Модуляція коливань, повільна в порівнянні з періодом коливань зміна амплітуди, частоти або фази коливань по певному закону. Відповідно розрізняються амплітудна модуляція, частотна модуляція і фазова модуляція ( мал. 1 ). При будь-якому способі М. до. швидкість зміни амплітуди, частоти або фази має бути досить малою, щоб за період вагання модульований параметр майже не змінився.
М. до. застосовується для передачі інформації за допомогою електромагнітних хвиль радіо- або оптичних діапазонів. Переносником сигналу в цьому випадку є синусоїдальні електричні коливання високої частоти w (частота, що несе). Амплітуда, частота, або фаза цих коливань, а в разі світла і поляризація, модулюються передаваним сигналом (див. Модуляція світла ) .
В простому випадку модуляції амплітуди А синусоїдальним сигналом модульоване вагання, змальоване на мал. 2 , може бути записане у вигляді:
х = А 0 (1 + m sin W t ) sin (w t + j). (1)
Здесь A 0 і w — амплітуда і частота вихідного вагання, W — частота модуляції, а величина m , називається глибиною модуляції, характеризує міру зміни амплітуди:
Частота модуляції W характеризує швидкість зміни амплітуди коливань. Ця частота має бути у багато разів менше, ніж частота w, що несе. Модульоване вагання вже не є синусоїдальним. Амплітудно-модульоване вагання є сумою трьох синусоїдальних коливань з частотами w, w + W і w — W. Вагання частоти w називається (у радіотехніці) таким, що несе. Його амплітуда дорівнює амплітуді вихідного вагання А 0 . Дві останні частоти називаються бічними частотами, або супутниками. Амплітуда кожного супутника рівна mА 0 /2.
Т. о., будь-яка передавальна радіостанція, що працює в режимі амплітудної модуляції, випромінює не одну частоту, а цілий набір (спектр) частот. У простому випадку М. до. синусоїдальним сигналом цей спектр містить лише три складові — що несе і дві бічні. Якщо ж модулюючий сигнал не синусоїдальний, а складніший, то замість двох бічних частот в модульованому ваганні будуть дві бічні смуги, частотний склад яких визначається частотним складом модулюючого сигналу. Тому кожна передавальна станція займає в ефірі певний частотний інтервал. Щоб уникнути перешкод що несуть частоти різних станцій повинні отстоять один від одного на відстані, більшому, ніж сума бічних смуг. Ширіна бічної смуги залежить від характеру передаваного сигналу: для радіомовлення — 10 кгц, для телебачення — 6 Мгц. Виходячи з цих величин, вибирають інтервал між частотами різних станцій, що несуть. Для здобуття амплітудно-модульованого вагання вагання частоти w і модулюючий сигнал частоти W, що несе, подають на спеціальний пристрій — модулятор .
В разі частотної модуляції синусоїдальним сигналом частота коливань міняється згідно із законом:
w = w 0 + Dw cos W t , (3)
де cos W t — модулюючий сигнал, Dw — т.з. девіація частоти. При частотній модуляції смуга частот модульованого вагання залежить від величини b = Dw/w, званій індексом частотній модуляції. При b << 1 справедливо наближене співвідношення:
х » А 0 (sin w t + b sin W t cos w t). (4)
В цьому випадку частотно-модульоване вагання, так само як і амплітудно-модульоване, складається з частоти w і двох супутників, що несе, з частотами w + W і w — W. Тому при малих b смуги частот, займані амплітудно-модульованим і частотно-модульованим сигналами, однакові. При великих індексах b спектр бічних частот значно збільшується. Окрім коливань з частотами w ± W, з'являються коливання, частоти яких рівні w ± 2 W, w ± 3 W і так далі Повна ширина смуги частот, займана частотно-модульованим ваганням з девіацією Dw і частотою модуляції W (з точністю, достатньою для практичних цілей), може вважатися рівною 2 Dw + 2 W. Ця смуга завжди ширша, ніж при амплітудній модуляції.
Перевагою частотної модуляції перед амплітудному в техніці зв'язку є велика перешкодостійкість. Це якість частотної модуляції виявляється при b >> 1, тобто коли смуга частот, займана частотно-модульованим сигналом, у багато разів більше 2 W. Тому частотно-модульовані коливання застосовуються для високоякісної передачі сигналів в діапазоні ультракоротких хвиль (УКВ), де на кожну радіостанцію виділена смуга частот, в 15—20 разів більша, ніж в діапазоні довгих, середніх і коротких хвиль, на яких працюють радіостанції з амплітудною модуляцією. Частотна модуляція застосовується також для передачі звукового супроводу телепередач. Частотно-модульовані коливання можуть бути отримані зміною частоти задаючого генератора (див. Радіопередавач ) .
В разі фазової модуляції модульоване вагання має вигляд:
х = А 0 sin (w 0 t + Dj cos W t). (5)
Якщо модулюючий сигнал синусоїдальний, то форма модульованих коливань і їх спектральний склад для частотної і фазової модуляції однакові. В разі несинусоїдального модулюючого сигналу ця відмінність чітко виражена.
В багатоканальних системах зв'язку як переносник інформації використовується не гармонійне вагання, а періодична послідовність радіоімпульсів, кожен з яких є цугом коливань високої частоти ( мал. 3 ). Періодична послідовність таких імпульсів визначається чотирма основними параметрами: амплітудою, частотою дотримання, тривалістю (шириною) і фазою. Відповідно до цього можливі чотири типи імпульсної модуляції: амплітудно-імпульсна, частотно-імпульсна, широко-імпульсна, фазово-імпульсна ( мал. 4 ). Імпульсна модуляція володіє підвищеною перешкодостійкістю в порівнянні з модуляцією безперервної що синусоїдальною несе, зате смуга частот, займана передавальною радіостанцією з імпульсною модуляцією, у багато разів ширше, ніж при амплітудній модуляції (див. Імпульсна модуляція, Імпульсний радіозв'язок ) .
Літ.: Харкевіч А. А., Основи радіотехніки, ч. 1, М., 1962; Гольдман С., Гармонійний аналіз, модуляція і шуми, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1951; Ритов С. М., Модульовані коливання і хвилі, «Тр. Фізичного інституту АН(Академія наук) СРСР», 1940, т. 2, ст 1.
