Analogové modulace

Časový průběh a spektrum jsou dva způsoby jak pracovat se signály.

Časový průběh: je záznam hodnot signálu v čase.

Spektrum: je obsah harmonických (sinusových) časových průběhů v signálu. Slovem obsah je v myšleno, které kmitočty jsou přítomné a jakou mají velikost.

Ukážeme si to na příkladu měření teploty v místnosti.

Na obrázku je časový průběh záznamu teploty za 2 dny (48 hodin) pro různé způsoby vytápění kancelářských prostor:

Časové průběhy teplot při režimu s útlumem přirozeně kolísají v pravidelném rytmu pracovní doba/útlum. Křivky jsou podobné harmonickému průběhu (sinusovce).
Je to přirozené: V pracovní době je teplota vyšší, v době útlumu nižší a mezi těmito dobami jsou přechody. Rozdíl mezi teplotou v pracovní době a v době útlumu závisí na režimu. V režimu bez útlumu je minimální a největší je v režimu s útlumem o 4°C.

Můžeme tedy říct, že časový průběh teploty obsahuje harmonický (sinusový) s periodou T = 24 hodin (kmitočet bude menší než 1 Hz) a amlitudou, která bude záviset na hloubce útlumu např. 2°C.
Pokud bychom sledovali delší časové období, tak bychom mohli zjistit, že je jakási pravidelnost v časovém průběhu teploty po týdnech a tudíž časový průběh obsahuje ještě další harmonický časový průběh s periodou týden, atd.

A právě tomuto obsahu (perioda nebo spíše kmitočet a amplituda) harmonických časových průběhů říkáme spektrum.

Problematikou časových průběhů se zabýval francouzský matematik a fyzik Jean Baptiste Joseph Fourier, kterému se podařilo dokázat, že periodický časový průběh libovolného tvaru lze rozložit z harmonických (sinusových) časových průběhů zkráceně jim říká harmonické.
Je to velmi podobné tomu, že libovolnou barvu můžeme složit ze základních barev barevného spektra vhodným mícháním.

Více Harmonický analýza Ing. Marek Nožka.

Každá harmonická má mimo kmitočet aplitudu, která reprezentuje množství energie(výkonu), kterou nosná nese. Spektrum je rozložení energie (výkonu) signálu na jednotlivé nosné. Graf spektra má tedy vodorovnou osu kmitočtovou a svislou osu energetickou (výkonovou).

Více viz Praktická elektronika/Spektrum signálu. Informace o spektru signálu je důležitá pro přenos

Z hlediska přenosu signálů je informace o spektru signálu důležitá, protože ukazuje na to, jaký rozsah kmiročtů musí zpracovávat obvody: zesilovače, kabeláž, antény,…​
Důležitým parametrem je pak šířka spektra tj. rozdíl nejvyššího a nejnižšího kmitočtu vyskytujícího se v signálu, protože ukazuje na množství informace signálem přenášené.

Pro zjednodušení budeme uvažovat fázi: φ_C = 0°,
takže nosná bude u_C(t) = A_C·sin(ω_C·t)

Modulaci pak lze zapsat:

u_vf(t) = [A_C + s₀(t)] · sin(ω_C·t)

Vzorec resp. jeho první část: A_C + s₀(t) lze interpretovat tak, že modulační signál s₀(t) se přičítá k původní velikosti nosné A_C.

Nevýhodou amplitudové modulace je spotřeba velké části energie (60%) na nosnou, která nenese žádnou informaci. Tento problém odstraňuje její varianta, které říkáme amplitudová modulace s potlačenou nosnou (DSB-SC - Double Side Band - Suppressed Carrier).
Princip modulace DSB-SC je důležitý pro pochopení principu digitálních modulací (ASK, PSK, QAM).

Hlavní částí modulátoru i demodulátoru je tento blok . Jedná se tzv. směšovač, jehož funkce a obvodové schéma jsou podrobněji popsány v kapitole Směšovač (mixer).

Zjednodušeně řečeno je to obvod, který ze dvou harmonických (sinusových) napětí vyrobí opět dvě harmonická napětí s kmitočty danými součtem a rozdílem vstupních kmitočtů: f₁, f₂ >> (f₁ + f₂), (f₁ - f₂).