• Có 3 thành phần của tín hiệu tương tự có thể thay đổi bởi tín hiệu mang thông tin là: biên độ, tần số và pha... • FM và PM khác nhau ở đặc tính của sóng mang bị thay đổi trực tiếp hay
Trang 1Cải thiện độ tin cậy hệ thống
Trang 2Angle Modulation Transmission
Trang 3• Có 3 thành phần của tín hiệu tương tự có thể thay
đổi bởi tín hiệu mang thông tin là: biên độ, tần số và
pha.
• FM, PM cả hai đều từ điều chế góc.
• Lợi ích của AM:
– Cải thiện độ tin cậy hệ thống
Trang 4Điều chế góc
• Điều chế góc là khi góc pha (θ) của sóng sin bị thay đổi
theo thời gian
• Biểu thức toán học:
– m(t): sóng đã điều chế góc
– Vc: biên độ đỉnh sóng mang (V)
– ωc: tần số góc sóng mang (anglular velocity, rad/s)
– θ(t): độ lệch pha tức thời (rads)
• θ(t) là 1 hàm của tín hiệu điều chế
)]
( cos[
([)
(t F νm t F V m ωm t
Trang 5• FM và PM khác nhau ở đặc tính của sóng mang
bị thay đổi trực tiếp hay gián tiếp bởi tín hiệu điều
chế
• Tần số sóng mang thay đổi ⇔ pha sóng mang
thay đổi
• FM là kết quả từ tần số sóng mang thay đổi trực
tiếp phù hợp với tín hiệu điều chế
• PM là kết quả từ pha sóng mang thay đổi trực tiếp phù hợp với tín hiệu điều chế
Trang 6Điều chế góc
• Định nghĩa:
có biên độ cố định thay đổi trực tiếp với biên
biên độ cố định thay đổi trực tiếp với biên độ
của tín hiệu điều chế với tốc độ bằng với tần
Trang 7• Tín hiệu đã điều chế góc trong miền tần số
– Độ lớn và hướng của dịch tần (∆f) thay đổi theo biên độ và
cực của t n hiệu điều chế
– Tốc độ tần số thay đổi bằng với f m
Trang 8Điều chế góc
• Điều chế góc trong
miền thời gian
Trang 9• Độ lệch pha (∆θ): độ dịch tương đối của
• Độ lệch tần (∆ f ): độ dịch tương đối của tần
số sóng mang tính bằng Hz đối với giá trị
chế.
Trang 10)(2
)()]
([
2
)
()
π
θ′+
=
Trang 11'
t dt
)
( )
θ =
) / (
)
( )
'
s rad t
K
θ =
Trang 12Deviation Sensitivity
• K và K1:hằng số và được gọi là deviation sensitivities của
pha và tần số bộ điều chế (modulators)
• Deviation sensitivity là hàm truyền output-input của bộ điều
chế (modulator)
• Thể hiện mối quan hệ giữa những thay đổi của thông số ngõ
ra với nhũng thay đổi của t n hiệu ngõ vào
• PM:
• FM:
) / (
rad V V
1
Vs
rad V
K
Δ Δ
= ω
Trang 13) (
t KV
t V
t t
V t
m
m m
c c
c c
ω ω
cos
] ) cos(
cos[
] ) ( cos[
] ) ( cos[
) (
1 1 1 '
t
V
K t
V
dt t V
K t V
dt t v K t
V
t t
V t
m
m m
c c
m m
c c
m c
c
c c
ωω
ωω
ω
θω
Trang 14m = c ωc + m
] ) ( cos[
) (t V t K1 v t dt
) (t V t K1V t
m
c c
m ω ω
ω
Trang 15/48
Trang 16Hệ số điều chế
• Biểu thức (c) (d) trong Bảng 6-1 có thể viết
lại dưới dạng tổng quát:
• m : hệ số điều chế, and is defined differently
in phase and frequency modulation
)]
cos(
cos[
)
Trang 17• Với điều chế pha:
– m=độ lệch pha đỉnh=tỷ lệ với biên độ t n hiệu điều chế, độc
lập với tần số
m=K.V m (radians)
với:
m=hệ số điều chế và độ lệch pha đỉnh (∆θ, radians)
K= deviation sensitivity (radians per volt)
V m= biên độ đỉnh của t n hiệu điều chế (volts)
t m
t V
t t
V
t KV
t V
t m
m c
c
m c
c
m m
c c
ω ω
ω θ
ω
ω ω
+
=
Δ +
=
+
=
Trang 18Hệ số điều chế
• Điều chế tần số
– Điều chế tần số tỷ lệ với biên độ của t n hiệu điều chế và tỷ lệ nghịch
với tần số của t n hiệu điều chế
với K 1 (radians per volt)
1
m
m V
K m
ω
=
(unitless)
1
m
m f
V K
m =
Trang 19• Độ lệch tần số (Frequency deviation) là sự thay đổi của tần
số xảy ra ở sóng mang tác động bởi t n hiệu điều chế
• Độ lệch tần đỉnh ∆f
• Độ lệch tần đỉnh đỉnh (2∆f)=carrier swing
⇒ Hệ số điều chế:
) Hz (
1 mV K
f = Δ
) sin(
cos
) sin(
cos )
t m
t V
t f
f t
V
t
V
K t V
t m
m c
c
m m
c c
m m
c c
m
ω ω
ω ω
ω ω
Trang 21) sin(
cos
) sin(
cos )
t m
t V
t f
f t V
t V
K t V
t m
m c
c
m m
c c
m m
c c
m
ω ω
ω ω
ω ω
t m
t V
t t
V
t KV
t V
t m
m c
c
m c
c
m m
c c
ω ω
ω θ
ω
ω ω
+
=
Δ +
=
+
=
) Hz (
1 m V K
f =
(unitless) 1
m m
m
f
f f
V K
=
= m = KV m = Δθ(rad)
)cos(
)
v c = c ωc
) sin(
) ( t V t
vm = m ωm v m(t) =V m cos(ωm t)
)cos(
)
v c = c ωc
Trang 22Bộ điều chế và giải điều chế Pha
– Bộ điều chế PM = Bộ vi phân theo sau bởi bộ
– Bộ giải điều chế PM = Bộ giải điều chế FM
theo sau bởi bộ tích phân
– Bộ điều chế FM = Bộ tích phân theo sau bởi
bộ điều chế PM
– Bộ giải điều chế FM demodulator = Bộ giải
điều chế PM theo sau bởi bộ vi phân
Trang 23)2
cos(
)()
t n t m
J V
m J
2
cos(
) ( )
cos
z Điều chế sóng sin một tần số
z Các thành phần tần số riêng rẻ thì không rõ ràng
(Individual freq components are not obviously)
Jn(m) là hàm Bessel function of the 1st kind of nth order
Trang 24) 2
) (
cos ) (
) 2
) (
cos ) ( cos
) ( )
(
2 2
1 1
0
+
−
− +
J t m
J
t m
J t
m J t m
J V t
m
m c
m c
m c
m c
c c
ω ω
ω ω
π ω
ω
π ω
ω ω
Trang 25− +
+ +
! 3
) 2 / ( )!
2 (
! 2
) 2 / ( )!
1 (
! 1
) 2 / ( 1 2
) (
6 4
2
n
m n
m n
m n
m m
J
n n
Trang 26Bessel functions of the First Kind
Trang 27Bessel function versus m
Trang 28Băng thông của sóng đã điều chế
Trang 29• Công suất trung bình của sóng mang chưa điều chế
• Công suất tức thời của t n hiệu đã điều chế
• Actually,
)W
(2
R
t m
=
2
1 2
1 )]
( [
cos
2 2
2
t
t R
V t
t R
( 2
2
R
V
P t ≈ cReduces to:
R
V R
V R
V R
V R
V P
P P
P P P
P
n c
t
n t
2
2
2
2 2
2 2
2 2
2 2
3
2 2
2 1 2
3 2
1 0
+ + +
+ +
=
+ + +
+ +
=
Trang 30Nhiễu và điều chế góc
• Nhiễu nhiệt⇒lệch tần sóng mang không mong muốn ⇒giải
điều chế ⇒nhiễu nếu thành phần tần số nằm trong phổ t n
hiệu
• Dạng phổ của nhiễu:
– PM: không đổi với tần số
– FM: tăng tuyến t nh
Trang 31V
=
Δ θ
Trang 32Frequency modulation due to
sin(
) ( ωn θn
)(rad/s) t
cos(
) ( ωn ωn θn
V
V
c
n peak
signal to due
f
S Δ
=
Trang 33• Without preemphasis
Trang 34Preemphasis & Deemphassis
• With preemphasis
Trang 35• Preemphasis network is a high pass filter (a
differentiator)
• Deemphasis network is a low pass filter (a
integrator)
R L f
hay
RC f
b
b
/ 2 1
2 1
π
π
=
=
Trang 36Bộ điều chế Tần số & Pha
Disadvantage Bộ dao động LC không ổn
định để tạo tần số sóng mang⇒mạch điều khiển tần
số tự động
Khó đạt được độ lệch tần và chỉ số điều chế cao
Advantage Dễ đạt được độ lệch tần và
chỉ số điều chế cao
Bộ dao động tách biệt với mạch điều chế⇒ổn định
Trang 37Direct FM modulators
• Độ lệch tần tức thời tỷ lệ trực tiếp với biên độ sóng điều chế
• Bộ điều chế FM trực tiếp đơn giản (ứng dụng cao):
• 3 phương pháp: varactor diode, FM reactance, linear
integrated-circuit
Trang 38Varactor diode
• Schematic:
• Positive alternations⇒Êreversebias⇒Ìcapacitance
⇒Êoscillation freq
• Negative alternations ⇒Ìfreq
• Simple to use, reliable
• Stablity of oscillator⇒peak freq deviation is limited small values
⇒low-index applications
Trang 39(Hz) 2
( 2
1
C C
L
f
Δ +
=
π
(Hz)
f f
f = c − Δ
Peak freq deviation:
Carrier rest freq:
New frequency:
Trang 40FM reactance modulator
• JFET được sử dụng như thiết bị chủ động
• Modulating signal varies reactance of JFET causing a change in
resonant freq
Trang 41j R
g
X j z
m m m
Modulating signal⇒vGSÊË⇒gmÊË⇒vGSÊË
⇒ zdÊË⇒ resonant freqÊË Maximum freq deviation 5kHz
Trang 42Bộ điều chế FM trực tiếp IC
• Ổn định, chính xác
• Công suất ngõ ra thấp, cần vài thành phần thêm vào
• Motorola MC1376 FM transmitter LIC: ƒc=1.4MHz÷14MHz, low
power application (cordless phones)
Voltage controlled oscillator (ƒc)
f m
f f
= Δ
Trang 44Direct PM modulators
• Transistor direct PM modulator
Trang 46Heterodyning process
Trang 47Multiplication method