ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FM

Điều chế tương tự là quá trình thay đổi một trong các thông số của sóng mang cao tần (dạng điều hòa) bởi các tín hiệu tin tức (dữ liệu tương tự). Một sóng mang sóng hình sin (v = Vcsin (2πft ± θ) có thể được điều chế bằng cách thay đổi biên độ, tần số của nó, hoặc chuyển pha. Phương trình cơ bản cho sóng mang là trong đó Vc biên độ đỉnh, f tần số và θ góc pha Tạo tín hiệu thông tin trên sóng mang bằng cách thay đổi tần số của nó sản xuất FM. Thay đổi lượng dịch pha mà một sóng mang trải qua được gọi là điều chế pha (PM). Thay đổi sự dịch chuyển pha của một sóng mang cũng sản xuất FM. FM và PM được gọi chung là điều biến góc. Vì FM nói chung có hiệu suất vượt trội so với AM, nó được được sử dụng trong nhiều lĩnh vực điện tử truyền thông.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ THÔNG TIN LỚP: COEL330264_02CLC ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ TP HỒ CHÍ MINH – 6/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ THƠNG TIN LỚP: COEL330264_02CLC ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ SVTH 1: SVTH SVTH 3: TP HỒ CHÍ MINH – 6/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO _ DANH SÁCH SINH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN BÁO CÁO STT Họ tên MSSV Phân công nhiệm vụ Hồn thành Tìm tài liệu, giải tập, mơ 100% Tìm tài liệu, giải tập, làm word 100% Tìm tài liệu, giải tập, làm powerpoint 100% ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1.1 Các nguyên tắc điều chế tần số 1.2 Nguyên tắc điều chế pha 1.2.1 Mối quan hệ tín hiệu điều chế độ lệch song mang 1.2.2 Giai đoạn chuyển đổi keying 1.3 Chỉ số điều chế dải bên 1.3.1 Chỉ số điều chế 1.3.2 Chức Bessel 1.3.3 Băng thơng tín hiệu FM 12 1.4 Triệt tiêu nhiễu biên độ FM 12 1.5 Điều chế tần số so với điều chế biên độ 13 1.5.1 Ưu điểm FM .13 1.5.2 Nhược điểm FM 15 CHƯƠNG 2: THỰC HIỆN CÁC BÀI TẬP 16 2.1 Bài tập 16 2.2 Bài tập 16 2.3 Bài tập 16 2.4 Bài tập 17 2.5 Bài tập 17 2.6 Bài tập 17 2.7 Bài tập 17 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .18 3.1 Mô 18 3.2 Kết 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 LỜI NÓI ĐẦU Điều chế tương tự trình thay đổi thơng số sóng mang cao tần (dạng điều hịa) tín hiệu tin tức (dữ liệu tương tự) Một sóng mang sóng hình sin (v = Vcsin (2πft ± θ) điều chế cách thay đổi biên độ, tần số nó, chuyển pha Phương trình cho sóng mang Vc biên độ đỉnh, f tần số θ góc pha Tạo tín hiệu thơng tin sóng mang cách thay đổi tần số sản xuất FM Thay đổi lượng dịch pha mà sóng mang trải qua gọi điều chế pha (PM) Thay đổi dịch chuyển pha sóng mang sản xuất FM FM PM gọi chung điều biến góc Vì FM nói chung có hiệu suất vượt trội so với AM, được sử dụng nhiều lĩnh vực điện tử truyền thơng Mục tiêu Sau hồn thành chương này, bạn có thể: ■ So sánh điều chế tần số tương phản điều chế pha ■ Tính số điều chế với độ lệch lớn tần số điều chế lớn sử dụng số điều chế hệ số Bessel để xác định số lượng signifi khơng thể dải bên tín hiệu FM ■ Tính tốn băng thơng tín hiệu FM hai phương pháp giải thích khác biệt hai ■ Giải thích cách nhấn mạnh trước sử dụng để giải vấn đề nhiễu thành phần tần số cao tiếng ồn ■ Liệt kê ưu điểm nhược điểm FM so với AM ■ Đưa lý cho khả chống nhiễu vượt trội FM CHƯƠNG 1: TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1.1 Các nguyên tắc điều chế tần số Trong FM, biên độ sóng mang khơng đổi tần số sóng mang thay đổi tín hiệu điều chế Khi tần số tín hiệu thơng tin thay đổi, sóng mang thay đổi tần số cách tương xứng Khi tần số tín hiệu điều chế tăng lên, sóng mang tần số tăng lên Nếu tần số tín hiệu điều chế giảm, tần số tự sóng mang giảm Mối quan hệ ngược lại thực Giảm dần tín hiệu điều chế làm tăng tần số sóng mang giá trị trung tâm nó, tín hiệu điều chế tăng tần số sóng mang giảm xuống giá trị trung tâm Khi biên độ tín hiệu mod thay đổi, tần số sóng mang thay đổi mức bình thường trung tâm, nghỉ, tần số khơng có điều chế Lượng thay đổi tần số sóng mang tạo tín hiệu điều chế gọi độ lệch tần số fd Tối đa độ lệch tần số xảy biên độ lớn tín hiệu điều chế Tần số tín hiệu điều chế xác định tốc độ lệch tần số, tần số sóng mang lệch trung tâm lần giây tần số Nếu tín hiệu điều chế sóng hình sin 500 Hz tần số sóng mang dịch chuyển tần số trung tâm 500 lần giây Hình 1.1 Tín hiệu FM PM (a) Sóng mang (b) Tín hiệu điều chế (c)Tín hiệu FM (d) Tín hiệu PM Tín hiệu FM minh họa Hình 1.1 (c) Hình 1.1 (a) sin sóng, hiển thị dạng sóng tam giác để đơn giản hóa hình minh họa Với khơng tín hiệu điều biến áp dụng, tần số sóng mang sóng hình sin biên độ khơng đổi tần số nghỉ ngơi bình thường Tín hiệu thơng tin điều chế Hình 1.1 (b) sóng hình sin tần số thấp Như sóng sin theo chiều dương tần số sóng mang tăng tỉ lệ thuận Các tần số cao xảy biên độ đỉnh tín hiệu điều chế Khi biên độ tín hiệu điều chế giảm, tần số sóng mang giảm Khi điều chế tín hiệu biên độ khơng, sóng mang điểm tần số trung tâm Khi tín hiệu điều chế chuyển sang âm, tần số sóng mang giảm Nó cho giảm đỉnh nửa chu kỳ âm sóng sin điều biến đạt Sau đó, tín hiệu điều chế tăng 0, tần số sóng mang lại tăng Hiện tượng minh họa Hình 1.1 (c), sin sóng mang sóng dường bị nén lần sau bị kéo dài tín hiệu điều chế 1.2 Nguyên tắc điều chế pha Khi lượng dịch pha sóng mang tần số khơng đổi thay đổi theo với tín hiệu điều chế, đầu kết tín hiệu điều chế pha (PM) [Hình 1.1 (d)] Hãy tưởng tượng mạch điều chế có chức tạo pha dịch chuyển, tức khoảng cách thời gian hai sóng hình sin có tần số Giả định dịch pha xây dựng làm cho lượng dịch pha thay đổi theo biên độ tín hiệu điều chế Biên độ tín hiệu điều chế lớn, độ lệch pha lớn Giả sử thêm thay đổi tích cực điều chế tín hiệu tạo dịch chuyển pha trễ tín hiệu tiêu cực tạo dịch chuyển pha hàng đầu Nếu sóng hình sin có biên độ khơng đổi, tần số khơng đổi áp dụng cho pha shifter có thay đổi pha tín hiệu, đầu pha shifter sóng PM Khi tín hiệu điều chế chuyển sang tích cực, lượng độ trễ pha, độ trễ đầu sóng mang, tăng theo biên độ điều chế tín hiệu Kết đầu giống tín hiệu sóng mang tần số khơng đổi có bị kéo dài giảm tần số Hình 1.2 Sự thay đổi tần số xảy PM biên độ tín hiệu điều chế khác (a) Tín hiệu điều chế (b) Tín hiệu FM (c) Tín hiệu PM Lưu ý chất tín hiệu điều chế nguyên nhân gây tần số thay đổi đầu dịch pha: FM tạo dịch chuyển pha thay đổi Để hiểu rõ điều này, xem tín hiệu điều chế hiển thị Hình 1.2 (a), sóng hình tam giác có đỉnh âm dương bị cắt bớt biên độ fixed Trong thời gian t0, tín hiệu nên sóng mang tần số trung tâm Việc áp dụng tín hiệu điều chế vào điều tần tạo tín hiệu FM hiển thị Hình 1.2 (b) Trong thời gian dạng sóng lên (t1) tần số tăng Trong thời gian biên độ dương không đổi (t2) tần số đầu FM khơng thay đổi Trong thời gian biên độ giảm dần theo chiều âm (t3) tần số giảm dần Trong thời gian âm xoay chiều biên độ không đổi (t4), tần số không đổi, tần số thấp Trong thời gian t5, tần số tăng dần Bây giờ, tham khảo tín hiệu PM Hình 1.2 (c) Trong trình tăng giảm biên độ (t1, t3 t5), tần số thay đổi tạo Tuy nhiên, biên độ không đổi cực dương cực âm, khơng có thay đổi tần số diễn Đầu điều chế pha đơn giản tần số sóng mang dịch chuyển theo pha Điều minh họa rõ rang tín hiệu điều chế áp dụng cho điều chế pha, tần số đầu thay đổi thời gian mà biên độ tín hiệu điều chế thay đổi Độ lệch tần số lớn tạo điều biến pha xảy thời điểm mà tín hiệu điều chế thay đổi với tốc độ nhanh Đối với sóng sin tín hiệu điều chế, tốc độ thay đổi tín hiệu điều chế lớn sóng điều chế thay đổi từ cộng sang trừ từ trừ sang cộng Như Hình 1.2 (c) cho thấy tốc độ thay đổi lớn điện áp điều biến xảy xác điểm giao khơng điểm Ngược lại, lưu ý sóng FM, độ lệch lớn xảy đỉnh biên độ dương âm điện áp biến thiên Do đó, điều chỉnh pha thực tạo FM, độ lệch tối đa xảy điểm khác tín hiệu điều biến Trong PM, độ lệch sóng mang tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi tín hiệu điều chế, tức là, đạo hàm giải tích Với tín hiệu điều biến sóng sin, Sóng mang PM dường điều chế tần số cosin tín hiệu điều chế Hãy nhớ cosin xảy sớm (dẫn) 90° so với sin Vì độ lệch tần số PM tỷ lệ với tốc độ thay đổi tín hiệu điều chế, độ lệch tần số tỷ lệ với tần số tự tín hiệu điều chế biên độ Hiệu ứng bù đắp cho trước 1.2.1 Mối quan hệ tín hiệu điều chế độ lệch song mang Trong FM, độ lệch tần số tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu modun Độ lệch lớn xảy biên độ âm dương cực đại tín hiệu điều chế Trong PM, độ lệch tần số tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu điều chế Số lượng tối đa hàng đầu độ trễ dịch pha xảy biên độ đỉnh tín hiệu điều chế Hiệu ứng này, cho hai Hình 1.3 Độ lệch tần số hàm (a) biên độ tín hiệu điều biến (b) tần số tín hiệu điều chế FM PM, minh họa Hình 1.3 (a) Để làm cho PM tương thích với FM, độ lệch tạo biến thể tần số tín hiệu điều chế phải bù cho Điều thực cách truyền thơng tin tín hiệu thơng qua mạng RC thơng thấp, minh họa hình 1.3 Bộ lọc fi thơng qua thấp này, gọi mạng hiệu chỉnh tần số, báo trước, làm cho tần số ing modulat cao bị suy giảm Mặc dù tần số điều chế cao tạo tốc độ thay đổi lớn độ lệch tần số lớn hơn, điều bù đắp biên độ tín hiệu điều chế, tạo dịch pha tần số thấp lệch lạc Predistorter đền bù cho độ lệch tần số vượt tần số điều chế cao Kết đầu giống tín hiệu FM FM tạo điều biến pha gọi FM gián tiếp 1.2.2 Giai đoạn chuyển đổi keying Hình 1.4 Điều chế pha sóng mang liệu nhị phân tạo PSK PM sử dụng với tín hiệu nhị phân, hình 1.4 cho thấy Khi điều chế nhị phân tín hiệu V, nhị phân 0, tín hiệu PM đơn giản tần số sóng mang Khi nhị phân mức điện áp xảy ra, điều chế, dịch pha, cần thay đổi pha sóng mang, khơng phải tần số Trong hình 1.4, dịch chuyển pha 180° Mỗi lần tín hiệu thay đổi từ đến thành 0, có dịch chuyển pha 180° Tín hiệu PM tần số sóng mang, pha thay đổi so với sóng mang ban đầu với đầu vào nhị phân Quá trình điều biến pha sóng mang với liệu nhị phân gọi dịch pha khóa (PSK) khóa dịch pha nhị phân (BPSK) Tín hiệu PSK hiển thị Hình 1.4 sử dụng độ lệch pha 180° so với tham chiếu, sử dụng giá trị dịch pha khác, để ví dụ, 45°, 90°, 135° 225° Điều quan trọng cần nhớ khơng có tần suất biến đổi xảy Tín hiệu PSK có tần số khơng đổi, pha tín hiệu từ số thay đổi tham chiếu tín hiệu điều chế nhị phân xảy 1.3 Chỉ số điều chế dải bên Bất kỳ trình điều chế tạo dải biên Khi sóng sin tần số khơng đổi làm thay đổi sóng mang, hai tần số bên tạo Các tần số bên tổng hiệu sóng mang tần số điều chế Trong FM PM, AM, tần số dải biên tổng chênh lệch tạo Ngoài ra, số lượng lớn cặp dải biên tạo Do đó, phổ FM PM tín hiệu thường rộng tín hiệu AM tương đương Cũng gener ăn tín hiệu FM băng hẹp đặc biệt có băng thơng rộng chút so với tín hiệu AM Hình 1.5 Phổ tần số tín hiệu FM Hình 1.5 cho thấy phổ tần số tín hiệu FM điển hình tạo cách điều biến sóng mang sóng hình sin đơn tần Lưu ý dải biên cách từ sóng mang fc từ sóng khác với tần số tần số điều hịa fm Khi biên độ tín hiệu điều chế thay đổi, độ lệch tần số thay đổi Số lượng dải biên tạo ra, biên độ khoảng cách chúng, phụ thuộc vào độ lệch tần số tần số điều chế Hãy nhớ tín hiệu FM cóbiên độ khơng đổi Vì tín hiệu FM tổng tần số dải bên, biên độ dải biên phải thay đổi theo độ lệch tần số tần số điều chế tổng chúng tạo tín hiệu FM có biên độ khơng đổi tần số thay đổi Về mặt lý thuyết, trình FM tạo số lượng nhỏ băng tần bên bên đó, mặt lý thuyết, băng thông lớn mặt lý thuyết Tuy nhiên, thực tế, dải biên có biên độ lớn khơng thể mang thơng tin Điển hình dải biên có biên độ nhỏ phần trăm sóng mang khơng điều chế coi khơng thể phù hợp Do đó, FM dễ dàng truyền qua mạch giao tiếp phương tiện với băng thông tốt Mặc dù vậy, băng thơng tín hiệu FM thường lớn rộng tín hiệu AM có tín hiệu điều chế 1.3.1 Chỉ số điều chế �� = �� �� (1.1) Trong fd độ lệch tần số fm tần số điều biến Đôi chữ Hy Lạp viết thường delta (δ) sử dụng thay fd để biểu thị độ lệch 1.3.2 Chức Bessel �� = � �� (1.2) Với số điều chế, số lượng biên độ dải bên đáng kể xác định cách giải phương trình tín hiệu FM Phương trình FM, có đạo hàm nằm ngồi phạm vi sách này, υFM = Vc sin [2πfct+mfsin(2πfmt)], υFM giá trị tức thời tín hiệu FM mf số điều chế Thuật ngữ có hệ số cient mf góc pha sóng mang Lưu ý phương trình biểu thị góc pha tín hiệu điều chế sóng sin Phương trình giải quy trình tốn học phức tạp gọi hàm Bessel υFM= Vc{J0(sin ωct) + J1[sin(ωc + ωm)t – sin(ωc - ωm)t] + J2[sin(ωc + 2ωm)t – sin(ωc -2 ωm)t] + J3[sin(ωc + 3ωm)t – sin(ωc - 3ωm)t] (1.3) + J4[sin(ωc + 4ωm)t – sin(ωc - 4ωm)t]+… ωc = 2πfc = tần số sóng mang ωm = 2πfm = tần số tín hiệu điều biến Vc = giá trị đỉnh sóng mang khơng điều chế Sóng FM biểu thị dạng tổng hợp sóng sin có tần số khác biên độ mà thêm vào cho tín hiệu miền thời gian FM Thuật ngữ sóng mang có biên độ cho hệ số Jn, trường hợp J0 Số hạng tính lại cặp tần số bên bên tổng hiệu sóng mang tần số tín hiệu điều chế Biên độ tần số bên J1 Số hạng cặp tần số bên khác sóng mang ± lần điều chế tần số tín hiệu Các thuật ngữ khác đại diện cho tần số phụ bổ sung cách từ lượng tần số tín hiệu điều chế Biên độ dải biên xác định hệ số Jn, là, lần lượt, xác định giá trị số điều chế Các hệ số biên độ tính cách sử dụng biểu thức �� �� = ( �� 2� �! � ) [1 − �� 2 2�+2 + �� 2.4 2�+2 2�+4 − �� 2.4.6 2�+2 2�+4 2�+6 + … ](1.4) Trong thực tế, bạn khơng cần phải biết tính tốn hệ số nhận này, bảng cho chúng phổ biến rộng rãi Các hệ số Bessel cho loạt điều chế mục đưa hình 1.6 Cột ngồi bên trái cho số điều chế mf Các cột lại cho biết biên độ tương đối hạt tải điện cặp khác dải biên Bất kỳ dải biên có biên độ sóng mang tương đối nhỏ phần trăm (0,01) bị loại bỏ Lưu ý số biên độ sóng mang dải biên có âm dấu hiệu Điều có nghĩa tín hiệu đại diện biên độ đơn giản dịch chuyển theo pha 180 ° (đảo pha) Hình 1.7 cho thấy đường cong tạo cách vẽ liệu hình 1.6 Các biên độ sóng mang dải biên phân cực vẽ trục tung; số điều chế vẽ trục hồnh Như hình ảnh minh họa, tàu sân bay biên độ J0 thay đổi theo số điều chế Trong FM, biên độ sóng mang biên độ dải biên thay đổi tần số độ lệch tín hiệu điều biến thay đổi Trong AM, biên độ sóng mang khơng đổi Lưu ý số điểm hình 1.6 1.7, số điều chế khoảng 2,4, 5,5 8,7, biên độ sóng mang J0 thực giảm xuống khơng Tại điểm đó, tất cơng suất tín hiệu phân phối hồn tồn dải biên Và thấy hình 1.7, dải biên giá trị định số điều chế Hình 1.6 Biên độ sóng mang dải biên cho số điều chế khác tín hiệu FM dựa Bessel chức 10 Hình 1.7 Đồ thị liệu hàm Bessel từ hình 1.6 Hình 1.8 Các ví dụ phổ tín hiệu FM (a) Chỉ số điều chế (b) Chỉ số điều chế (c) Chỉ số điều chế (d) Chỉ số điều chế 0,25 (NBFM) Trong Hình 1.8 (d), số điều chế 0,25 Đây trường hợp đặc biệt FM, q trình điều chế tạo cặp dải biên đáng kể AM sản xuất Với số điều chế 0,25, tín hiệu FM khơng chiếm nhiều băng thơng tín hiệu AM Loại FM gọi FM băng hẹp, NBFM Các khái niệm thức NBFM hệ thống FM số điều chế nhỏ π / = 1,57 mf < (π / 2) Tuy nhiên, NBFM thực có cặp dải biên, mf phải nhỏ nhiều π / Giá trị mf khoảng 0,2 đến 0,25 cho NBFM Bộ đàm di động FM thông thường sử dụng độ lệch tối đa kHz, với giọng nói tối đa tần số kHz, cho số điều chế mf = kHz / kHz 1,667 Mặc du hệ 11 thống khơng nằm khái niệm thức NBFM, chúng coi truyền dẫn băng hẹp Mục đích NBFM bảo tồn khơng gian phổ, NBFM sử dụng liên lạc vô tuyến Tuy nhiên, lưu ý NBFM bảo tồn khơng gian phổ chi phí tỷ lệ tín hiệu nhiễu 1.3.3 Băng thơng tín hiệu FM Chỉ số điều chế FM cao, băng thơng tín hiệu rộng thơng tín hiệu FM bị hạn chế cách có chủ ý cách đặt giới hạn cho số điều chế Băng thơng sau xác định công thức đơn giản BW = 2fmN (1.5) Một cách khác để xác định băng thơng tín hiệu FM sử dụng quy tắc Carson Theo băng thơng tính: BW = 2[fd(max)+fm(max)] (1.6) Quy tắc Carson cung cấp băng thông thấp băng thơng tính tốn với cơng thức thơng thường Tuy nhiên, người ta chứng minh mạch hệ thống có chiều rộng băng tần tính theo quy tắc Carson đủ để đảm bảo tín hiệu rõ ràng đầy đủ 1.4 Triệt tiêu nhiễu biên độ FM 12 Hình 1.9 Một tín hiệu FM bị nhiễu Nhiễu biên độ tạo tín hiệu thời Nhiễu thường ảnh hưởng điện áp với tần số cao Chúng thêm vào tín hiệu can thiệp vào Ảnh hưởng tiềm tàng nhiễu tín hiệu FM thể hình 1.9 Nếu nhiễu tín hiệu đủ mạnh, chúng xóa hồn tồn tín hiệu thơng tin Tuy nhiên, tín hiệu FM có biên độ sóng mang khơng đổi máy thu FM chứa mạch giới hạn, hạn chế biên độ tín hiệu nhận Bất kỳ biến thể biên độ xảy tín hiệu FM cắt bỏ cách hiệu quả, hiển thị hình 1.9 Điều không ảnh hưởng đến nội dung thông tin tín hiệu FM, chứa biến thể tần số sóng mang Vì cắt xén hoạt động mạch giới hạn, tiếng ồn gần loại bỏ hoàn toàn Ngay đỉnh thân tín hiệu FM bị cắt bớt tắt tín hiệu thu bị méo, không thông tin bị Trên thực tế, lợi ích FM so với AM khả chống nhiễu biên độ Quá trình giải điều chế khơi phục tín hiệu FM thực hỗ trợ chống nhiễu cải thiện tỷ lệ tín hiệu nhiễu (S/N) 1.5 Điều chế tần số so với điều chế biên độ 1.5.1 Ưu điểm FM Khả chống nhiễu Lợi ích FM so với AM khả chống nhiễu vượt trội, thực nhờ mạch giới hạn cắt thu, giúp loại bỏ hiệu tất biến thể nhiễu, để lại tín hiệu FM biên độ không đổi Mặc dù việc cắt bớt không dẫn đến khả phục hồi hoàn toàn trường hợp, nhiên, FM chịu nhiễu cao nhiều so với AM Hiệu ứng Chụp Một lợi ích khác FM gây nhiễu tín hiệu biên độ bị loại trừ cách hiệu Do giới hạn biên độ phương pháp giải điều chế sử dụng máy thu FM, tượng gọi hiệu ứng bắt đặt hai nhiều tín hiệu FM xảy đồng thời tần số Nếu tín hiệu lớn hai lần biên độ tín hiệu kia, tín hiệu mạnh bắt kênh, loại bỏ hồn tồn tín hiệu yếu Với mạch thu đại, biên độ tín hiệu khác dB thường đủ để tạo hiệu ứng bắt 13 Ngược lại, hai tín hiệu AM chiếm tần số, hai tín hiệu nói chung nghe thấy, cường độ tín hiệu tương đối chúng Khi tín hiệu AM rõ ràng mạnh tín hiệu khác, tự nhiên, tín hiệu mạnh hiểu được; nhiên, yếu tín hiệu khơng bị loại bỏ nghe thấy Khi tín hiệu cường độ tín hiệu AM cho gần nhau, chúng gây nhiễu lẫn nhau, khiến hai gần hiểu Mặc dù hiệu ứng bắt giữ ngăn cản yếu hai tín hiệu FM nghe thấy, hai trạm phát tín hiệu có biên độ xấp xỉ nhau, chụp sau khác Điều xảy ví dụ: người lái xe di chuyển dọc theo đường cao tốc nghe chương trình phát sóng rõ ràng tần số cụ thể Tại số thời điểm, người lái xe nghe thấy chương trình phát sóng khác, hồn tồn lần đầu tiên, sau đó, đột ngột, nghe lại chương trình phát sóng ban đầu Cái ưu phụ thuộc vào vị trí xe cường độ tín hiệu tương đối hai tín hiệu Hiệu suất máy phát Ưu điểm thứ ba FM so với AM liên quan đến hiệu Nhớ lại AM sản xuất kỹ thuật điều chế mức thấp mức cao Hiệu điều chế mức cao khuếch đại lớp C sử dụng làm tầng công suất fi nal RF điều chế khuếch đại điều chế công suất cao AM máy phát phải tạo RF cao cơng suất tín hiệu điều chế Ngồi ra, mức công suất cao, khuếch đại điều chế lớn không thực tế Theo điều kiện, điều chế mức thấp phải sử dụng thơng tin AM bảo tồn mà khơng bị biến dạng Tín hiệu AM tạo mức thấp sau khuếch đại khuếch đại tuyến tính để tạo tín hiệu RF cuối Bộ khuếch đại tuyến tính loại A lớp B có hiệu suất thấp nhiều so với khuếch đại lớp C Tín hiệu FM có biên độ khơng đổi khơng cần thiết phải sử dụng khuếch đại tuyến tính để tăng mức cơng suất chúng Trên thực tế, tín hiệu FM ln tạo mức thấp sau khuếch đại loạt khuếch đại lớp C để tăng công suất chúng Kết sử dụng nhiều nguồn lượng có sẵn mức độ hiệu cao khuếch đại lớp C Thậm 14 chí nhiều khuếch đại hiệu lớp D, E F sử dụng FM thiết bị PM 1.5.2 Nhược điểm FM Sử dụng phổ mức Có lẽ nhược điểm lớn FM sử dụng q nhiều khơng gian phổ Băng thơng tín hiệu FM nói chung rộng đáng kể so với tín hiệu AM truyền thơng tin tương tự Mặc du giữ số điều chế thấp để giảm thiểu băng thông, giảm số điều chế làm giảm khả chống nhiễu tín hiệu FM Vì FM chiếm nhiều băng thơng, nên thường sử dụng phần phổ có đủ băng thơng, tức tần số cao Trong thực tế, sử dụng tần số 30 MHz Hầu hết công việc liên lạc FM thực tần số VHF, UHF vi sóng Độ phức tạp mạch Một nhược điểm lớn FM khứ liên quan đến phức tạp mạch sử dụng để điều chế tần số giải điều chế so với mạch đơn giản sử dụng để điều chế biên độ giải điều chế Ngày nay, lợi gần biến việc sử dụng mạch tích hợp Mặc dù vi mạch sử dụng truyền dẫn FM phức tạp, chúng đòi hỏi nỗ lực để sử dụng giá chúng thấp giá mạch AM tương đương Vì xu hướng giao tiếp điện tử hướng tới tần số ngày cao IC rẻ dễ sử dụng, FM PM trở thành phương pháp điều chế sử dụng rộng rãi truyền thông điện tử ngày 15 CHƯƠNG 2: THỰC HIỆN CÁC BÀI TẬP 2.1 Bài tập Một sóng mang tần số 162 MHz bị lệch 12 kHz tín hiệu điều chế kHz Chỉ số điều chế gì? Ta có �� = 12 ��� �� = ��� 2.2 Bài tập => �� = �� 12 ��� = =6 �� ��� Độ lệch lớn sóng mang FM với tín hiệu 2,5 kHz kHz Tỷ lệ lệch gì? Ta có �� = 14 ��� �� = 2,5 ��� 2.3 Bài tập => �� = �� ��� = = 1,6 �� 2,5 ��� Đối với 2, tính tốn băng thơng bị tắc nghẽn tín hiệu, cách sử dụng phương pháp thông thường quy tắc Carson * Bài �� = 12 ��� �� = ��� mf = => n = BW = 2.fm.n = 2.2.9 = 36 kHz BW = 2.(fm + fd) = 2.(12 +2) = 28 kHz * Bài �� = ��� �� = 2.5 ��� mf = 1.6 ta lấy 1.5 => n = BW = 2.fm.n = 2.4.4 = 32 kHz BW = 2.(fm + fd) = 2.(4 + 2,5) = 13 kHz 16 2.4 Bài tập Biên độ tương đối cặp biên độ thứ tư tín hiệu FM có tỉ số lệch bao nhiêu? Dựa vào bảng Bessell ta thấy cặp biên độ thứ có biên độ 0,1 2.5 Bài tập Tại số điều chế biên độ cặp dải biên 0? Sử dụng Hình 1.6 1.7 để tìm số điều chế thấp cho kết Khi số điều chế mf = cặp biên độ 2.6 Bài tập Một kênh khả dụng để truyền FM có độ rộng 30 kHz Tần số tự tín hiệu điều chế tối đa cho phép 3,5 kHz Tỷ lệ lệch nên sử dụng? Ta có fm = 3,5 kHz BW = 30 kHz BW = 2.(fd + fm) => 30 = 2.(fd + 3,5) => fd = 11,5 kHz 2.7 Bài tập Sử dụng quy tắc Carson để xác định băng thông kênh FM độ lệch tối đa cho phép kHz tần số lên đến 3.333 kHz Ta có fd = kHz fm = 3,333 kHz BW = 2(fd + fm) =2(5 + 3,333) = 16,666 kHz 17 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.1 Mơ Hình 3.1 Mạch điều chế FM Mạch điều chế FM chia thành phần từ trái qua phải là: 1) Mạch điều chế FM sử dụng IC4046, mục đích điều chế tín hiệu FM 2) Khối mạch thứ khối mạch giải điều chế FM dùng phương pháp tách sóng tỷ số (dùng biến áp) 3) Khối mạch khuếch đại cao tần tín hiệu sau giải điều chế tín hiệu có tần số thấp cần khuếch truyền xa 4) Khối mạch lọc thông thấp để loại bỏ tín hiệu khơng mong muốn 18 3.2 Kết Hình 3.2 Kết mơ *Máy đo sóng 1: Đầu vào kênh (vàng) sóng tin tức Đầu vào kênh (xanh dương) sóng FM điều chế *Máy đo sóng 2: Đầu vào kênh (Vàng) sóng FM điều chế Đầu vào kênh (xanh dương) sóng tin tức sau giải điều chế FM chưa qua khuếch đại Đầu vào kênh (đỏ) đầu sóng tin tức sau qua khuếch đại Đầu vào kênh (xanh lục) sóng tin tức qua lọc thông thấp 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Principles of electronic communication systems- 4th Edition [- Louis E Frenzel Jr [2] https://youtu.be/hRZKZ8L-kuA 20