В радиовещании применяются как правило АМ и ЧМ (FM). АМ применяется на СЧ и ВЧ диапазонах, а ЧМ на ОВЧ и СВЧ.
Амплитудная модуляция
Модуляция, это изменение параметров тока или напряжения высокой частоты по закону сигнала информации. При амплитудной модуляции амплитуда ВЧ колебаний изменяется по закону информации. Амплитудно модулированное колебание состоит из трёх составляющих:
- несущей частоты с амплитудой Uн и частотой fн
- верхней боковой частоты с амплитудой mUн/2 и частотой fн + fи
- нижней боковой частоты с амплитудой mUн/2 и частотой fн — fи
Полезная информация содержится только в боковых частотах. АМ колебание занимает полосу частот, равную 2fи.
На практике модуляция осуществляется не одной звуковой частотой, а набором спектров разных частот соответствующих сигналам радио передач. Таким образом, полоса частот, занимаемая таким колебанием, равна удвоенному значению наивысшей частоты модуляции 2fи.макс. Во время модуляции амплитуда ВЧ напряжения изменяется от минимального до максимального. Наибольшая и минимальная мощность при АМ:
Модуляция:
В случае 100%-ной модуляции где m=1, мощность изменяется в пределах от Р=0 до Р(макс) = 4Рн.
Это является недостатком АМ, так как дальность действия радиостанции зависит от излучаемой мощности. Таким образом, средняя дальность действия радиостанции с АМ оказывается меньшей чем у ЧМ радиостанций когда амплитуда остаётся неизменной. Второй недостаток АМ — передатчик должен быть рассчитан на пиковую мощность в 4Рн, в то время когда он излучает среднюю мощность меньше пиковой, тем самым используется не эффективно. Третий недостаток — большой уровень помех при приёме АМ сигналов.
Несущая частота при АМ:
Итак, изменение амплитуды радиосигнала происходит в результате того, что к гармоническим колебаниям несущей частоты прибавляются гармонические колебания боковых частот. Однако при таком прибавлении нет низкой частоты, все составляющие высокочастотные. Тоесть в колебаниях ВЧ относительно несущей зашифрован сигнал НЧ полностью повторяющий колебания НЧ (сигнал НЧ как бы перекладывается в ВЧ составляющую тождественную НЧ сигналу).
P.S. Что касательно относительно квантовой теории, она согласуется с классической (если интересно), разве что можно предположить что сигнал зашифрован как по мощности (плотности потока энергии), так и по частоте в рамках выделенной полосы спектра сигнала (по энергии квантов в пределе полосы пропускания спектра). По факту сигнал является как бы составным по информационной составляющей. Чем шире спектр, тем шире набор используемых энергий квантов и соответственно более полный звуковой образ, однако при этом используется и мощность передатчика по всему спектру. Учитывая что она так же изменяется по гармоническому закону вкупе с изменениями по частоте относительно управляющего звукового сигнала, то происходят потери в мощности и уменьшение дальности приёма. Если вспомнить что такой передатчик ещё использует среднюю свою мощность и не постоянную. Это же условие не позволяет использовать эффективно усилитель АМ сигнала. Мы можем усилить только среднюю составляющую АМ, модуляция при этом будет глухой и слабой. Для нормального звучания АМ требуется формировать её в оконечном каскаде. А если используем усилитель, то нужна синхронная подпитка (модулирование) ещё и усилителя НЧ сигналом (тогда уже нужно переключать при изменении оконечного каскада и каскад модуляции).
Здесь можно наблюдать что реально используется только часть звуковой полосы используемой в несущей. Если реально задана полоса звука от 50 Гц до 8 кГц, то ширина спектра умножится на 2. Тогда весь спектр займёт полосу в 16 кГц. Это не слишком энергетически выгодно, но такова специфика и физика АМ как способа шифрования звуковой информации в ВЧ сигнале.
Кроме этого, если использовать передачу музыки, то это более сложный составной сигнал. На всю линейку полосы выделенного спектра (канала) приходится несколько звуков на единицу времени в таком случае. Тогда произойдёт наложение амплитуд каждого звука за единицу времени и усреднение общей амплитуды за эту единицу времени. Какой звук будет наиболее громким, такова и будет амплитуда — напряжение (мощность) сигнала будет наибольшей соответствующему звуку. Это аналоговый вариант «компрессии» подобный сжатию МР3 именно за счёт маскировки тихих звуков громкими. Поэтому для улучшения звучания станции рекомендуется использовать записи с наименьшим сжатием типа WAV, PCM. Если использовать в АМ радиопередаче звуковые сигналы с высоким сжатием типа МР3, МР2, АС3, Ogg, то качество звукового сигнала на приёме снизится в несколько раз! Кстати говоря, если использовать угловую модуляцию типа ЧМ, тогда применение таких кодеков практически не сказывается на качестве…, по крайней мере это может быть незаметно так же как и при прослушивании на МР3 плеере…
Используемая литература:
- Справочник по Радио-Электронике (О.В. Доброневский) «ВИЩА-ШКОЛА» Киев 1971г.
- Основы Радиотехники и антенны. Ч1 Основы Радиотехники (Г.Б. Белоцерковский) «Советское Радио» Москва 1978г.