(Microsoft PowerPoint - 3 Mod_FM_2005

MODULACJA

TOWA

(

Fazy i cz

stotliwo

ci)

POJ

CIE MODULACJI

Proces zmiany niektórych wielkości
charakterystycznych jednego przebiegu
elektrycznego zmiennego w czasie (przebiegu
modulowanego - nośnego) pod wpływem
drugiego przebiegu tzw. przebiegu modulującego.

Modulacja

towa

Modulacja kątowa oznacza jednocześnie
modulację fazy (PM) i częstotliwości (FM)

Zastosowania FM: rozsiewcze radio,
dźwięk w sygnale TV, dwukierunkowa stała
i ruchoma komunikacja radiowa, systemy
telefonii komórkowej, komunikacja
satelitarna.

Zastosowania PM: szeroko w transmisji
danych i pośrednio w systemach FM.

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

MODULACJA KĄTOWA (FM i PM)

Dwie możliwości modulacji

Def. (jednostajna) częstotliwość

Modulacja cz

stotliwo

(FM)

Nośna

Sygnał

modulujący

Sygnał

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

MODULAJA CZĘSTOTLIWOŚCI FM

Nośna

Sygnał

modulujący

Sygnał

Frequency Shift Keying (FSK)

Nośna

Sygnał

modulujący

Sygnał

FSK

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

MODULACJA FAZY (PM) I CZĘSTOTLIWOŚCI (FM)

Modulacja fazy

Modulacja częstotliwości

Definicja - dewiacja fazy (szczytowa)

Definicja - dewiacja częstotliwości

Współczynnik (wskaźnik) modulacji

[bezwymiarowe]

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

MODULACJA FAZY (PM) I CZĘSTOTLIWOŚCI (FM)

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

MODULACJA CZĘSTOTLIWOŚCI (FM)

Wąskopasmowa modulacja FM

Szerokopasmowa modulacja FM

Dla „małego”

ββββ

wprowadzamy uproszczenia:

Funkcja Bessel’a pierwszego rodzaju

ADY MODULACJI

WMBF

ADY MODULACJI

WMBF

ADY MODULACJI

WMBF

ADY MODULACJI

WMBF

przyk

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

WĄSKOPASMOWA MODULACJA FM (NBFM)

Wąskopasmowa FM

DSB-AM

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

GENERACJA MODULACJI NBFM

Z definicji modulacji NBFM

(przy uproszczeniach dla funkcji Besell’a)

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

MODULACJA FM I AM

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

SZEROKOPASMOWA MODULACJA FM (WBFM)

Własności funkcji Bessel’a

dla każdej wartości

ββββ

Własności funkcji Bessel’a

dla małych wartości

ββββ

Własności funkcji Bessel’a

dla dużych wartości

ββββ

Współczynnik modulacji

ββββ

uda

noś

Relacja pomi

dzy

FM and PM

Dla PM, dewiacja fazy,

∆φ

= k

szczytowa dewiacja fazy,

max

= m

Przy wyrażeniu częstotliwosci w rad/s
otrzymamy:

∫

)

(

)

(

)

(

)

(

Co oznacza, że modulacja FM może być uzyskana

przez różniczkowanie sygnału modulujacego, jeżeli

zastosowano wcześniej modulację fazy.

!! Uwaga !! : ale też FM na PM

Maksymalna lub szczytowa

dewiacja cz

stotliwo

Jeżeli sinusoidalny sygnał mudulacyjny:
e

(t) = E

sin

t, to f

= f

+ k

sin

Szczytowa dewiacja czestotliwosci:

= k

Współczynnik modulacji sygnału FM:

/ f

!!! m

może być wiekszy od 1.

Sygna

Jeżeli e

= E

sin

t, i e

= E

sin

t, to

sygnał FM można opisać is:

= E

sin (

t + m

sin

ten sygnał może być rozwinięty na szereg
sinnusoid jako wyrażenie:
e

= E

) sin

- J

)[sin (

)t - sin (

)t]

+ J

)[sin (

- 2

)t + sin (

+ 2

)t]

- J

)[sin (

- 3

)t + sin (

+ 3

)t] + .

Funkje Bessel

’

Wyrażenia J we wzorach opisane jako (znane)
funkcje Bessel’a pierwszego rodzaju (ze
współczynnikami dla danych m

. . .

0.5

.94

.24

.03

.77

.44

.11

.02

2.4

0.0

.52

.43

.20

.06

.02

5.5

0.0

-.34

-.12

.26

.40

.32

.19 . . .

asno

funkcji Bessel

’

Teoretycznie istnieje nieskończona ilość
pasmowych częstotliwości dla każdego m

innego niż 0.

Tylko znaczące amplitudy sygnałów tzn.

≥

|0.01| pokazano w tabeli.

Punkt zerowej nośnej (Bessel-zero lub
carrier-null)

uzyskuje się dla m

= 2.4, 5.5,

8.65, etc. Użyteczne dla ustalenia dewiacji
lub współczynnika k

w systemach FM.

Graficzny

przebieg

funkcji

Bessel

’

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

SZEROKOPASMOWA MODULACJA FM (WBFM)

Widmo FM (jedno-tonowe)

Widmo FM

(dwu-tonowe)

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

PRAWO CARSON’A

Jeżeli tylko pierwsza

ββββ

+ 1 wartość z funkcji Bessel’a jest istotna, to

pamo dla modulacji FM można określić wg prawa Carson’a:

Szerokopasmowa FM lub WBFM gdy:

Dla małych

ββββ

Dla dużych

β .......................

Dla małych

β ......................

Pasma

stotliwo

Każda wielkość (J) z
tabeli daje obraz par
pasm częstotliwości
(oraz ich zależności).

Im większa wartość m

tym więcej znaczących
par częstotliwości
(pasma) zawartych w
sygnale.

ad nadawczy

Modulator

Wzm.

Preemfaza

Sygnał

Audio

Powielacz

częstotliwości

Wzm.

mocy

Antena

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

BEZPOŚREDNIA MODULACJA WBFM

Posrednia

modulacja

WBFM

Armstrong

Modulator

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

POŚREDNIA MODULACJA WBFM

Modulator Amstronga

Modulator FM

Crosby

AFC System

modulatora

FM z PLL

(Phase

Locked Loop)

System PLL ciekawszy od układu (Crosby),
nie potrzebuje powielacza częstotliwości!!

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

DEMODULACJA CZĘSTOTLIWOŚCI

Przebieg FM

Po różniczkowaniu

Obwiednia proporcjonalna

do sygnału modulującego

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

DYSKRYMINATOR ZRÓWNOWAŻONY

Detektor z „nachylenia „ (krzywej rez. - slope detector)

Obszar
liniowy

Dyskryminator zrównoważony (z filtrów strojonych)

Krzwa

“

”

dla detektora

(

dyskryminatora

) FM

Detector

kwadraturowy

(

Quadrature

Detector)

Praktycznie używany obecnie wraz z pętlą
PLL w układach scalonych.

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

PLL FM DEMODULATOR

Typowy układ pętli fazowej !!

PLL FM Detector

PLL

i detektor kwadraturowy stosowany w

nowoczesnych odbiornikach FM.

Detector

fazy

LPF

Wyjsciowy sygnał

zdemodulowany

VCO

Sygnał

FM IF

Preemfaza

deemfaza

(

Pre

emphasis, De

emphasis)

Większość sygnałów analogowych zawiera
wysokie częstotliwości, które relatywnie
mają znacznie mniejszą amplitudę niż z
zakresu częstotliwości mniejszeych.
Zakłócenia elektryczne nakładające się na
sygnał użyteczny (w zakresie wyższych
częstotliwości) zmniejszają wartość SRN.

Do korekcji tego problemu używamy
układów preemfazy przed procesem
modulacji FM (deemfazy w demodulacji)

Preemfaza

deemfaza

(

Pre

emphasis, De

emphasis)

In FM broadcasting,
the high frequency
components are
boosted by passing the
modulating signal
through a HPF with a
75

s time constant

before modulation.

= R

C = 75

µµµµ

Odbiornik

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

DETEKTOR „PRZEJŚCIA PRZEZ ZERO”

Sygnał wyjściowy - FM

ze stałą amplitudą

Sygnał wejściowy - FM

ze zmienną amplitudą

Układ ograniczający

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

TRANSMISJA RADIOWA FM (STEREO)

Widmo pasma podstawowego

FM stereo enkoder i modulator

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

TRANSMISJA RADIOWA FM (STEREO)

Widmo pasma podstawowego

FM stereo enkoder i modulator

L+R

(mono)

kHz

L-R

L+R

.05

15 23

53 60

19 kHz Pilot

Carrier

SCA

(optional)

MODULACJA

TOWA

(Fazy i cz

stotliwo

ci)

ODBIORNIK RADIOWY FM (STEREO)

Pętla ARW (AGC)

FM stereo dekoder

Pętla ARCz (AFC)

Por

wnanie

FM i PM

stosunku

do AM

Zalety nad AM:

lepszy SNR, bardziej odporne na zakłócenia

efektywniejsze - możliwe użycie
wzmacniaczy w klasie C, mniejsza moc
potrzebna w układach nadajników

redukcja zakłóceń interferencyjnych

Wady w stosunku do AM:

wymagania szerszego pasma

bardziej złożone systemy elektroniczne