Surveillance de l'écart de l'émetteur FM. Signaux modulés en angle. Modulation de fréquence (FM) et de phase (PM). Cette vidéo parle de modulation de fréquence

1.3.2. Fréquences Lors d'une expérience en milieu rural, un signal provenant d'un émetteur-récepteur portable a été reçu par un autre correspondant situé à 22 m de moi - reçu sur une station de radio identique réglée sur les mêmes fréquences. Au cours de l'expérimentation, une chose intéressante a été remarquée.

Un autre type de modulation couramment utilisé dans les communications radio est la modulation de fréquence (FM), dans laquelle la fréquence porteuse est modifiée en fonction du signal de modulation (Fig. 15.1).

Riz. 15.1. Modulation de fréquence.

Notez que l'amplitude de la porteuse reste constante, mais la fréquence varie.

Déviation de fréquence

L'écart de fréquence est le degré auquel la fréquence porteuse change lorsque le niveau du signal change de 1 V. L'écart de fréquence est mesuré en kilohertz par volt (kHz/V). Supposons, par exemple, qu'une porteuse d'une fréquence de 1 000 kHz doive être modulée avec un signal carré d'une amplitude de 5 V (Fig. 15.2). Supposons également que l'excursion de fréquence soit de 10 kHz/V. Ensuite, dans l'intervalle de temps de A à B, la fréquence porteuse augmentera de 5 10 = 50 kHz (le produit de l'amplitude du signal et de l'excursion de fréquence) et deviendra égale à 1000 kHz + 50 kHz = 1050 kHz. Dans l'intervalle de temps de B à C, la fréquence porteuse changera du même montant, à savoir 5 · 10 = 50 kHz, mais cette fois dans le sens négatif avec une diminution de la fréquence porteuse à 1000 - 50 = 950 kHz.

Riz. 15.2.

Déviation maximale

Le changement de fréquence porteuse lorsque le niveau du signal change doit être limité à une certaine valeur maximale, dont le dépassement est inacceptable. Cette valeur est appelée déviation maximale. Par exemple, les émissions BBC FM utilisent une déviation de fréquence de 15 kHz/V et une déviation maximale de 75 kHz. L'amplitude maximale du signal modulant est déterminée par l'écart maximal admissible.

Déviation maximale ±75

Signal maximal = -------------- = -- = ±5 V

Écart de fréquence 15

ou en d'autres termes, 5 V vers la région positive ou négative.

Fréquences latérales et bande passante

Si la porteuse est modulée en fréquence avec un signal harmonique, un nombre illimité de fréquences secondaires sont générées. Les amplitudes des composantes latérales diminuent progressivement à mesure que la fréquence de ces composantes s'éloigne de la fréquence porteuse.

Ainsi, pour accueillir toutes les fréquences secondaires, la bande passante du système FM doit être infinie. En pratique, les composantes secondaires de faible amplitude d’un signal FM peuvent être rejetées sans introduire de distorsion notable. Par exemple, les émissions FM de la BBC utilisent une bande de fréquences de 250 kHz.

ComparaisonSUIS.- et systèmes de modulation FM

Amplitude Fréquence

modulation modulation

1. Modifications de l'amplitude de la porteuse le long des restes

Avec signal constant

2. Fréquences latérales Deux pour chaque Infini

Fréquences dans le numéro du spectre

Signal

3. Bande passante occupée Bande de fréquence de 9 kHz à 250 kHz

4. Gamme de fréquences LW, MW. Ko VHF

Avantages de la modulation de fréquence

La diffusion FM présente les avantages suivants par rapport à la diffusion de programmes AM.

1. Le système FM offre une meilleure qualité sonore. Cela est dû à la large bande passante de fréquence du signal FM, couvrant un nombre beaucoup plus important d'harmoniques.

2. La transmission FM atteint des niveaux de bruit très faibles. Le bruit est constitué de signaux indésirables qui apparaissent à la sortie, généralement sous la forme de changements dans l'amplitude de la porteuse. Dans un système FM, ces signaux sont facilement éliminés en limitant de manière bidirectionnelle l'amplitude de la porteuse. Les informations véhiculées par le changement de fréquence sont entièrement conservées.

Cette vidéo parle de modulation de fréquence :

Conférence n°12.

Modulation de fréquence de la porteuse harmonique.

La modulation de fréquence (FM) est le processus de modification de la fréquence d'une onde porteuse sous l'influence d'un signal de modulation.

,

où est le coefficient de proportionnalité.

Le coefficient s'appelle écart de fréquence (de lat. déviation– écart) et il est égal à l’écart le plus grand de la fréquence du signal modulé par rapport à la valeur de la fréquence porteuse. Le changement de fréquence du signal FM est représenté sur la figure, où l'écart de fréquence correspondant à l'écart de fréquence vers le bas le plus important est marqué, puisque .

La déviation de fréquence est l'un des principaux paramètres des modulateurs de fréquence et peut prendre des valeurs allant de quelques hertz à des centaines de mégahertz dans les modulateurs à des fins diverses. Il faut cependant toujours que la condition soit remplie.

Le modèle mathématique du signal FM est le suivant

Puisqu'elle est incluse dans cette expression sous le signe intégral, la FM est souvent appelée un type de modulation intégral.

Modulation de phase d'une porteuse harmonique.

La modulation de phase (PM) est le processus de déviation (décalage) de la phase d'un signal modulé du linéaire sous l'influence d'un signal modulant

où est le coefficient de proportionnalité, appelé écart de phase . La signification physique de ce coefficient est expliquée dans la figure qui montre le signal modulant et la phase totale du signal PM.

À mesure que le signal augmente, la phase totale augmente dans le temps plus rapidement que selon une loi linéaire. Aux valeurs du signal, la vitesse diminue. La valeur absolue de l'écart de phase (décalage) par rapport au linéaire est la plus grande lorsqu'elle atteint des valeurs extrêmes. La figure montre l'écart de phase maximal de haut en bas. Le plus grand écart de phase par rapport au linéaire est l'écart de phase pendant la PM. Dans l'exemple illustré sur la figure, . L'écart de phase est mesuré en radians et peut aller d'unités à des dizaines de milliers de radians.

Le modèle mathématique d'un signal FM ressemble à ceci :

Signaux à tonalité unique avec modulation d'angle.

Lorsqu'elles sont modulées avec une seule tonalité, les expressions analytiques des signaux FM et FM sous forme d'enregistrement ont exactement la même forme

Où - indice de modulation. La seule différence réside dans l'ordre de calcul de l'indice et la phase de l'oscillation modulante. En FM, l'indice de modulation est le rapport de l'écart de la fréquence du signal modulé à la fréquence du signal harmonique modulant, c'est-à-dire. Avec PM, l'indice de modulation est une valeur égale à l'écart de phase du signal modulé avec un signal de modulation harmonique, c'est-à-dire.

Sur la base de tout cela, il s'ensuit que le signal modulé en fréquence est en même temps modulé en phase. L'inverse est également vrai, donc FM et PM dans le cas général sont des types de modulation angulaire d'une porteuse harmonique.

Avec un signal modulant harmonique, les chronogrammes FM et PM ont exactement la même apparence. Ils ne peuvent être distingués qu'en comparant le changement de phase instantanée du signal modulé avec la loi de changement de l'oscillation modulante.

Spectre à angulaire

modulation.

Les signaux à modulation angulaire, comme avec AM, peuvent être représentés comme une somme d'oscillations harmoniques. Cela peut être réalisé relativement simplement avec une modulation à tonalité unique. Étant donné que les diagrammes temporels des signaux FM et FM sont presque identiques, leurs spectres coïncideront également, à condition que . Pour construire le spectre des signaux avec modulation angulaire, utilisez la formule suivante :

,

où est la fonction de Bessel d'ordre 3 de l'argument .

Contrairement aux signaux AM, spectre même pour la modulation d'angle à ton unique, c'est complexe. Ce spectre lui-même est constitué : d'une composante harmonique avec une fréquence porteuse, bande latérale supérieure– des groupes de composantes harmoniques avec des fréquences et bande latérale inférieure– groupes de composantes harmoniques avec fréquences . Le nombre de fréquences latérales hautes et basses est théoriquement infini. Les vibrations harmoniques latérales sont localisées symétriquement par rapport à la distance. Les amplitudes de toutes les composantes du spectre, y compris celles avec fréquence, sont proportionnelles.

Pour une analyse détaillée et la construction de diagrammes spectraux, la connaissance des fonctions de Bessel pour différentes valeurs de et est requise. Ils peuvent être trouvés dans des ouvrages de référence mathématiques.

Graphiques des fonctions de Bessel.

Cette figure montre des graphiques des fonctions de Bessel pour , .

Étant donné que le nombre de composantes spectrales du spectre de modulation angulaire est théoriquement égal à l'infini, vous devez décider combien d'entre elles prendre pour construire un diagramme spectral. Tout dépend des composants avec quelles valeurs d'amplitude nous rejetons. En pratique, on considère que toutes les composantes spectrales dont le nombre (niveau est inférieur à 5 % du niveau de la porteuse) peuvent être négligées. Il en résulte que largeur spectrale des signaux modulés en angle

,

où est la fréquence du signal modulant. Pour transmettre un signal modulé avec une grande précision, on pense parfois qu'il est nécessaire de prendre en compte des composantes spectrales d'un niveau d'au moins 1 % du niveau de la porteuse. Ensuite, la largeur du spectre modulé en angle

Si , alors la modulation angulaire est considérée bande étroite et sa largeur spectrale est comparable à la largeur du spectre de modulation d'amplitude. Si , alors la modulation angulaire est haut débit et sa bande passante est approximativement égale à deux fois l'excursion de fréquence.

Les modulations angulaires, en particulier celles à large bande, ont une plus grande immunité au bruit que la modulation d'amplitude, c'est pourquoi elles sont utilisées dans les systèmes de communication pour la transmission de messages de haute qualité. Cependant, cela élargit considérablement la bande de fréquences du signal modulé.

Par exemple, une expression analytique pour un signal modulé est donnée. Le diagramme spectral dans ce cas ressemblera à ceci

Diagramme spectral des signaux à modulation angulaire monotone à .

Autres quantités caractérisant la Coupe du monde

• Indice de modulation de fréquence- le rapport entre l'écart de fréquence et la fréquence du signal modulant.

Aspects métrologiques

Mesures

• Les déviomètres sont utilisés pour mesurer l'écart de fréquence ; il existe également une méthode de mesure indirecte - utilisant les fonctions de Bessel, qui offre une grande précision.
• Les mesures de référence de l'écart de fréquence sont des installations de vérification spéciales - calibrateurs d'écartomètres de fréquence (installation REEDCH-1).

Normes

• Norme spéciale d'État pour l'unité d'écart de fréquence GET 166-2004- situé à VNIIFTRI.

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Littérature

• Manuel sur les fondements théoriques de la radioélectronique.- Sous. éd. B. Kh. Krivitski. En 2 volumes - M : Energie, .

Links

Voir aussi

Un extrait caractérisant l’écart de fréquence

Les systèmes à modulation de fréquence ont une immunité élevée au bruit, ils sont donc utilisés pour la diffusion radio haute fréquence sur ondes ultrasonores, pour la transmission de signaux audio de télévision, dans les lignes de communication radio et par satellite, ainsi que pour la transmission de signaux télégraphiques et phototélégraphiques.

Si la modulation est effectuée par une tonalité sinusoïdale, alors l'expression de l'oscillation modulée en fréquence a la forme

où est l'amplitude de l'oscillation haute fréquence ;

– la valeur de la fréquence haute (porteuse) avant modulation;

– fréquence de tension modulée ;

– indice de modulation de fréquence, déterminé à partir de l'expression

, (2.5)

où – déviation haute fréquence pendant la modulation – déviation de fréquence.

La valeur instantanée de la fréquence du signal modulé en fréquence sera .

L'écart de fréquence lors de la modulation est proportionnel uniquement à l'amplitude de la tension modulante et ne dépend pas de sa fréquence :

La figure 2 montre un graphique d'oscillations modulées en fréquence correspondant à l'expression (2.4). La fréquence de l'oscillation modulante détermine le taux de variation de la valeur d'écart instantanée , ( – écart maximal).

Figure 3 – Graphique d'oscillation modulée en fréquence

Dans la pratique des mesures radio, notamment dans les conditions d'exploitation, l'excursion de fréquence est déterminée ; L'indice de modulation de fréquence lors de la modulation avec une fréquence est déterminé par la formule (2.5). Pour des mesures précises des oscillations modulées en fréquence, lors de la configuration des appareils de mesure de transmission et d'étalonnage, l'indice de modulation de fréquence est déterminé et, selon la formule (2.5), l'écart de fréquence est déterminé.

Mesure de l'écart de fréquence

Le moyen le plus simple de mesurer l’écart de fréquence consiste à utiliser un détecteur de fréquence. Son essence réside dans le fait que les oscillations modulées en fréquence sont converties en oscillations modulées en amplitude puis détectées par un détecteur d'amplitude, ce qui donne une tension proportionnelle à la tension de la fréquence de modulation. Cette tension est mesurée par un voltmètre crête connecté en sortie du détecteur d'amplitude. Comme il ressort de l'expression (2.6), l'échelle de crête du voltmètre peut être calibrée directement en unités d'écart de fréquence - kilohertz. Les oscillations modulées en fréquence sont converties en oscillations basse fréquence par un détecteur de fréquence (voir Figure 4), dont la caractéristique a la forme d'une courbe en forme de S. Les pièces du détecteur de fréquence, notamment les circuits oscillants, doivent être de qualité particulièrement élevée, car la moindre modification de leurs paramètres dans le temps provoque une erreur de mesure importante.

Figure 4 – Circuit du détecteur de fréquence

Un schéma fonctionnel d'un dispositif de mesure de l'écart à l'aide de la méthode du détecteur de fréquence est présenté à la figure 4. L'appareil est essentiellement un récepteur haute fréquence calibré d'oscillations modulées en fréquence avec des instruments de mesure pour lire directement les quantités requises. Le signal modulé est converti en une fréquence intermédiaire, amplifié, limité et envoyé à un détecteur de fréquence dont la tension de sortie est proportionnelle à l'écart de fréquence ; le résultat de la détection passe à travers un filtre passe-bas, amplifié et mesuré avec un voltmètre de crête. L'échelle de cette dernière est calibrée en unités de déviation - kilohertz. À l'aide d'un calibrateur interne, le détecteur de fréquence et toute la partie de mesure de l'appareil sont vérifiés. L'erreur de mesure est .

Figure 5 – Schéma fonctionnel d'un excursionmètre de fréquence

Exercice: déterminer la valeur réelle de l'écart de fréquence, en tenant compte de l'erreur de mesure et des lectures du voltmètre de crête, dont l'échelle est calibrée en unités d'écart - kilohertz.

Par exemple, en multiplex de fréquence RRL, un message multicanal est transmis en utilisant la modulation de fréquence de l'émetteur. Pour mettre en œuvre une connexion RRL, il est nécessaire que l'écart de fréquence soit le même, c'est-à-dire que pour un nombre différent de canaux, le CCIR indique la valeur de l'écart de fréquence effectif. Dans ce cas, le niveau de mesure et .

Généralement, la limite supérieure de la puissance moyenne d'un message multicanal est déterminée et l'écart de fréquence effectif est calculé.

Tableau 9– Valeur effective de l'écart de fréquence par canal, kHz

Le chargement d'un canal téléphonique avec un niveau crée un écart de fréquence efficace par canal

Par exemple, la valeur effective de l'écart de fréquence par canal, à 240 > N>100 .

Tableau 10

En comparant la valeur mesurée, en tenant compte de l'erreur, avec la valeur calculée, tirer une conclusion sur le respect des recommandations du CCIR.