Квитковский И. А.-Библиотека: Амплитудная модуляция

Изменение амплитуды колебаний или волн во времени (в пространстве). Закон изменения в принципе произволен, однако обычно термин "амплитудная модуляция" применяется к процессам с медленным (по сравнению с исходными несущими колебаниями) изменением амплитуд, когда их поведение приближенно можно описать с помощью непрерывных функций (огибающих). Как несущие колебания, так и их огибающие могут быть гармоническими, импульсными, случайными и т. п., однако наиболее важны и представительны случаи, когда несущие колебания синусоидальны. Тогда колебания с амплитудной модуляцией можно представить в виде: $x(t) = A (t) \sin (\omega t +\varphi)$ , где - медленная функция, описывающая поведение огибающей, $\omega=2\pi/T$ и $\varphi$ - частота и начальная фаза исходных колебаний. Условие медленности изменения амплитуд на характерном временном интервале, равном периоду Т, определяется неравенством $dA/dt\ll A/T$ . В простейшем случае (рис.) изменения огибающей по синусоидальному закону $A (t) = A_0(1+m \sin \Omega t)$ с частотой $\Omega-2\pi/T_0\ll\omega(A_0=const)$ для характеристики относительного изменения амплитуды модулированных колебаний используют параметр $m=(A_{макс} - A_{мин})/(A_{макс}+A_{мин})$ - коэффициент модуляции.

В технике амплитудную модуляцию применяют для передачи информации на расстояние обычно с помощью электромагнитных волн радио- и оптического диапазонов (хотя существуют системы передачи с помощью звуковых и других колебаний); суть амплитудной модуляции - перенос низкочастотного спектра модулирующего (информационного) сигнала в высокочастотную область, характерную для спектра исходных (несущих энергию) колебаний. Спектральный состав сигналов с амплитудной модуляцией может быть довольно сложным. Так, в случае несинусоидальной огибающей по обе стороны от спектральной линии несущей частоты $\omega$ возникают полосы спектральных компонент т. н. боковых частот $\omega\pm k\Omega (k=l, 2, ...)$ , где $\Omega$ - частота первой гармоники спектра информационного сигнала. Если спектр боковых частот симметричен относительно $\omega$ , то амплитудная модуляция называется линейной, если несимметричен, то называется нелинейной. Ширина областей боковых частот должна быть существенно меньше несущей частоты $\omega$ . Чем уже полоса боковых частот, тем эффективнее решаются задачи технической реализации приемно-передающих трактов. Полезная информация полностью содержится в каждой из двух областей боковых частот. Поэтому для информационной связи достаточно передать лишь одну из боковых полос. В многоканальных системах связи в качестве несущего сигнала используют негармоническое колебание, а периодическое последовательность радиоимпульсов.

Для физики характерна также т. н. естественная амплитудная модуляция колебаний, связанная либо с взаимодействием исходных колебаний с нестационарной средой (в частности, с флуктуациями плотности жидкости или газа, колебаниями кристаллической решетки в твердом теле, см., например, рассеяние Мандельштама-Бриллюэна), либо с реакцией среды на изменение ее параметров под действием исходных колебаний или волн (см., например, Самофокусировка света). Наряду с пространственной самофокусировкой (модуляцией интенсивности излучения) встречаются эффекты самомодуляции (автомодуляции) волн в нелинейных диспергирующих средах, связанные с неустойчивостью плоских гармонических волн по отношению к низкочастотным модулирующим возмущениям, вызывающим амплитудную модуляцию исходных (как волновых, так и автоволновых) колебаний (см. Самомодуляция света). Естественная амплитудная модуляция используется для диагностики параметров разнообразных сред (спектроскопия), формирования мощного светового излучения (нелинейная оптика) и других приложений.