 
Широката [[честотна лента]] определя и избора на честотния обхват за работата на предавателите. Прието е честотно модулирани сигнали да се излъчват в ултракъсовълновия (метровия) обхват и разликата между централните честоти на две съседни радиопредавателни станции да е 300 kHz. <ref>Пецулев, проф.к.т.н. Спиро, проф. д.т.н. Владимир И. Сифоров, Радиоприемни устройства, Държавно издателство „Техника“, София, 1979, с. 331</ref>
 
== Използване ==
Line 51 ⟶ 49:
[[Файл:Radio-oscillator.png|мини]]
Получаването на честотно-модулирани трептения се реализира с реактивно управляемо съпротивление ('''Х<sub>у</sub>(t)'''), въздействащо директно на [[Трептящ кръг|трептящия кръг]] на генератора. За управляемо реактивно съпротивление се поставя [[Електрически капацитет|капацитет]], обикновено включен [[Последователни и успоредни електрически вериги|паралелно на трептящия кръг]] и по този начин пряко влияещ върху честотата на генерираните колебания и големината на честотната девиация спрямо основната честота на генератора.
 
:<math>\omega=\sqrt{1\over LC}</math>,<br>
където <math>\omega\ </math> e т.нар. кръгова [[честота]], а '''L''' е [[индуктивност]]та, иа '''C''' капацитетае капацитетът на трептящия кръг. <ref>Ненов, проф. к.т.н. инж. Георги Димитров, Радиотехнически вериги и сигнали, второ преработено издание, Издателство"Техника", София, 1993, с. 188, ISBN 954-03-0268-4</ref>
 
В съвременната схемотехника като модулатор се използва [[варикап]]. Варикапът е полупроводников [[диод]], PN-преходът на който при обратна поляризация е кондензатор, капацитетът на който се управлява с [[Електрическо напрежение|напрежение]]. За предавателите има разработени различни схеми за честотно модулиране, всяка от които има предимства и приложение в зависимост от потребностите:
* Честотно-модулирани '''LC''' генератори с варикапи, като полупроводниковият диод е честотен модулатор. Варикапът има голямо ниво на нелинейни изкривявания като честотен модулатор. Затова се използват схемни решения с два последователно насрещно включени варикапа. По такъв начин високочестотното напрежение се подава към двата диода с реактивно съпротивление в противофаза и четните хармоници на ВЧ токовете взаимно се компенсират.
* за постигане на голяма девиация при малки нелинейни изкривявания се използват двугенераторни схеми на честотно-модулиращи устройства. Подобни модулиращи схеми се използват в предавателите на радиорелейните линии.
* при необходима по-малка честотна девиация се използват честотно-модулирани кварцови генератори. Те не се нуждаят от допълнителна стабилизация на средната честота, за разлика от честотно-модулираните LC генератори, което е основното им предимство. <ref>Тихчев, проф. к.т.н. инж. Христо, Радиопредавателни устройства, Издателство „Техника“, София, 1992, с. 318 – 324, ISBN 954-03-0071-1</ref>
 
== Честотно демодулиране ==
Line 70 ⟶ 69:
Недостатъци при прием на ЧМ радиовълни:
* Недостатъците при приема на ЧМ сигнали се коренят преди всичко в разпространението на ултракъсите вълни (УКВ). Вследствие праволинейното им разпространение има ограничена далечина на приемане.
* Приемно-предавателната апаратура за ЧМ сигнали е по-сложна и по-скъпа от тази за АМ сигнали, въпреки че градивните елементи, използвани от съвременната радиопромишленост, значително са намалили тази ценова разлика. <ref>Пецулев, проф. к.т.н. Спиро, проф. д.т.н. Владимир И. Сифоров, Радиоприемни устройства, Държавно издателство „Техника“, София, 1979, с. 340</ref>
 
== Вижте също ==
Взето от „https://bg.wikipedia.org/wiki/Честотна_модулация“.