Виды радиосигналов и их основные характеристики

Радиосигналами называют электромагнитные волны или электрические высокочастотные колебания, которые заключают в себе передаваемое сообщение. Для образования сигнала параметры высокочастотных колебаний изменяются (модулируются) с помощью управляющих сигналов, которые представляют собой напряжение, изменяющееся по заданному закону. В качестве модулируемых обычно используются гармонические высокочастотные колебания:

где w₀=2π f ₀ – высокая несущая частота;

U ₀ – амплитуда высокочастотных колебаний.

К наиболее простым и часто используемым управляющим сигналам относятся гармоническое колебание

,

где Ω – низкая частота, много меньшая w₀; ψ – начальная фаза; U _m – амплитуда, а также прямоугольные импульсные сигналы, которые характеризуются тем, что значение напряжения U _упр(t)= U в течение интервалов времени τ _и, называемых длительностью импульсов, и равно нулю в течение интервала между импульсами (рис.1.13). Величина T _и называется периодом повторения импульсов; F _и=1/ T _и – частота их повторения. Отношение периода повторения импульсов T _и к длительности τ _и называется скважностью Q импульсного процесса: Q = T _и/τ _и.

Рис.1.13. Последовательность прямоугольных импульсов

В зависимости от того, какой параметр высокочастотного колебания изменяется (модулируется) с помощью управляющего сигнала, различают амплитудную, частотную и фазовую модуляцию.

При амплитудной модуляции (АМ) высокочастотных колебаний низкочастотным синусоидальным напряжением частотой Ω _мод образуется сигнал, амплитуда которого изменяется во времени (рис.1.14):

Параметр m = U _m/ U ₀ называют коэффициентом амплитудной модуляции. Его значения заключены в интервале от единицы до нуля: 1≥ m≥ 0. Коэффициент модуляции, выраженный в процентах (т.е. m × 100%), называется глубиной амплитудной модуляции.

Рис. 1.14. Амплитудно-модулированный радиосигнал

При фазовой модуляции (ФМ) высокочастотного колебания синусоидальным напряжением амплитуда сигнала остается постоянной, а его фаза получает дополнительное приращение Δ y под воздействием модулирующего напряжения: Δ y= k _ФМ U _м sinW_мод t, где k _ФМ – коэффициент пропорциональности. Высокочастотный сигнал с фазовой модуляцией по синусоидальному закону имеет вид

.

При частотной модуляции (ЧМ) управляющий сигнал изменяет частоту высокочастотных колебаний. Если модулирующее напряжение изменяется по синусоидальному закону, то мгновенное значение частоты модулированных колебаний w=w₀+ k _ЧМ U _м sinW_мод t, где k _ЧМ – коэффициент пропорциональности. Наибольшее изменение частоты w по отношению к ее среднему значению w₀, равное Δ w_М= k _ЧМ U _м, называется девиацией частоты. Частотно-модулированный сигнал может быть записан следующим образом:

Величина, равная отношению девиации частоты к частоте модуляции (Δ w_м/W_мод = m _ЧМ), называется коэффициентом частотной модуляции.

На рис.1.14 изображены высокочастотные сигналы при АМ, ФМ и ЧМ. Во всех трех случаях используется одинаковое модулирующее напряжение U _мод, изменяющееся по симметричному пилообразному закону U _мод(t)= k _мод t, где k _мод> 0 на отрезке времени 0 t ₁ и k _мод< 0 на отрезке t ₁ t ₂ (рис.1.15, а).

При АМ частота сигнала остается постоянной (w₀), а амплитуда изменяется по закону модулирующего напряжения U _АМ(t) = U ₀ k _мод t (рис.1.15, б).

Частотномодулированный сигнал (рис.1.15, в) характеризуется постоянством амплитуды и плавным изменением частоты: w(t) = w₀+ k _ЧМ t. На отрезке времени от t =0 до t ₁ частота колебаний увеличивается от значения w₀ до значения w₀+ k _ЧМ t ₁, а на отрезке от t ₁ до t ₂ частота уменьшается опять до значения w₀.

Фазомодулированный сигнал (рис.1.15, г) имеет постоянную амплитуду и скачкообразное изменение частоты. Поясним это аналитически. При ФМ под воздействием модулирующего напряжения

Рис.1.15. Сравнительный вид модулированных колебаний при АМ, ЧМ и ФМ:
а – модулирующее напряжение; б – амплитудно-модулированный сигнал;
в – частотно-модулированный сигнал; г – фазомодулированный сигнал

фаза сигнала получает дополнительное приращение Δ y= k _ФМ t, следовательно высокочастотный сигнал с фазовой модуляцией по пилообразному закону имеет вид

.

Таким образом, на отрезке 0 t ₁ частота равна w₁> w₀, а на отрезке t ₁ t ₂ она равна w₂< w₀.

При передаче последовательности импульсов, например, двоичного цифрового кода (рис.1.16, а), также может использоваться АМ, ЧМ и ФМ. Такой вид модуляции называется манипуляцией или телеграфией (АТ, ЧТ и ФТ).

Рис.1.16. Сравнительный вид манипулированных колебании при АТ, ЧТ и ФТ

При амплитудной телеграфии образуется последовательность высокочастотных радиоимпульсов, амплитуда которых постоянна в течение длительности модулирующих импульсов τ _и, и равна нулю все остальное время (рис.1.16, б).

При частотной телеграфии образуется высокочастотный сигнал с постоянной амплитудой, и частотой, принимающей два возможных значения (рис.1.16, в).

При фазовой телеграфии образуется высокочастотный сигнал с постоянной амплитудой и частотой, фаза которого изменяется на 180° по закону модулирующего сигнала (рис.1.16, г).