Modulacja fali jako metoda transmisji danych

Jak wiadomo, sygnał częstotliwości radiowej składa się z nośnika, który jest oparty na emisji radiowej w postaci prostej oscylacji harmonicznej u (t) = U cos (ωt + φ). Wynika z tego, że w sygnale częstotliwości nośnej istnieją trzy niezależne parametry, mające wpływ na zmiany sygnału sterującego.

Oznacza to możliwość trzech typów: amplitudy (AM), częstotliwości (FM) i modulacji fazowej (FM).

Modulacja fazowa jest sposobem transmitowania informacji analogowych lub cyfrowych poprzez zmianę początkowego kąta (fazy) φ ₀ częstotliwości nośnej transmitowanego sygnału.

Z tym, że faza φ (t) zależy od amplitudy sygnału sterującego (modulującego), tzn. Φ (t) = ω _{0 t} + Δφ ∙ sinΩt + φ ₀ = = φ _{0 +} ke (t), gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności.

Sygnał modulowany na ogół opisuje wyrażenie u (t) = U _n Sin [ωt + φ (t)].

Gdy modulujemy w jednym tonie [e (t) = E sin Ωt], mamy: φ (t) = φ ₀ + kE sin Ωt = φ ₀ + Δφ _max sin Ωt.

Po zastąpieniu wartości φ (t) w równaniu sygnału modulowanego fazowo otrzymujemy u (t) = U _n sin (ω _n t + φ ₀ + Δφ _max sin Ωt), gdzie Δφ _max jest maksymalną zmianą fazy proporcjonalną do amplitudy napięcia sterującego. Δφ _max nazywany jest też angularnym wskaźnikiem modulacji i jest oznaczony m.

Jak widać, przy FM, m = Δφ _max = kE. Wartość chwilowa kąta fazowego θ (t) zmienia się w czasie jest równa Θ (t) = ω _n t + φ ₀ + msin Ωt, tak że ω = d Θ (t) / dt = ω _n + mΩ cosΩt, gdzie mΩ = Δφ _max Ω = Δω _n = kEΩ jest maksymalnym odchyleniem częstotliwości od ωH w FM, proporcjonalnie do amplitudy i częstotliwości oscylacji modulującej.

Zatem, w przypadku FM, wskaźnik modulacji charakteryzujący maksymalną zmianę fazy jest proporcjonalny do amplitudy sygnału sterującego i nie zależy od częstotliwości modulacji. Zmiana częstotliwości względem wartości średniej (odchylenie) zmienia się bezpośrednio proporcjonalnie do amplitudy i częstotliwości napięcia modulującego.

W zależności od warunków stosowania, modulacja fazy ma kilka odmian. Jednym z nich jest w szczególności względne przesunięcie fazowe.

W tej formie, w zależności od sygnału modulującego, zmienia się tylko faza sygnału, a częstotliwość i amplituda pozostają niezmienione. Z OMP wartość informacyjna nie jest bezwzględną zmianą fazy, ale jej zmianą względem poprzedniej wartości.

Obwód elektroniczny powodujący zmianę kąta fazowego modulowanej oscylacji (w odniesieniu do unmodulowanego nośnika) zgodnie z sygnałem modulującym nazywa się modulatorem fazy.

Opracowano wiele typów takich zdjęć. Schemat prostego modulatora zawiera diodę varicap, zdolną do zmiany pojemności złącza pod wpływem napięcia sterującego. W tym schemacie napięcie modulujące zmienia pojemność varicap. Przesunięcie fazowe zależy od względnej wielkości pojemności tej diody i rezystancji obciążenia R.

Zatem zmiana ta zależy od napięcia modulującego. Określa również modulację fazy sygnału radiowego. Jednak taka zmiana jest nieliniowo związana z napięciem modulującym, a pojemność varicap jest nieliniowo związana z napięciem modulującym, co stwarza dodatkowe problemy w konstrukcji modulatorów fazowych.

W swojej czystej postaci modulacja fazy nie była szeroko stosowana ze względu na swoją nieodłączną wadę – niską odporność na hałas.