Свежие комментарии

Радио — модуляция

Я не знаю, правильно ли я делаю, написав статью по такому общеизвестному вопросу.
Но некоторые моменты мне показывают, что далеко не все представляют «как голос попадает в ящик».

Поэтому тема будет — модуляция, то есть как передать голос по радио…

Вообще-то модуляций есть великое множество и встречаются очень замысловатые. Но мы рассмотрим только самые простые, которые применяются в радиовещании.

Итак, мы имеем высокочастотные незатухающие колебания, годные для отправления на антенну (называются «несущая частота»), на которые мы должны «посадить» низкочастотные звуковые колебания, то есть голос.
Для начала — какие должны быть колебания.
По теореме Котельникова — высокочастотные колебания должны быть хотя бы в два раза чаще, чем низкочастотные колебания, которые они переносят. То есть если вы хотите передать хорошего качества звук голоса с частотой 20 кГц, а можете передавать только в нижнем краю длинных волн с частотой 30 кГц, то у вас ничего не получится. Хотя не совсем ничего — частоты в звуке голоса, которые ниже 15 кГц будут слышны, а более высокие частоты — нет.
Кстати, поэтому связь с подводными лодками (которая производится на сверхдлинных волнах), невозможна голосом, только морзянкой, да и то медленной.

amИтак, сначала рассмотрим амплитудную модуляцию, которая возникла первой и много лет была единственной.

На картинке — сверху низкая звуковая частота, потом высокочастотная волна — несущая волна и в самом низу то, что должно быть получено в результате модуляции. После приема из этой модулированной волны получают исходные звуковые колебания.

Сложного ничего, хотя сейчас даже над этой простой модуляцией изгаляются — модулируют не целиком волну, а только верхнюю половину, нижняя (отрицательная) часть остается ровной. Это происходит потому, что вообще-то амплитудная модуляция ужасно неэффективна и такое «отрезание» позволяет уменьшать мощность передатчика. Такой метод называется подавлением боковой полосы. Однако, такие волны могут создать проблемы для детекторного приемника, если диод установлен неправильно.

Главный параметр этой модуляции называется коэффициентом модуляции. Он показывает, насколько «глубоко» изменяется волна. То есть насколько глубоки «провалы» и «выступы» в модулированной волне. Если переборщить — будут слышны хрипы и прочие искажения голоса.

Амплитудная модуляция плоха еще тем, что она не есть помехозащищенной. То есть при передаче сила сигнала будет меняться, где-то затухать, где-то переотражаться, да и просто складываться с разрядами атмосферного электричества, что проскакивают на ее частоте. Это помехи мы и слышим, включив длинные или средние волны. Собственно, если вы слушаете радио (или пользуетесь рацией) и в наушнике присутствуют эти характерные шумы — будьте уверены, вы используете амплитудную модуляцию.

Недостатков у этой модуляции море, и всего один плюс — очень простая реализация как в передатчике, так и в приемнике, поэтому, как ни странно, от нее до сих пор не отказались.

250px-Frequency-modulationВторой тип модуляции — это частотная модуляция. Сейчас она применяется для УКВ диапазона. Более того, если в радиоприемниках на английском «длинные волны» обозначаются LF (Low Frequency), то есть низкой частоты, средние волны — MF (Medium frequency), то вместо «ультра коротких волн» обычно пишут FM (Frequency Modulation), что означает «частотная модуляция».

Частотная модуляция немного похитрее — в соответствии с силой звука меняется не амплитуда, а частота электромагнитной волны. Как результат — очень сильно повышается помехоустойчивость, потому что если амплитуда в процессе прохождения через атмосферу может «побиться», то уж частота останется прежней.
Это подтверждается при прослушивании FM-станций. Звук идет очень чистый, без шипения и качество его держится до последнего, шипеть начинает только при почти пропадающем сигнале.

Также эта модуляция очень энергоэффективна.


Чтобы понять, как работает и чем отличаются эти две модуляции, можно посмотреть на такие анимашки:
250px-Amfm3-en-deAmfm2



Если вы включаете радиоприемник, чтобы послушать музычку — будьте уверены, этими двумя модуляциями все и закончится.

450px-Phase_modulation_BPSK_GPSНо в радиосвязи еще применяют фазовую модуляцию.
Фазовая модуляция не применяется для кодирования голоса, а только бинарного кода, такой модуляцией передают цифровую информацию.

Конечно, в эфире бегает очень забавные гибриды этих все (и еще других) модуляций. Особенно это любит делать телевидение, там настолько зубодробительные миксы фазовых и частотных модуляций, что помогает только хардкорная математика.

Сейчас изобретения модуляций не остановилось. Проводятся опыты с поляризацией электромагнитной волны, так что, возможно, скоро возникнет еще более сложные методы передачи информации…

43 комментария Радио — модуляция

  • Nalivai

    > она не есть помехозащищенной
    Это так и задумывалось?
    А по теме — хорошо, годно изложено, как всегда, спасибо.

  • радист

    «то вместо «коротких волн» обычно пишут FM»
    Ультракоротких, скорее. Короткие волны — HF или SW.

  • quwy

    модулируют не целиком волну, а только верхнюю половину, нижняя (отрицательная) часть остается ровной. … Такой метод называется подавлением боковой полосы.
    SSB — это отнюдь не модуляция одного полупериода, как у вас написано. Это по сути перенесение спектра звука в область высоких частот.

    Однако, такие волны могут создать проблемы для детекторного приемника, если диод установлен неправильно.
    Такие колебания в принципе не могут быть приняты на детекторный приемник.

    • kraz

      Статья для гуманитария, если сможете объяснить проще — прошу. А то у меня все-таки сильно сложно получилось, хотя я отбрасывал все что мог.

      • Taras

        При чём здесь простота? У Вас просто не правильно. Модуляция только одной полуволны в принципе не возможна, так нет возможности передать потенциал, а только напряжение. То есть сигнал в любом случае дифференциальный и кривыми окажутся и верх, и низ. Модуляция с одной боковой полосой — это когда после амплитудной модуляции узким фильтром отрезается часть спектра амлитудно-модулированного сигнала. Что здесь сложного для понимания? Уж если человек знает, что такое радиоволны, то знает и про спектр и про то, что можно пропустить только часть частот имеющегося сигнала. Зато правильно. Про фазовую модуляцию у Вас толком не написано. Ну ладно я понял Ваш график, но я кандидат технических наук. Любое колебание имеет три характеристики: амплитуду, частоту и фазу. Амплитуда характеризует перепад между горбом и впадиной волны. По определению это расстояние от середины между впадиной и горбом до горба. Но при невозможности передать потенциал середину приходится искать по горбу и впадине, поэтому амплитуда характеризует перепад именно между ними, хоть и равна половине этого перепада. Частота характеризует расстояние между двумя горбами. Причём, чем частота больше, тем расстояние меньше. Расстоянию между горбами равен период колебания, это характеристика из одной из альтернативных троек, когда колебание характеризуется амплитудой, перидом и фазой. А ещё колебание можно характеризовать амплитудой, длиной волны и фазой. Если расстояние между горбами мерить на графике, на котором по оси абсцисс отложено время, то расстояние между горбами равно периоду, а если на графике, на котором по оси абсцисс отложена координата в пространстве, то расстояние между горбами равно длине волны. Частота обратна периоду и равна отношению скорости волны к её длине. Но волна — это колебание, которое где то распространяется, поэтому третья тройка может описывать колебание в кабеле (фидере) и в эфире, но её нет в самом модуляторе. А фаза — это то, что отличает синус от косинуса. Если поменять фазу полебания на полпериода, то горбы сменятся впадинами, а впадины — горбами. А если поменять фазу на четверть периода, то впадины и горбы меняются на середины между впадинами и горбами, половина середин между впадинами и горбами сменится горбами и остальные середины между впадинами и горбами сменятся впадинами. Синус от косинуса отличается именно на четверть периода. Теоретически существует как минимум четыре разновидности фазовой модуляции и все они сводятся к изменению фазы в зависимости от передаваемой информации. Именно фазовой модуляцией называется плавное изменение фазы в зависимости от напряжения модулирующего сигнала. Например, от напряжения, снимаемого с микрофона. Чем выше это напряжение, тем колебание ближе к синусу, умноженному на минус единицу, а чем напряжение, снятое с микрофона ниже, тем колебание ближе просто к синусу. Но приёмник не «знает», какую фазу принимать за 0 и для восстановления информации пришлось бы передать опорный сигнал той же частоты, но постоянной фазы, а информацию передавать не фазой, а разностью фаз. Передать опорный сигнал другой частоты нельзя, так как тогда разность фаз будет переменной даже в том случае, если сигнал не модулирован. Но если передать два сигнала одной частоты в эфир, то они смешаются и выделить два колебания, а потом определить их разность фаз будет нельзя. Поэтому такая модуляция даже теоретически возможна только при передаче по проводам или волноводам. Причём, проводов нужно как минимум три даже при передаче информации таким способом внутри одного устройства, экранированного целиком, либо находящегося в космическом войде вдали от любых источников помех. Если же требуется обеспечить хоть какую то защиту от помех средствами самого кабеля, или шины, то минимальное количество проводов увеличивается уже до четырёх, либо нужны два коаксиальных кабеля, возможно объединённых в более сложный кабель. При передаче же по волноводам нужны как минимум два волновода. Поэтому для передачи аналоговой информации фазовая модуляция не удобна и в радиовещании не применяется. Телевизионный сигнал, даже аналоговый, несколько более свободен от таких ограничений потому, что поделён на дискретные периоды, в течении каждого из которых передаётся информация только об одном кадре. Поэтому в телевизионном сигнале есть дополнительная информация, позволяющая учесть изменение разности фаз двух сигналов разной частоты, теоретически можно даже определить, какая именно фаза в телесигнале соответствует просто синусу (нулю), вообще без опорного сигнала, например, передать просто синус в начале каждого кадра, а в конце предыдущего кадра уменьшить амплитуду до ноля. Но и есть ещё как минимум три вида фазовой модуляции, называмые фазовой манипуляцией. Фазовая манипуляция — это резкие дискретные изменения фазы в зависимости от значения передаваемого бита. Каждый бит может иметь любое из двух значений: 0 или 1. Можно каждому значению поставить в соответствие одну фазу. Будут те же проблемы, как и при фазной модуляции. А можно менять фазу каждый раз при передаче бита, значение которого отличается от предыдущего. И в начале всей передачи придётся добавить лишний не значащий бит. Но тогда будет проблема синхронизации приёмника и передатчика. Если подряд передать миллиард одинаковых бит, то узнать, что их ровно миллиард можно только одним способом — отсчитав миллиард битовых интервалов. А по каким «часам»? Если «часы» приёмника отстают всёго на 1 секунду за 31 год 251 день 13 часов, 21-ну минуту 28 секунд, то пока передатчик передаст миллиард бит, приёмник отсчитает девятьсот девяносто девять миллионов девятьсот девяносто девять тысяч девятьсот девяносто девять битовых интервалов. И если миллиард первый бит отличается, то приёмник примет миллиардный бит не правильно. Опять нужен какой то опорный сигнад, но уже передающий не нулевую фазу, а «точное время». Но теоретически можно выделить его счётчиком колебаний и разделить выход этого счётчика на отношение битового интервала к периоду несущей волны. Наконец, можно менять фазу в разные моменты времени в течении битового интервала в зависимости от значения каждого передаваемого бита. Например, всегда менять фазу в начале каждого битового интервала и ещё раз через треть или через половину битового интервала в зависимости от значения передаваемого бита. Можно скомбинировать с другими видами модуляции. Например, в конце каждого битового периода уменьшать амплитуду до ноля, начинать каждый битовый период просто с синуса и в зависимости от значения бита менять или не менять фазу в течении битового интервала, или менять её чётное, или нечётное количество раз за интервал, в зависимости от передаваемого бита.

  • Aleks A

    quwy прав, SSB это слишком сложно как в формировании сигнала, так и в приёме. На пальцах это даже не объяснить, как АМ. Только с помощью гармонического анализа.
    У АМ тоже не так всё просто. Чтобы модулировать АМ передатчик мошностью 100 Вт, с приемлемой глубиной модуляции, надо иметь усилитель низкой частоты такой же мощности. А он есть у вас в средние века? Максимум угольный микрофон и, значит, максимум 10 Вт мощности передатчика.
    А вот с частотной модуляцией проще. Конденсаторный микрофон практически без затрат звуковой мощности может модулировать ЧМ передатчик хоть 100 Вт, хоть 1000 Вт.
    И приниматься узкополосная ЧМ вполне будет на детекторный АМ приёмник. При небольшой расстройке от частоты передачи. На склоне резонансной характеристики контура детекторного приёмника ЧМ будет преобразовываться в АМ и детектироваться как положено.
    Можно себе позволить пофантазировать, как SSB сигнал принять на детекторный приёмник, если рядом поставить гетеродин, который восстанавливает подавленную несущёю. Но это настолько геморойное дело, что не стоит связываться. Тем более SSB сигнал к нам не придёт. Никто не сможет его создать до начала 20 века. А в начале 20 века для этого появились регенеративные приёмники.

    • kraz

      Из чего будем делать конденсаторный микрофон «на коленке»?

      • Aleks A

        Из двух параллельных полосок фольги (пусть даже золотой или серебрянной. А может у нас где-то фольга от шоколадки завалялась из прошлой жизни), натянцтых на деревянную рамку. Или получше диэлектрик подобрать: мрамор или керамику. Если перед этими полосками говорить, расстояние между ними меняется, меняется и ёмкость. Осталось подключить этот микрофон к контуру генератора. Можно ко всему контуру получится более широкополосная модуляция, можно к части витков, будет менее широкополосная.

        • kraz

          Ну, хорошо, давайте уточним. Вот вы в Древнем Риме (в средневековье с технологиями было еще хуже), где вы возьмете пару полосок фольги, которые потоньше шоколадной, но с такой же равномерностью?
          И заметьте — я даже не заикаюсь, где вы там возьмете ВЧ.

          К чему я это все клоню — в те времена, когда рекомендуется использовать такой варварский метод, мы не сможем его реализовать. А в те времена, когда он станет реализуем, можно сделать уже по-человечески.

          • Aleks A

            В те античные времена модно было покрывать статуи фольгой из золота. Золото очень пластично и поэтому и используется в ювелирном деле. Из него фольгу проще всего сделать. Прияём для ЧМ не имеет значение равномерность толщины этой фольги.
            Но фольга это не единственный способ. Добиться изменения частоты можно разными способами. Например передавая звуковые колебания от рупора через натянутую шёлковую нить на катушку генератора. На генераторную лампу. Есть такой микрофонный эффект ламп.

            Это описание способов модулировать частоту звуком. К виду генератора прямого отношения не имеет.
            Есть у нас ламповый генератор — подсоединяем контур с системой ЧМ к ламповому.
            Нет лампового, подсоединяем тот же контур к дуговому.
            С искровым ничего хорошего не получится.

            Ещё одно преимущество ЧМ — генератор работает с постоянной амплитудой высокой частоты в стабильном режиме. А амплитудная модуляция по своей сути невозможна без изменения амплитуды сигнала и значит генератор работает с переменной нагрузкой и в переменных режимах это может приводить к срыву генерации.

            • kraz

              >>Золото очень пластично и поэтому и используется в ювелирном деле. Из него фольгу проще всего сделать

              Золото — оно очень мягкий материал. То есть либо фольга будет слишком грубая и звук ловить не станет, либо будет рваться пару раз в день. Я не говорю, что это невозможно, но я могу гарантировать, что для отработки процесса понадобится не один год. Надо вообще разобрать виды микрофонов…

              >>На генераторную лампу

              Вот-вот, я именно об этом. Если есть генераторные лампы(!) то может не заниматься ерундой, а?

              • Aleks A

                Толщина фольги не имеет принципиального значения. Микрофонным эффектом обладают лампы. От звука меняется расстояние между электродами. Есть даже специальные лампы механотроны.
                http://ru.wikipedia.org/wiki/Механотрон
                Микрофонным эффектом обладают и корпуса радиоаппаратуры. А это далеко не фольга.
                Не получится с простым конденсаторным микрофоном, не надо тратить годы. Есть другие варианты. Как писал выше — звуковые колебания можно механически подавать на катушку контура.
                Если у нас ламповый генератор- то механически на саму генераторную лампу.
                Если нет генераторных ламп, можно пользоваться электрической дугой.

                Если есть генератор, то модуляция для него очень желательна. Потому, что одну несущую не примет на слух детекторный, да и любой АМ приёмник.

                • kraz

                  Про микрофонный эффект тут есть отдельная статья
                  Но еще раз — если у нас есть лампы, то там все будет куда как повеселее. И дикие методы с подачей ВЧ на золотую мембрану… Не вижу смысла в упор.

                  Так что давайте описывайте как это сделать БЕЗ ламп. Мне очень интересно, мож я что пропустил.

                  А толщина фольги очень даже важна. В тех же лампах микрофонный эффект из-за колебания тонких нитей. Толстая фольга вибрировать почти и не будет, ее колебания можно будет засечь только очень чувствительными приборами, которых не будет.

                  • Aleks A

                    Уже писал, что контур с системой ЧМ можно подключить и к ламповому и к дуговому генератору. Можно и к искровому, и будет работать, только полезным этот сигнал не назовёшь.

                    У нас контур из подручных материалов. Катушка из медной полоски и 2 прарллельные пластины 20Х20 см на расстоянии 3 мм, допустим. параллельно этим пластинам подключаем ещё 2 маленькие, пусть 3х3 см. Тот же конденсатор, только на него подаются ещё и механические звуковые колебания. В контуре возникли ВЧ колебания. Что здесь противоречит основам электро или радиотехники?
                    Не нравится маленький конденсатор? Убираем, подаём механически звуковые колебания на виток катушки. Эффект тот же, за счёт деформации катушки и измененния её индуктивности — ЧМ.

                    Про толщину менбраны. Есть система снятия звуковых колебаний с оконного стекла. Например с помощью лазерного луча. Оконное стекло никак не микронной толщины, а в среднем 3 мм, а может и до 9 мм. Но это не мешает стеклу передавать звуковые колебания из комнаты.

                    Есть детская игрушка — ниточный телефон. 2 пустых консервных банки, к середине каждой прикреплена прочная нить. Расходимся на длинну натяжения нити и говорим в банку, по нити передаётся звук на другую банку. Телефон работает. Менбрана из жести консервной банки. Годится и бумажная коробка. Игрушка пионеров 50 годов. Впрочем такая игрушка может пригодиться и в любом другом времени. Связь на расстоянии 50-100 метров и нельзя подслушать постороннему.

                    • kraz

                      Давайте я все же объясню, почему я так взъелся на фольгу.
                      Золото — металл очень пластичный (именно поэтому из него в древности могли тонкие листы делать), поэтому колебания не держат. То есть либо оно будет настолько толстое, что вибрировать не будет, либо если будет — то в течении часа потеряет свои способности банально потому, что «растянется».
                      Золото — это не жестянка и не стекло! А золотая фольга — в особенности.

                      А емкость такого золотого кондюка уйдет уже через пару минут, нужно будет постоянно подстраивать — постоянно!

                      Поэтому я просто не вижу смысла с этим заморачиваться. Есть методы как бы попроще.

    • Йож

      На конденсаторный микрофон ВЧ подавать (или непосредственно его в генератор вкрячивать) — дело нездоровое. Хотя бы ради из соображений стабильности нужна какая-то развязка.

      А уж ВЧ высокой мощности на конденсаторном микрофоне — дело нездоровое в высшей степени. 🙂

      • Aleks A

        Действительно, держать конденсаторный микрофон в руках дело нездоровое.
        Развязка может быть самая простая, конденсаторный микрофон вместе с контуром как одно целое, а звуковые колебания на него подаются с помощью рупора и нити из диэлектрика.

    • Taras

      Сложно в реализации, просто в понимании принципа.

    • Taras

      «У АМ тоже не так всё просто. Чтобы модулировать АМ передатчик мошностью 100 Вт, с приемлемой глубиной модуляции, надо иметь усилитель низкой частоты такой же мощности. А он есть у вас в средние века? Максимум угольный микрофон и, значит, максимум 10 Вт мощности передатчика.» А вот фиг. Во-первых модулятор — это высокочастотный нелинейный усилитель, в котором смешаны колебания двух разных частотных диапазонов. И мощность сигнала определятся только его мощностью, а для модулирующего сигнала важна не мощность, а амплитуда напряжений. Мощность же этого сигнала определяется отношением горба напряжения к входному сопротивлению, а оно высокое. Во-вторых даже амплитуда напряжения сказывается не на мощности сигнала, а на глубине модуляции, да и то не прямо, важно соотношение этого напряжение со степенью нелинейности. В-третьих для модуляции с приемлемыми искажениями модулирующий сигнал должен превосходить несущую, а не быть равен ей. Потому что на его диапазоне от впадины до горба нелинейность должна быть заметна, а на диапазоне несущей от впадины до горба — нет. В-четвёртых даже смешивать в пассивном нелинейном элементе, то и тогда в принципе можно промодулировать Ваттом килоВатт. Вопрос в глубине модуляции и искажениях. То есть в качестве результата. Наконец, в-пятых можно усилить промодулированный сигнал ещё раз. Мощность в фидере и в антенне вырастет, а на параметрах модулирующего сигнала это ни как не отразится. И на мощных военных станциях так и делается.

    • Taras

      «Конденсаторный микрофон практически без затрат звуковой мощности может модулировать ЧМ передатчик хоть 100 Вт, хоть 1000 Вт.» Это опасно. По одной причине: волновое сопротивление антенны от мощности передатчика не зависит и приходится наращивать напряжение. Оно же будет и в микрофоне. Кроме того, сложно даже в управляемом генераторе получить сразу требуемую девиацию, поэтому даже использовалось умножение частоты для увеличения её девиации. А если микрофон включен прямо в контур генератора и просто меняет резонансную частоту, то будет другая проблема. Генерировать сразу мощные гармонические колебания достаточно затратно, чтоб оправдать использование усилителей даже для тех сигналов, которые не выходят из отдельно взятого устройства. И не только затратно. Любой отбор мощности сразу сказывается на добротности контура, а в управляемом генераторе, предназначенном не для частотной манипуляции, а именно для аналоговой частотной модуляции она и так несколько ниже. И опять таки на микрофоне будет опасное напряжение из-за того, что этот контур — нагрузка усилителя с отрицательной обратной связью с коэффициентом, превышающим порог самовозбуждения. Мало того, напряжение на микрофоне будет ещё больше из-за того, что колебание смещено целиком в положительную полуплоскость. Убиться можно проще. Даже если ограничиться использованием электричества.

    • Taras

      «И приниматься узкополосная ЧМ вполне будет на детекторный АМ приёмник. При небольшой расстройке от частоты передачи. » А мужикам то и не понравилось. На столько, что балансный детектор придумали. Это два AM детектора с симметричными относительно частоты не модулированного сигнала фильтрами, усилитель в этом случае юзается только дифференциальный, к его входам подключаются оба детектора. А есть ещё счётный детектор, он вообще непосредственно измеряет частоту. И ещё амплитуду перед детектором специально выравнивают, иначе словишь все амплитудные помехи.

  • Aleks A

    Про АМ и SSB можно посмотреть на сайте
    http://www.radiovek.ru/ssb.html
    Там есть картинка с подробным описанием видов модуляции
    http://www.radiovek.ru/ssb6.jpg
    Но это не графики амплитуды сигналов во времени, где красиво видно АМ, а спектры сигналов, то есть разложение сигнала по частотам в эфире.
    Ксожалению, SSB объяснить без математики, при том высшей, — не получается.

    • kraz

      Я, конечно, извиняюсь, но если человек не может объяснить что-то без высшей математики — то это первый признак, что он сам этого не понимает. Возможно, у меня не совсем точное физическое объяснение, но для совсем гуманитария хотя бы понятно о чем речь.

      • Aleks A

        Ксожалению, с этими боковыми полосами очень сложно. Ещё в 20 годах 20 века даже многие учёные электротехники не верили в их существование. Предсказаны эти боковые полосы были теоретически, из разложения АМ сигнала в ряды Фурье. Потом выделены с помощью сложных фильтров. Существование было доказано экспериментально.
        Далеко не всё можно объяснить на пальцах. Как например с отрицательным сопротивлением в регенераторе? Или почему для переменного тока есть активное, индуктивное и ёмкостное сопротивление?

        Объяснение, которое здесь было — что верхняя и нижняя боковая полоса это верхняя и нижняя огибающая АМ сигнала — не имеет никакого отношения к реальности. И только вводит в заблуждение. В частности тем, что SSB можно принять на детекторный приёмник, если правильно угадать полярность включения диода. Нельзя принять, будет слышен только неразборчивый шум.

        Самое простое объяснение это с помощью картинок спектров сигнала.
        Например: модулируя сигнал 3000 Кгц как АМ гармонической частотой 2Кгц на выходном контуре мы получим не одну частоту 3000 Кгц меняющуюся по амплитуде, а сумму из 3 частот:
        — 2998 Кгц (нижняя боковая)
        — 3000 Кгц (несущая)
        — 3002 Кгц (верхняя боковая).
        Это следует из разложения АМ сигнала в ряд Фурье и проверяется экспериментально.
        Если модулировать 3000Кгц тремя гармоническими звуковыми частотами, 1, 2 и 3 Кгц, то на выходе получится:

        — 2997
        — 2998
        — 2999
        — 3000
        — 3001
        — 3002
        — 3003 КГц.
        Тоесть
        3 нижних
        -несущая
        3 верхних
        Если модулировать 3000 Кгц реальным голосовым спектром, например 30Гц — 5Кгц. То как раз и получим
        — Нижнюю боковую полосу.
        — Несущую
        — Верхнюю боковую полосу.

        Теперь для оптимизации расходования энергии передатчика, имея высококачественные фильтры мы можем подавить несущую и какую-нибудь боковую полосу. Без разницы какую.
        В результате у нас получится полоса частот в эфире
        3000,030 — 3005,000 КГц.
        Что хорошо иллюстрируется картинкой
        http://www.radiovek.ru/ssb6.jpg

        Строго говоря SSB это не АМ, а комбинация АМ и ЧМ. Причём очень сложная как для формирования, так и для приёма.
        Да, энергетически выгодная.
        — Но непомерные затраты на передатчики и приёмники!
        — Несовместимость с АМ детекторными, ламповыми, транзисторными приёмниками!
        — Необходимость расчётов и постройки сложных электрических фильтров!

        В этом смысле АМ проще. Вопрос модуляции решается угольным микрофоном в антенне. Но этот угольный микрофон не может модулировать большую мощность, его нельзя держать в руках (опасное высокое напряжение и уход частоты).

        А вот ЧМ выглядит оптимальным вариантом. Простота реализации (можно просто механически подавать звуковые колебания на генераторную лампу), не нужна большая мощность модуляции, совместимость с простыми АМ приёмниками. Энергетическая эффективность выше, чем у АМ! Хотя и уступает SSB.

        • kraz

          На самом деле все эти рассуждения про модуляции… ИМХО, все закончится «беспороволочным телеграфом».

          Про подавление боковой полосы — честное слово мне влом сейчас разбираться как оно там. Слишком много лет прошло с тех пор, когда меня заставляли в этом шарить. 😀

          • Aleks A

            Действительно SSB это не для применения в условиях крайней ограниченности всех ресурсов.
            От материальных до справочной литературы.

      • Taras

        Нет. Очень многое действительно нельзя объяснить без высшей математики. И вполне возможно, что есть и такие дебри, которые пока вообще нельзя объяснить из-за того, что нужная для этого математика ещё даже не открыта, а та, что известна, покажется школьной. Но именно одну боковую частоту можно объяснит вообще без математики, с помощью одной лишь физики, известной всякому, кто вообще понимает, что такое электромагнитные волны, что свет — такие же электромагнитные волны и чем различаются волны в радуге. Пусть несущая — это зелёный свет, а модулирующий сигнал — инфракрасное излучение. Тогда амплитудно-модулированный сигнал займёт приличный кусок радуги от оранжевого до синего. Пропустите этот сигнал через цветное стекло, прозрачное только в диапазоне от зелёного до синего, но не прозрачное для жёлтого и оранжевого света и получите амплитудно-модулированный сигнал с одной боковой полосой. Высшая математика здесь нужна только для того, чтоб понять, почему зелёный вдруг превратится в другие цвета при амплитудной модуляции. Но что делать потом, можно объяснить без неё.

  • al_mt

    Фольгу получали проковкой металлическиз листов, проложенных между толстыми кожанными листами. Это не серийное производство, но именно по такой технологии получали золотую фольгу прозрачную на просвет.
    Кроме того для конденсаторного микрофона, не обязательно именно фольгу. Достаточно двигать одну из обкладок конденсатора, например, тягой от рупора.
    Там возникнут другие проблемы, звуковой частотный диапазон будер прилично резаться. Но в принципе…

    • Aleks A

      Вполне логично. На фольге свет клином не сошёлся. В других комментариях предлагал механические колебания передавать на катушку.
      А частотный диапазон… Ну, надеюсь в Византии 10 века в первых опытах мы не будем передавать высококачественную музыку полосой до 50 КГц. 🙂
      Может сойдёт речь 100 Гц — 4000 Гц?

      • kraz

        Динамический микрофон с катушкой — самое простое, что можно придумать. И плевать на низкую чувствительность и частотный диапазон. Тут я полностью согласен.

    • kraz

      О! А вот с рупором может получится — и никакой фольги!

    • Taras

      Масса суммарная масса тяги и пластины? Для инфразвука пойдёт точно. А для звука? Хотя бы до трёх килоГерц? Причём, достаточно тихого. А ведь нам ещё и девиацию надо получить такую, чтоб для её измерения не требовалось малошумящее оборудование современных радиотелескопов. Массы мембран динамиков и микрофонов очень даже не зря стараются минимизировать, так что в зависимости от размеров, в том числе толщины деталей может и не подойти. Хотя я видел вполне годный динамик со свободной мембраной из стальной пластины чуть потолще жести, так что может что и получится, но стремиться надо к фольге, или металлизированной плёнке. Хотя и фольгу можно и молотками сделать. И из того, что уже умели плавить, даже прокатать на ручном станке. Но это уже не сусальное золото, его до сих пор молотками делают. А ещё если есть плёнка, выдерживающая реагенты для «серебряного зеркала», то можно серебрить эту плёнку. В толщину листа бумаги есть? Это микрон семьдесят. Теоретически можно вообще полагаться на то, что звук будет сжимать и расширять любую пластину, через которую пройдёт, и осадить серебро с двух сторон первой попавшейся стекляшки подходящих размеров и формы, но вопрос опять в чувствительности такого микрофона.

  • Taras

    >Хотя не совсем ничего — частоты в звуке голоса, которые ниже 15 кГц будут слышны, а более высокие частоты — нет.

    НЯЗ по теореме Котельникова нельзя только восстановить колебание по столько редким точкам. А какой фигни вместо этого нашумит приёмник — это разве к Котельникову? Разве он запретил на этих частотах даже шум? Слышать и связываться — это не одно и то же. Другое дело, что высокие частоты, состоящие целиком из шума без сигнала нам не нужны. И обычно рекомендуется хоть какое то превышение над двойной частотой.

  • Taras

    >Если вы включаете радиоприемник, чтобы послушать музычку — будьте уверены, этими двумя модуляциями все и закончится.

    То есть фазовую не юзают? Ну этого я и ожидал.

  • Taras

    С одной боковой — это не модуляция только положительных полуволн, а такой вид амплитудной модуляции, при которой спектр модулированного сигнала ограничен с одной стороны частотой несущей волны. При обычной амплитудной модуляции частота несущей волны располагается ровно посереди спектра модулированного сигнала. И по теореме Котельникова нельзя восстановить колебание, если информация о нём дана реже, чем раз в полпериода. Именно восстановлено колебание. Постройте график y=(sin(x)+2)*sin(x*1.2), а потом через каждые 1,57 по x проведите вертикальные линии. Они будут пересекать график в точках с разными ординатами, показывая, что получить на этой частоте шум всё таки можно. То есть слышно это частоту будет даже если частота несущей больше всего в одну целую две десятых раза. Вот только информации о y=sin(x) эти точки уже не несут.

  • Taras

    «с частотой 30 кГц, то у вас ничего не получится. Хотя не совсем ничего — частоты в звуке голоса, которые ниже 15 кГц будут слышны, а более высокие частоты — нет.» Даже хуже. Если не отфильровать, то звуки, имеющие частоты больше 15 КГц, слышны как раз тоже будут, но на частотах ниже 15 КГц, мешая более низкочастотным звукам.

  • Taras

    «потому что если амплитуда в процессе прохождения через атмосферу может «побиться», то уж частота останется прежней.» Да, нарваться на переменный эффект Доплера с частотой модуляции и заметной дополнительной девиацией — это надо очень постараться.

  • Taras

    У Вас не правильно изображён сигнал после амплитудного детектирования. То, что здесь показано, — это сигнал после отрезания отрицательной полуволны. Настоящий же амплитудный детектор содержит не только отрезающий одну полуволну диод, но и конденсатор, ток разряда которого меньше тока заряда, он разряжается или через нагрузочный резистор, или через входное сопротивление усилителя низкой частоты, или через сопротивление обмоток колонок или наушников. Вопрос о том, какой из вариантов правильней остальных двух оставим, но все три хотя бы соответствуют тому, что может быть названо детектированием, во всех трёх случаях в принципе можно и хоть какой то различимывй на звук на выходе получить, и не слишком много излучать на принимаемой частоте. Вопрос в мощности сигнала на выходе усилителя высокой или промежуточной частоты и возможности регулировки. Заряжается же он через выходное сопротивление усилителя высокой или промежуточной частоты и открытый диод. Поэтому спад по похожей на пологую прямую кривой до пересечения с фронтом следующей положительной полуволны, а рост по синусоиде.

  • Taras

    Невозможно модулировать только положительные, или только отрицательные полуволны. Фокус в том, что тогда волна получила бы постоянную составляющую, а постоянные поля волнами не передаются. Модуляция же с одной боковой полосой — это модуляция, при которой подавлена часть суммарного спектра.

Leave a Reply to радист Cancel reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>