В случае частотной модуляции синусоидальным сигналом частота колебаний меняется по закону:

w = w + Dw cos W t ,     (3)

где cos W t — модулирующий сигнал, Dw — т. н. девиация частоты. При частотной модуляции полоса частот модулированного колебания зависит от величины b = Dw/W, называемой индексом частотной модуляции. При b << 1 справедливо приближённое соотношение:

х » А (sin w t + b sin W t cos w t).     (4)

В этом случае частотно-модулированное колебание, так же как и амплитудно-модулированное, состоит из несущей частоты w и двух спутников с частотами w + W и w — W. Поэтому при малых b полосы частот, занимаемые амплитудно-модулированным и частотно-модулированным сигналами, одинаковы. При больших индексах b спектр боковых частот значительно увеличивается. Кроме колебаний с частотами w ± W, появляются колебания, частоты которых равны w ± 2 W, w ± 3 W и т. д. Полная ширина полосы частот, занимаемая частотно-модулированным колебанием с девиацией Dw и частотой модуляции W (с точностью, достаточной для практических целей), может считаться равной 2 Dw + 2 W. Эта полоса всегда шире, чем при амплитудной модуляции.

  Преимуществом частотной модуляции перед амплитудной в технике связи является большая помехоустойчивость. Это качество частотной модуляции проявляется при b >> 1, т. е. когда полоса частот, занимаемая частотно-модулированным сигналом, во много раз больше 2 W. Поэтому частотно-модулированные колебания применяются для высококачественной передачи сигналов в диапазоне ультракоротких волн (УKB), где на каждую радиостанцию выделена полоса частот, в 15—20 раз большая, чем в диапазоне длинных, средних и коротких волн, на которых работают радиостанции с амплитудной модуляцией. Частотная модуляция применяется также для передачи звукового сопровождения телевизионных программ. Частотно-модулированные колебания могут быть получены изменением частоты задающего генератора (см. Радиопередатчик ).

  В случае фазовой модуляции модулированное колебание имеет вид:

х = А sin (w t + Dj cos W t).     (5)

Если модулирующий сигнал синусоидальный, то форма модулированных колебаний и их спектральный состав для частотной и фазовой модуляции одинаковы. В случае несинусоидального модулирующего сигнала это различие четко выражено.

  В многоканальных системах связи в качестве переносчика информации используется не гармоническое колебание, а периодическая последовательность радиоимпульсов, каждый из которых представляет собой цуг колебаний высокой частоты (рис. 3 ). Периодическая последовательность таких импульсов определяется четырьмя основными параметрами: амплитудой, частотой следования, длительностью (шириной) и фазой. В соответствии с этим возможны четыре типа импульсной модуляции: амплитудно-импульсная, частотно-импульсная, широтно-импульсная, фазово-импульсная (рис. 4 ). Импульсная модуляция обладает повышенной помехоустойчивостью по сравнению с модуляцией непрерывной синусоидальной несущей, зато полоса частот, занимаемая передающей радиостанцией с импульсной модуляцией, во много раз шире, чем при амплитудной модуляции (см. Импульсная модуляция , Импульсная радиосвязь ).

  Лит.: Харкевич А. А., Основы радиотехники, ч. 1, М., 1962; Гольдман С., Гармонический анализ, модуляция и шумы, пер. с англ., М., 1951; Рытов С. М., Модулированные колебания и волны, «Тр. Физического института АН СССР», 1940, т. 2, в. 1.

  В. Н. Парыгин.

Рис. 1. Схематическое изображение модулированных колебаний: а — немодулированное колебание; б — модулирующий сигнал; в — амплитудно-модулированное колебание; г — частотно-модулированное колебание; д — фазово-модулированное колебание.

Рис. 4. Различные виды импульсной модуляции: а — немодулированная последовательность радиоимпульсов; б — передаваемый сигнал; в — амплитудно-импульсная модуляция; г — частотно-импульсная модуляция; д — широтно-импульсная модуляция; е — фазово-импульсная модуляция.

Рис. 3. Радиоимпульс.

Рис. 2. Амплитудная модуляция синусоидальным сигналом, w — несущая частота, W — частота модулирующих колебаний, А_макс и А_мин — максимальное и минимальное значения амплитуды.

Модуляция света

Модуля'ция све'та, модуляция колебаний электромагнитного излучения оптического диапазона (видимого света, ультрафиолетового и инфракрасного излучений). При М. с. изменяются амплитуда (и следовательно, интенсивность), фаза, частота или поляризация световых колебаний. В любом из этих случаев в конечном счёте меняется совокупность частот, характеризующая излучение, — его гармонический состав. М. с. позволяет «нагружать» световой поток информацией, которая переносится светом и может быть затем извлечена и использована. В принципе количество информации, которое можно передать, модулируя колебания какого-либо вида, тем более велико, чем выше частота этих колебаний (в частности, потому, что с возрастанием частоты модулируемых колебаний — т. н. несущей частоты — появляется возможность увеличить ширину полосы частот модулирующих сигналов; частоты модулирующих колебаний должны быть меньше несущей). Частоты видимого света 10¹⁵ —10¹⁶ гц, а всего диапазона оптического излучения — от 10¹² до 10²⁰ гц, т. е. значительно выше, чем у других колебаний, модулируемых с целью передачи информации. Это (а также нередко невозможность решить техническую или научную задачу, не используя оптическое излучение) обусловливает важность и перспективность М. с.

  Во многих технических применениях частота модулирующего сигнала настолько мала по сравнению с частотой используемого оптического излучения, что изменение его гармонического состава пренебрежимо мало, и под М. с. понимают периодическое или непериодическое изменение лишь интенсивности излучения. Простейшим, известным с древности примером такой М. с. является световая сигнализация с прерыванием светового потока. В современной технике при подобной М. с. часто важна форма оптических сигналов, которую выбирают наиболее удобной для выполнения конкретной задачи. Это могут быть кратковремеменные импульсы света, сигналы, близкие к прямоугольным, гармоническим и т. д.

  Т. н. естественная М. с. происходит уже при испускании света элементарными излучателями (атомами, молекулами, ионами). Конечность времени «высвечивания» таких излучателей (~ 10^-8 —10^-9 сек ) приводит к некоторому разбросу частот испускаемого ими излучения (см. Монохроматический свет ). Естественная М. с. имеет место также при рассеянии света и различных взаимодействиях излучателей между собой. Она позволяет изучать процессы как в отдельных излучателях, так и в их системах (см., например, Комбинационное рассеяние света , Мандельштама — Бриллюэна рассеяние ).

  Во многих случаях, однако, естественное световое излучение можно с достаточной степенью точности рассматривать как монохроматическое (как гармонические колебания одной единственной частоты) и модулировать его принудительно. Различают внутреннюю М. с., осуществляемую в самом источнике излучения, и внешнюю, производимую с помощью специальных устройств, называемых модуляторами света. (Этими же терминами пользуются и применительно к упомянутой выше «грубой» модуляции немонохроматического света, при которой изменения спектрального состава излучения не играют существенной роли.) Приёмники света всех типов реагируют только на изменение интенсивности света, т. е. амплитуды его колебаний. Поэтому на практике и частотную М. с. (ЧМ), и фазовую (ФМ), и модуляцию по поляризации (ПМ) преобразуют тем или иным способом в амплитудную М. с. (AM) — либо непосредственно в схеме модулятора, либо перед фотоприёмником (т. н. гетеродинный приём). При этом гармонический состав амплитудно-модулированного света зависит от первоначального вида М. с. и способа её преобразования в AM.