background image

- 1 -

10.UKŁADY MODULACJI I DEMODULACJI

10.1. PODSTAWOWE RODZAJE MODULACJI

Modulacja

jest  procesem,  w  którym  sygnał  użyteczny  małej 
częstotliwości  (

modulujący

)  wpływa  na  parametry 

sygnału 

sinusoidalnego 

wielkiej 

częstotliwości 

(

modulowanego

tzw.

nośnego

)).

wyniku 

tego 

procesu, 

otrzymany 

sygnał 

zmodulowany

  posiada  amplitudę  lub  częstotliwość 

proporcjonalną do wartości sygnału modulującego. 

Następuje  więc 

przeniesienie

  informacji  zawartej  w  przebiegu 

modulującym  m.cz.    na  przebieg  w.cz.,  czyli  zakodowanie  jej  w 
parametrach tego przebiegu.

Występuje:

modulacja  amplitudy

(AM  – amplitude  modulation)  –

przekształcenie  sygnału  modulowanego  w  taki  sposób,  że 
amplituda 

otrzymanego 

sygnału 

zmodulowanego 

jest 

proporcjonalna do wartości sygnału modulującego;

modulacja  częstotliwości

  (FM  – frequency  modulation)  –

amplituda  sygnału  zmodulowanego  jest  stała,  zaś  jego 
częstotliwość  zmienia  się  wokół  częstotliwości  sygnału 
modulowanego 

proporcjonalnie 

do 

wartości 

sygnału 

modulującego;

modulacja  fazy

  (PM- phase  modulation)  –  faza  sygnału 

zmodulowanego zmienia się proporcjonalnie do wartości sygnału 
modulującego.

Modulacje  częstotliwości  i  fazy  są  ze  sobą  związane,  gdyż  przy 

modulacji częstotliwości występuje również modulacja fazy (i odwrotnie), 
stąd też noszą one wspólną nazwę 

modulacji kątowej

.

background image

- 2 -

10.2. MODULACJA AMPLITUDY (AM)

W  modulacji  amplitudy  uzyskuje  się  zmienną  amplitudę  sygnału 

zmodulowanego, proporcjonalną do wartości sygnału modulującego

Napięcie  sygnału 

modulującego

opisane jest następującym równaniem 
chwilowym:

m

m

m

m

m

f

gdzie

t

U

u

2

;

cos

u (t)

m

U

m

t

natomiast 

napięcie 

przebiegu 

nośnego

 ma postać:

N

N

N

N

N

f

gdzie

t

U

u

2

;

cos

u (t)

N

t

U

N

Napięcie 

przebiegu 

zmodulowanego

 

jest 

wówczas 

przedstawione zależnością:

t

t

U

U

u

N

m

m

N

cos

)

cos

(

u(t)

t

U

N

mU

N

Podstawiając  m=U

m

/U

N

,  otrzymuje  się  inną  postać  równania 

chwilowego przebiegu zmodulowanego:

t

t

m

U

u

N

m

N

cos

)

cos

1

(

(10.1)

gdzie m –

współczynnik  głębokości  modulacji (przyjmuje  wartości  z 
przedziału 0

1 – często jest podawany w procentach).

background image

- 3 -

Korzystając  z  tożsamości   

)

cos(

2

1

)

cos(

2

1

)

cos(

)

cos(

y

x

y

x

y

x

można równanie (10.1) przekształcić do postaci:

t

mU

t

mU

t

U

u

m

N

N

n

N

N

N

N

)

cos(

2

)

cos(

2

cos

(10.2)

Przebieg  zmodulowany  amplitudowo  nie  jest  przebiegiem 

harmonicznym,  lecz  sumą  3  przebiegów  o  częstotliwościach:  f

N

,  f

N

+f

M

oraz f

M

-f

n

Jego  widmo  zawiera  więc  częstotliwość  przebiegu  nośnego  f

N

  oraz 

dwie,  symetrycznie  rozmieszczone  i  odległe  od  niej  o  wartość  f

m

częstotliwości, zwane 

prążkami bocznym

.

Widmo amplitudowe sygnału

modulującego

U

m

f

m

f

Widmo amplitudowe sygnału

nośnego

U

N

f

N

f

Widmo amplitudowe sygnału

zmodulowanego

U

N

f

N

f -f

N

m

f +f

N

m

mU /2

N

f

background image

- 4 -

W praktyce, sygnały modulujące nie są przebiegami harmonicznymi, 

lecz złożonymi. W związku z tym, ich widmo częstotliwości zawarte jest 
w  przedziale  f

m1

f

m2

.  Wobec  tego  widmo  częstotliwościowe  sygnału 

zmodulowanego zawierać będzie – oprócz prążka częstotliwości nośnej –
także wiele prążków, tworzących dwa pasma boczne o szerokości f

m2

-f

m1

Są to tzw. 

wstęgi boczne

.

Widmo amplitudowe sygnału

modulującego

U

m

f

m1

f

f

m2

Widmo amplitudowe sygnału

nośnego

U

N

f

N

f

Widmo amplitudowe sygnału

zmodulowanego

U

N

mU /2

N

f

Dolna wstęga
      boczna

G

ó

rn

a

w

st

ęg

a

b

o

cz

n

a

f

-f

N

m

2

f

-f

N

m

1

f

+

f

N

m

1

f

+

f

N

m

2

Analogicznie  jak  w  poprzednim  przypadku,  każda  wstęga  boczna 

zawiera pełną informację o przebiegu modulującym, a więc może być on 
odtworzony  na  podstawie  jednej  wstęgi.  Szerokość  pasma  zajmowana 
przez  sygnał  AM  wynosi  2f

m

(2  razy  większa  od  maksymalnej 

częstotliwości sygnału modulującego).

background image

- 5 -

10.3. MODULACJA CZĘSTOTLIWOŚCI (FM)

Modulacja  częstotliwości  (FM)  polega  na 

zmianie  częstotliwości

przebiegu nośnego

sygnałem modulującym.

Napięcie  sygnału 

modulującego

opisane jest następującym równaniem 
chwilowym:

m

m

m

m

m

f

gdzie

t

U

u

2

;

cos

u (t)

m

U

m

t

natomiast 

napięcie 

przebiegu 

nośnego

 ma postać:

N

N

N

N

N

f

gdzie

t

U

u

2

;

cos

u (t)

N

t

U

N

)

sin

cos(

)

(

t

m

t

U

t

u

m

f

N

N

Zmiana  częstotliwości  sygnału 

zmodulowanego

 

może 

zostać 

określona równaniem:

t

f

f

t

U

k

f

t

f

m

N

m

m

f

N

cos

cos

)

(

u(t)

t

U

N

k

f

– jest współczynnikiem proporcjonalności,

- określa maksymalną wartość odchylenia częstotliwości chwilowej od 

częstotliwości  f

N

  przebiegu  nośnego  i  nazywana  jest 

dewiacją 

częstotliwości

m

f

=

f/f

N

    jest 

wskaźnikiem  dewiacji

  (lub 

współczynnikiem  modulacji 

częstotliwości

)

background image

- 6 -

Od  wartości  współczynnika  modulacji  zależy  rozkład  widma 

przebiegu zmodulowanego. Widmo to jest bardziej skomplikowane niż w 
przypadku przebiegu zmodulowanego AM i teoretycznie zawiera 

 liczbę 

prążków o częstotliwościach f

N

nf

m

 (n=1,2,...).

f

f

N

A

m

pl

itu

da

m =1

f

f-

f

N

m

f-

2f

N

m

f

+f

N

m

f

+2

f

N

m

f

f

N

A

m

pl

itu

da

m =2

f

f

-f

N

m

f

-2

f

N

m

f

+f

N

m

f

+2

f

N

m

f-

3f

N

m

f

+3

f

N

m

f

f

f

f

Amplitudy  wyższych  harmonicznych,  rzędu  n

(m

f

+1)  mogą  być 

pominięte (przenoszą  małą  energię).  W  związku  z  tym przyjmuje  się,  że 
przebieg zmodulowany zajmuje pasmo częstotliwości:

)

(

2

)

1

(

2

m

m

f

f

f

f

m

B

Pasmo to jest znacznie szersze niż przebiegu zmodulowanego AM Np. w 
radiofonii  UKF  przyjmuje  się  maksymalną  wartość  dewiacji 

f

max

75kHz,  co  przy  sygnale  modulującym  f

m  max

=15  kHz,  daje  szerokość 

pasma B=180 kHz.