Фазовый модулятор Армстронга
В 1933 году Эдвин Х. Армстронг метод генерации частотной модуляции радиосигналов запатентовал . [1] Метод Армстронга генерирует двойной боковой полосы с подавлением сигнал несущей , сдвигает фазу этого сигнала, а затем повторно вставляет несущую для создания частотно-модулированного сигнала.
Частотная модуляция генерирует высококачественный звук и значительно снижает количество шума в канале по сравнению с амплитудной модуляцией . Первые радиовещательные компании использовали амплитудную модуляцию, потому что ее было легче генерировать, чем частотную модуляцию, и потому что приемники было проще изготовить. Теория электроники указывала, что частотно-модулированный сигнал будет иметь бесконечную полосу пропускания ; для амплитудно-модулированного сигнала полоса пропускания примерно в два раза превышает максимальную частоту модуляции.
Армстронг понял, что, хотя частотно-модулированный сигнал будет иметь бесконечную полосу пропускания, только первые несколько наборов боковых полос будут иметь значение; остальное можно было бы игнорировать. [2] с амплитудной модуляцией Полоса пропускания речевого канала составит примерно 6 килогерц ; обычная полоса пропускания речевого канала с частотной модуляцией может составлять 15 килогерц.
Как это работает
[ редактировать ]Метод Армстронга начинается с генерации несущего сигнала на очень низкой частоте , скажем, 500 килогерц. Эта частота ниже диапазона AM-вещания и намного ниже нынешнего диапазона FM-вещания от 88 до 108 МГц . Этот сигнал несущей подается на два каскада передатчика : балансный модулятор и смеситель .
Чтобы понять, как работает балансный модулятор , необходимо понять амплитудную модуляцию и то, как она работает. Большинство людей описывают амплитудную модуляцию как метод изменения силы несущей (амплитуда) синхронно с модулирующим звуком. Это правда, выходная мощность меняется в зависимости от модуляции , но она меняется, потому что любой AM-модулятор генерирует две боковые полосы: одну выше, а другую ниже несущей. Когда мощность поступает в эти боковые полосы, выходная мощность увеличивается. Таким образом, амплитудно-модулированный сигнал состоит из несущей постоянной силы и двух боковых полос. Боковые полосы передают информацию, а несущая просто продолжает путешествовать. Несущую можно удалить в передатчике и снова вставить в приемник, чтобы передатчик мог передать всю мощность в боковые полосы.
Частотный модулятор также генерирует боковые полосы, но вместо одной боковой полосы на каждой стороне несущей он генерирует множество боковых полос на каждой стороне несущей. Полоса пропускания FM шире из-за большого количества боковых полос. Выходная мощность FM-передатчика постоянна при модуляции, поэтому, когда мощность попадает в боковые полосы, мощность несущей уменьшается.
смешивает Сбалансированный модулятор аудиосигнал и несущую радиочастоты, но подавляет несущую, оставляя только боковые полосы. Выходной сигнал балансного модулятора представляет собой сигнал несущей с подавлением двух боковых полос и содержит всю информацию, которую имеет AM-сигнал, но без несущей. Можно сгенерировать AM-сигнал, взяв выходной сигнал балансного модулятора и повторно вставив несущую. [3]
В методе Армстронга аудиосигнал и радиочастотный сигнал несущей подаются на балансный модулятор для генерации сигнала несущей с подавлением двух боковых полос. Фаза этого выходного сигнала затем сдвигается на 90 градусов относительно исходной несущей. Выход балансного модулятора может опережать или отставать от фазы несущей. Сигнал двойной боковой полосы и исходный сигнал несущей затем подаются на смеситель, и исходная несущая, сдвинутая по фазе на 90 градусов, вводится повторно. Выходной сигнал микшера представляет собой частотно-модулированный сигнал.
Повторная вставка несущей без фазового сдвига создает AM-сигнал. Повторная вставка несущей со сдвигом фазы на 90 градусов создает сигнал ФМ . Если интеллектуальные данные интегрируются перед применением к результирующему фазовому модулятору, это эквивалентно FM- сигналу.
Одна из проблем метода Армстронга заключается в том, что отклонение частоты (величина модуляции) должно оставаться небольшим, чтобы минимизировать искажения . [4] Максимальное отклонение составляет доли 1 килогерца, но для FM-вещания требуется отклонение 75 килогерц, а типичное отклонение голосового канала FM составляет 5 килогерц. Чтобы решить эту проблему, Армстронг многократно умножил сигнал на более высокую частоту, чтобы получить необходимое отклонение. Например, чтобы сгенерировать FM-сигнал с отклонением 5 килогерц на частоте 146,94 мегагерца, передатчик должен был сгенерировать сигнал на частоте 6,1225 мегагерца с отклонением всего 0,2 килогерца, а затем умножить сигнал в 24 раза (так называемый метод «Серрасоида», который был созданный Radio Engineering Labs (REL) и одобренный Армстронгом).
Наследие
[ редактировать ]Метод Армстронга больше не используется в коммерческих целях. Частотную модуляцию чаще всего создают на рабочей частоте с требуемым отклонением (так называемый метод «прямой ЧМ»). Хотя система использовалась в 1930-х и 1940-х годах, она обеспечивала высококачественную FM-аудиосистему.