Модуляция

Модулятор (латынша modulon – өлшеймін, ретін сақтаймын) – сигналдарды түрлендіруді жүзеге асыратын құрылғы. Модулятор негізінен жоғары жиілікті электр тербелістерін түрлендіреді (модуляциялайды). Оның құрылысы әрі жұмыс принципі модуляция түріне (амплитудалық, жиіліктік, фазалық, импульстік, т.б.) байланысты. Мысалы, амплитудалық модуляция кезінде модулятор жоғары жиілікті тербелістің амплитудасын өзгертсе, жиіліктік модуляцияда оның жиілігін, ал фазалық модуляцияда фазасын ғана өзгертеді. Модулятор ақпаратты есептеу техникасында, радиобайланыс, телевизия, телебасқару, телеөлшеу, радиолокация, радионавигация жүйесінде, т.б. электр сигналдарын жоғары жиілікті тербелістерге түрлендіріп таратуда пайдаланылады. Тербелістерді басқару сипаттамалары модуляция кезінде өзгермелі сызықтық емес кедергілер немесе элементтер арқылы жүзеге асырылады. Модулятор – әр түрлі мақсаттағы радио таратқыш аппаратураларының ең негізгі бөлігі.

А. Тұрым

Амплитудалық-импульсті модуляция,АИМ(Амплитудно-импульсная модуляция, АИМ; РАМ (Pulse-Amplitude Modulation)) — уақыт бойынша өзгеру параметрі амплитуда импульсі болып табылатын модуляция түрі. Аналогті ақпарат тарату кезінде модуляция бірінші реттік және екінші реттік болады (АИМ-1 және АИМ-2). АИМ-1 кезінде кіріс сигналы сияқты амплитуданың әр импульсі аналогті түрде өзгереді. АИМ-2 кезінде импульстің жазық шыңы болады, ал оның амплитудасы тіркелген уақыт мезетіндегі модульденген сигналдың көрсеткішімен анықталады, мысалы, санағыштың басына сәйкес келеді. АИМ арқылы цифрлық ақпаратты тарату үшін қажет сандардың теңдеуі М= 2n болуы шарт, мұндағы n — кодалық комбинация ұзындығы. Мұндай модуляция түрінің спектрлік эффективті тиімділігі R тарату жылдамдығының В жиілік жолағының еніне қатынасымен, яғни R/B=2log2M анықталады. Спектрдың эффектінің М өскен сайын бөгеуілге орнықтылық қабілетінің әлсірейтінін атап өткен жөн. Сондықтан M-ді таңдау кезінде екі көрсетілген фактор арасындағы келіспеушілікке және байланыс арналарының

 

 

 

Рис.1

Модуляция деп тасушының бір немесе бірнеше параметрлерінің басқарылуымен бастапқы сигналдардың параметрлерінің өзгеруімен байланысты үрдісті айтады. Тасушының модульдеуші параметрі ақпараттық деп аталады. Модуляцияның үш түрі бар: амплитудалық (АМ), жиіліктік (ЖМ) және фазалық (ФМ).

Тасушы ретінде тек гармоникалық емес, сонымен қатар импульстік тербелістерде қолданылады. Яғни модуляция әдістерінің келесі түрлері бар:

АИМ – амплитудалы – импульстік модуляция. Амплитудалы импульсті тасушы бастапқа сигналдың лездік мәнінің өзгеру заңымен сипатталады.

ЖИМ (ЧИМ)– жиілікті – импульсті модуляция. Бастапқы сигналдың лездік мәнің өзгеруі тасушының импульсті жиілігінің өзгеруіне әкеледі.

УИМ (ВИМ)– уақыттық – импульсті модуляция, мұнда ақпараттық параметр кезінде импульстік және ақпараттық синхронизация анықталады.

КИМ (ШИМ) – кең–импульсті модуляция. Модульдеуші сигналдың лездік мәнінің өзгеруі бойынша тасушы импульсі қзгереді.

ФИМ – фаза – импульстік модуляция, УИМ-дан синхронизация тәсілімен ерекшелінеді. Тасымалдаушы импульс фазасының ығысуы синхронизациялайтын импульске қатысты емес, белгілі бір бұрыштық фазаға байланысты өзгереді.

ИКМ – импульсті – кодалы модуляция. Оны модуляцияның жеке түрі ретінде қарастыруға болмайды, өйткені модульдеуші кернеу мәні кодаланған сөздер түрінде көрсетіледі.

СИМ – санау – импульстік модуляция. Ақпараттық параметрі кодалық топтағы импульстер саны болып табылатын ИКМ-ның жеке бөлігі болып табылады.

6.2 Гармоникалық модуляциялық  сигналы

Модульденген сигналдарды тасымалдаушы түрі мен модуляцияланатын параметрлері бойынша айыруға болады. Тасымалдаушы ретінде қазіргі кезде гармоникалық тербелістер, импульстердің периодты тізбегі кең қолданылады. Ал арнайы формалы тербелістер, кездейсоқ таржолақты процесс аз қолданылады.

Гармоникалық тасымалдаушы: ,

Үш бос параметрлермен сипатталады: амплитуда, жиілік және фаза.

Олардың бәрі ақпараттық болуы мүмкін.

Жалпы түрде гармоникалық тасымалдаушысы бар модуляцияланған сигнал:

. (6.1)

A(t)- сигналдың шеткі қисығы; ψ(t) – толық фазасы.

Толық фаза ψ(t) 2π-ге өзгеретін уақыт аралығында сигналдың шеткі қисығы көп өзгеріп үлгермейді, сондықтан оны баяу өзгеретін деп санауға болады . 

 

сурет - Модулятор

Модуляцияланған сигналда (6.1) лездік бұрыштық жиілік толық фазаның уақыт бойынша туындысына тең

. (6.2)

(6.2) формуладан, толық фаза

. (6.3)

Модуляцияланған сигналдардың параметрлерін анықтау кезінде әдетте, модульдеуші сигналды um(t) нормаланған деп санайды, яғни максималды абсолютті лездік мән бірге тең - , ал орташа қуат , - сигнал амплитудасының коэффициенті.

Гармоникалық тасушы модуляциясының басты ерекшелігі – спектрдің тасушы жиілігінің маңындағы аймаққа көшіруі. Осы жағдай радиотехникада, көпканалды радиобайланыстарда тек модуляцияланған сигналдарды қолдануға әкелді.

6.3 Амплитудалық (АМ), жиіліктік (ЧМ), фазалық (ФМ) модуляция

6.3.1 Амплитудалық  модуляция кезінде, тасушы сигналдың амплитудасы модуляциялайтын сигналдың um(t) лездік мәндеріне пропорционалды түрде өзгереді, яғни, өсімше алып келесіге тең болады:

. (6.4)

Бұндағы А0 – тасушы амплитудасы; а - пропорционалдық коэффициент, ол А(t) амплитудасы әрқашан он мәнде болатындай етіп таңдалынады. АМ кезінде тасушының жиілігі мен фазасы өзгеріссіз қалады.

АМ сигналдың уақыттық диаграммасы 5.2 суретте көрсетілген, суреттен көрініп тұрғандай, um(t)-ның лездік мәндеріне сәйкес тасушы амплитудасы Ао өсімше алып Am max мәніне дейін өседі, немесе өсімше алып Amin мәніне дейін азаяды. Назар аударатын сәт, А(t) амплитудасы модуляцияланған um(t) сигналының формасын қайталайды. АМ сигналында А(t) амплитудасы жоғары жиілікті толтырудың айналдырушысы болып табылады. (6.2,б - суретінде ол штрихталған сызықпен көрсетілген).