V této kapitole si vysvětlíme některé aplikace elektroniky, se kterými se denně setkáváme. Je to rozhlas a televize, v jejichž základech leží metoda přenosu informace na dálku pomocí tzv. modulace. Modulací míníme metodu zakódování požadované informace do elektromagnetické vlny o frekvenci vyšší než je obsažena v přenášené informaci.
Abychom tedy mohli informaci mohli přenést bezdrátově na dálku, musíme ji zakódovat do elektromagnetické vlny o dostatečně vysoké frekvenci, která se anténou vyzařuje snadno. Metodou, jak požadovanou informaci do vlny zakódovat, jsou různé druhy modulace. Vysvětlíme si zde dva základní druhy analogové modulace, tzv. amplitudovou (amplitude modulation, AM) a kmitočtovou (frekvenční, frequency modulation, FM), a jeden druh tzv. impulsní modulace, impulsně kódovou modulaci (pulse code modulation, PCM).
Proces inversní k modulaci, tedy proces při kterém z modulované vlny získáváme opět zakódovanou informaci, nazýváme demodulací nebo detekcí. Jednoduché metody demodulace všech zmíněných druhů modulace budou rovněž obsahem této kapitoly.
Než dojde k modulaci, je nutné změny různých fyzikálních veličin, které představují přenášené zprávy přeměnit na jim odpovídající elektrické signály. Těmito signály, které se nazývají modulační, se provádí modulace.
Modulace se provádí v modulátoru. Používá se celá řada různých způsobů modulace, např. amplitudová, frekvenční, impulsová atd.
Amplitudová modulace - AM:
Princip:
obr.15 - Vysokofrekvenční nosný signál - nosná vlna
obr.16 - Nízkofrekvenční modulační signál
obr.17 - Amplitudově modulovaný signál
Při amplitudové modulaci se mění amplituda (velikost) nosné vlny v závislosti na změnách okamžité hodnoty amplitudy modulačního signálu. Frekvence nosné vlny přitom zůstává stálá.
Poměr amplitudového modulačního signálu a nosné vlny se nazývá modulační index ma
 |
(22) |
Jestliže je modulační index ma vyjádřen v [%], nazývá se hloubka modulace. Ta bývá menší než 100%.
Frekvenční spektrum nosné vlny AM modulace:
Pro to abychom věděli, kolik vysílačů může současně vysílat aniž by se navzájem rušily je důležité znát frekvenční interval, který amplitudově modulovaná vlna zabírá a které tedy nesmí zabírat vlna od jiného vysílače. Intuitivně si můžeme představit, že to nejspíš nebude jen původní kmitočet nosné, wN, to bychom naši informaci někde ztratili.
Často se používá amplitudová modulace AM s jedním postranním pásmem.
Vytváří se tak, že AM signál se nechá projít pásmovou propustí, která propouští pouze jedno postranní pásmo frekvence a potlačí pásmo druhé, případně potlačí i nosnou frekvenci.
Amplitudová modulace AM představuje nejjednodušší a nejrozšířenější způsob modulace. Má však malou energetickou účinnost a modulovaná nosná vlna je značně ovlivňována rušivými signály, zvláště pak při dálkovém přenosu.
Frekvenční modulace - FM (VKV, UKV)
Princip FM:
obr.18 - Nosná vlna
obr.19 - Modulační signál
obr.20 - Frekvenčně modulovaná nosná vlna
Při frekvenční modulaci se frekvence nosné vlny mění úměrně se změnami okamžité hodnoty modulačního signálu. Amplituda nosné vlny zůstává stálá.
Čím je amplituda modulačního signálu větší, tím větší je změna frekvence nosné vlny. Tato změna se nazývá frekvenční zdvih a označuje se Δf
Poměr Δf a frekvence modulačního signálu fm se nazývá modulační index Mf.
 |
(23) |
V současné době se používá frekvenční zdvih Δf = ± 75 kHz a fm je nejvýše 15 kHz.
Pro tyto hodnoty je potřebná šířka pásma 240 kHz a proto se přenos pomocí fm uskutečňuje jen v oblasti VKV.
Každá jednotlivá frekvence modulačního signálu vytváří velké množství postranních složek. Velikost postranních složek závisí na modulačním indexu mf. Čím je tento index mf větší, tím je také větší počet postranních složek. Frekvenční odstup jednotlivých složek se rovná okamžité modulační frekvenci fm
Frekvenční modulace FM je proti poruchám odolnější než amplitudová modulace AM, vyžaduje ale podstatně větší šířku pásma a jak vysílače, tak přijímače jsou složitější.
Fázová modulace - PM:
Při fázové modulaci se mění fázový posun j modulované nosné vlny vzhledem k téže vlně, ale nemodulované, úměrně okamžité hodnotě modulačního signálu.
Amplituda nosné vlny zůstává opět stálá. Změna fáze může být při kladné okamžité hodnotě modulačního signálu kladná a při záporné změně záporná. Při změně fáze se mění i frekvence nosné vlny.
Fázová modulace se jako samostatný modulační způsob používá velmi málo.
Impulsová modulace:
U tohoto druhu modulace jsou zprávy přenášeny prostřednictvím sledu impulsů. Modulační signál může ovlivňovat velikost, opakovací frekvenci, šířku, případně polohu impulsů.
Impulsová kódová modulace - PCM:
Při tomto druhu modulace se modulační signál v pravidelných časových intervalech vzorkuje, to jest v těchto intervalech se zjišťuje okamžitá amplituda modulačního signálu. Zjištěným hodnotám se připojí skupiny impulsů, které vyjadřují ve dvojkovém kódu velikost příslušné okamžité amplitudy. Intervaly vzorkování musí mít alespoň dvojnásobnou frekvenci než je nejvyšší frekvence modulačního signálu.