Амплитудная манипуляция. 
Основы радиоэлектроники

Если гармонические колебания несущей частоты со_м промодулировать импульсной последовательностью (см. рис. 7.13), то получим радиоимпульсы, изображенные на рис. 7.15.

Спектр радиоимпульсов легко получить, разложив функцию и_f(t) в ряд Фурье, он показан на рис. 7.16:

или.

Рис. 7.15. Радиоимпульсы.

где U_f0 = U_n + U_FQ — амплитуда спектральной составляющей частоты /_н; U_fn = U_Fn — амплитуда боковых составляющих спектра.

С учетом (7.6) и (7.7) запишем.

Скорость убывания амплитуд гармоник спектра.

Следовательно, спектральные составляющие при амплитудной манипуляции убывают так же, как и составляющие видеосигнала.

Частотная манипуляция

В случае частотной манипуляции синхронно с видеоимпульсами изменяется несущая частота колебаний (рис. 7.17).

При передаче импульсов генерируется частота /, во время пауз — более низкая частота /₂ • Как и в случае частотной модуляции аналоговым сигналом, здесь вводится понятие девиации частоты, т. е. максимального отклонения.

/,+/₂

частоты от среднего значения ———, а также индекса частотной модуляции ^.

где F = —.

Т

Рис. 7.17. Образование колебаний, манипулированных по частоте.

Для наглядности предполагаем, что длительность импульса / равна целому числу высокочастотных колебаний Напряжение на выходе модулятора имеет следующий вид:

Амплитуды спектральных составляющих в значительной мере зависят от индекса модуляции М и убывают с ростом п по закону.

п «^U* М² ,.

При п «М —— = —т-, т. е. амплитуды дальних боковых С//, п

составляющих падают обратно пропорционально квадрату п.

Спектр колебаний, манипулированных по частоте последовательностью прямоугольных импульсов при М = 4, изображен на рис. 7.18.

Фазовая манипуляция

Существуют разные виды фазовой манипуляции. В простейшем случае колебания, манипулированные по фазе, имеют одну частоту, но в паузах между импульсами фаза меняется на противоположную (рис. 7.19 — так называемая бинарная фазовая манипуляция).

Мгновенное напряжение на выходе фазового манипулятора имеет следующий вид:

Спектр колебаний при бинарной фазовой манипуляции изображен на рис. 7.20.

Скорость убывания амплитуд боковых составляющих высшего порядка.

т.е. такая же, как и при амплитудной манипуляции.

Рис. 7.20. Спектр колебаний, манипулированных по фазе (бинарная ФМ)

Сравнение различных видов манипуляций

Радиосигналы при рассмотренных видах манипуляция имеют теоретически бесконечный спектр, однако боковые составляющие высоких порядков затухают быстрее в случае частотной манипуляции. Боковые составляющие спектра колебаний, манипулированных по амплитуде и по фазе, затухают одинаково, но преимуществом бинарной фазовой манипуляции является отсутствие несущей частоты, которая не несет информации.

По изложенным причинам в современных цифровых радиосистемах применяют главным образом варианты частотной и фазовой манипуляций.

Фильтрация цифровых видеосигналов

Если цифровой видеосигнал имеет вид идеальных прямоугольных импульсов, то в радиосигнале появляются скачки амплитуд, частот или фаз. Для передачи этих скачков требуются высокочастотные составляющие спектра, что недопустимо при многоканальной передаче. Для сужения полосы передаваемых частот прямоугольные импульсы видеосигнала пропускают через сглаживающий фильтр.

Частотная характеристика сглаживающего фильтра выбирается из компромиссных соображений. С одной стороны, требуется максимально ограничить полосу передаваемых частот. С другой стороны, искажения формы сигналов не должны быть слишком большими, с тем чтобы принятая информация была достоверна.

В современных цифровых системах радиосвязи фильтрация видеосигнала осуществляется в цифровых фильтрах Найквиста, Гаусса, Баттерворта. После фильтрации видеосигнал пропускается через цифроаналоговый преобразователь, приобретая сглаженную форму, и только после этого осуществляется модуляция [6].