Фазова модуляція як спосіб передачі даних

Як відомо, радіочастотний сигнал складається з несучої, в основі якої лежить радіовипромінювання у вигляді простого гармонійного коливання u (t) = U cos (omega-t + phi-). З цього випливає, що в сигналі несучої частоти є три незалежних параметра, впливаючи на які можна відобразити зміни керуючого сигналу.

Звідси випливає можливість трьох видів: амплітудна (АМ), частотна (ЧМ) і фазова модуляція (ФМ).

Фазова модуляція

Фазова модуляція - це спосіб передачі аналогової або цифрової інформації методом зміни початкового кута (фази) phi-₀ несучої частоти переданого сигналу.

При ній фаза phi- (t) залежить від амплітуди керуючого (модулюючого) сигналу, тобто phi- (t) = omega-_0t + _Delta-phi- • sinOmega-t + phi-₀ = = phi-_{0 +} ke (t), де k - коефіцієнт пропорційності.

Фазово-модульований сигнал в загальному випадку описується виразом u (t) = U_н sin [omega-t + phi- (t)].

При модуляції одним тоном [e (t) = E sin Omega-t] маємо: phi- (t) = phi-₀ + kE sin Omega-t = phi-₀ + Delta-phi-_maxsin Omega-t.

Після підстановки значення phi- (t) в рівняння фазово-модульованого сигналу отримуємо u (t) = U_н sin (omega-_н t + phi-₀ + Delta-phi-_max sin Omega-t), де Delta-phi-_max - максимальне зміна фази, пропорційне амплітуді керуючого напруги. Delta-phi-_max називають інакше індексом кутовий модуляції і позначають через m.

Як видно, при ФМ m = Delta-phi-_max = KE. Миттєве значення змінюється в часі фазового кута Theta- (t) дорівнює Theta- (t) = omega-_н t + phi-₀ + msin Omega-t, так що omega- = d Theta- (t) / dt = omega-_н + mOmega- cosOmega-t, де mOmega- = Delta-phi-_maxOmega- = Delta- omega-_н = KEOmega- - максимальне відхилення частоти від omega-_н при ФМ, прямо пропорційне амплітуді і частоті модулюючого коливання.

фазовий модулятор

Таким чином, при ФМ індекс модуляції, що характеризує максимальне зміна фази, пропорційний амплітуді керуючого сигналу і не залежить від частоти модуляції. Зміна частоти щодо середнього значення (девіація) змінюється прямо пропорційно амплітуді і частоті модулюючого напруги.

Залежно від умов застосування фазова модуляція має кілька різновидів. Однією з них, зокрема, є відносна фазова маніпуляція.

При цьому виді залежно від модулюючого сигналу змінюється тільки фаза сигналу, а частота і амплітуда залишаються незмінними. При ОФМ інформаційне значення має не абсолютна зміна фази, а її зміна відносно попереднього значення.

Електронна схема, яка викликає зміну фазового кута модулированного коливання (щодо немодульованою несучої) відповідно до модулюючим сигналом, називається фазовий модулятор.

Розроблено багато типів таких зображень. Схема простого модулятора містить варікап - діод, здатний під дією керуючого напруги змінювати ємність переходу. У цій схемі модулююча напруга змінює ємність варикапа. Зсув фази залежить від відносної величини ємнісного опору цього діода і опір навантаження R.

відносна фазова маніпуляція

Таким чином, даний зрушення залежить від модулюючого напруги. Це і обумовлює фазову модуляцію радіосигналу. Проте, подібний зсув нелінійно пов'язаний з модулирующим напругою, ємність варикапа нелінійно пов'язана з модулирующим напругою, що створює додаткові проблеми при конструюванні фазових модуляторів.

У чистому вигляді фазова модуляція не знайшла достатньо широкого застосування через властивого їй серйозного недоліку - низькою помехозащищенности.