Формирование однополосно-модулированных колебаний.

Сравнительная характеристика однополосной и двухполосной АМ. Способы формирования ОМ колебаний. Кольцевые модуляторы на транзисторах и диодах: физические процессы, происходящие в устройствах, спектральный состав сигнала. Особенности фильтрации сигналов. Принципы организации двух- и четырехканальных линий радиосвязи с использованием ОМ. Возможности повышения энергетической эффективности многоканальных передатчиков радиосвязи.

Формированием однополосного сигнала называется процесс соз­дания амплитудно-модулированного сигнала с одной боковой по­лосой и подавленной несущей.

В настоящее время для формирования однополосного сигнала используются три основных метода:

1) фильтровой, 2) фазокомпенсационный и 3) фазофильтровой.

Требования к однополосному сигналу. Требования к парамет­рам однополосных сигналов определены рекомендациями Между­народного консультативного комитета по радио (МККР) и ос­нованы на том, чтобы системы международной радиосвязи и ра­диовещания различных стран были совместимы.

Размещение полос каналов в спектре радиочастотного сигна­ла на выходе передатчиков с однополосной модуляцией показано на рис. 6.1. Международными рекомендациями предусматривает­ся два типа каналов связи: для телефонии шириной 2650 Гц, про­пускающий полосу частот 250... 3000 Гц, и для вещания или пере­дачи одновременно двух телефонных сигналов шириной 5900 Гц, пропускающий полосу частот 100... 6000 Гц.

Для внутрисоюзной радиосвязи ГОСТ предусматривает третий канал, ширина полосы пропускания которого составляет 3100 Гц (в пределах 300... 3400 Гц).

Передатчики малой мощности (меньше 300 Вт) работают од­ним каналом: или на нижней боковой полосе — At, или на верх­ней— А2. В одном передатчике средней мощности (1... 5 кВт) можно объединить два независимых канала тональной частоты — А1 и В1. В передатчике большой мощности (выше 20 кВт) мож­но объединить четыре канала — Al, A2 и Bl, B2. Защитный ин­тервал между парами соседних каналов — В2—В1 и В2—Al ра­вен 250 Гц. а между В1 и А1 — 500 Гц. Спектр каждого канала может содержать и телеграфные

сообщения.

Балансные и кольцевые модуляторы. Для того чтобы полу­чить однополосный сигнал, необходимо промодулировать радио­частотные колебания колебанием звуковой частоты, подавить не­сущую и ненужную боковую, а затем перенести полученный одно­полосный сигнал на нужную частоту или в диапазон радиочастот.

Поскольку интервал частот, разделяющий боковые полосы, не­большой (500 или 600 Гц), то для подавления одной боковой и выделения другой требуются фильтры с такой большой крутизной спада характеристики (затухания АЧХ), которую трудно получить даже при использовании кварцевых или электромеханических фильтров в диапазоне 0,1... 1 МГц. Поэтому выделение сигнала одной боковой полосы методом подавления несущей и нерабочей боковой полосовыми фильтрами практически не применим.

Формирование однополосного сигнала осуществляется в сле­дующем порядке. На первом этапе созданные возбудителем коле­бания радиочастоты модулируются по амплитуде в балансном модуляторе. На выходе БМ получаем двухполосные амплитудно-модулированные колебания с ослабленной несущей.На втором этапе с помощью системы фильтров выделя­ется одна боковая полоса и осуществляется сигнал на нужную частоту методом последовательных преобразований.

Балансный модулятор представляет собой соединение двух оди­наковых амплитудных модуляторов, включенных таким образом, что напряжение несущей частоты подается на них синфазно, а напряжение_модулирующей частоты-противофазно.

Напряжение несущей радиочастоты uω= Uω cosωt включено между анодом и катодом обоих диодов синфазно, а на­пряжение модулирующего сигнала UΩ= UΩ cosΩ t-противофазно.

Принцип работы балансного модулятора основан на взаимной компенсации напряжений несущей частоты при сложении (или вы­читании) двух амплитудно-модулированных колебаний на общей линейной нагрузке. Физические процессы в балансном модулято­ре, схема которого приведена на рис. 6.2, протекают следующим образом. В каждом плече модулятора осуществляется обычная двухполосная амплитудная модуляция. Так, если к модулятору подведено только напряжение радиочастоты, то во время одного полупериода напряжения радиочастоты оба диода заперты и ток через них не идет. Во время другого полупериода оба диода про­пускают ток.

Через первичную обмотку трансформатора ТЗ токи обоих плеч протекают встречно. Результирующий ток равен раз­ности токов i=i1-i2. При полной симметрии схемы токи i1 и i2 равны и во вторичной обмотке ЭДС радиочастоты не наводится. Таким образом, в балансном модуляторе происходит подавление несущей. Однако для полного подавления несущей необходимо обеспечить полную симметрию плеч модулятора, так называемую балансировку. Отсюда и название модулятора «балансный».

При включении на второй вход модулятора модулирующего напряжения uΩ=UΩ cosΩt к диодам плеч оказываются приложе­ны противофазные напряжения модулирующей частоты UΩ1 и UΩ2, где = UΩ1 = UΩ2= UΩ /2.

При этом ток одного диода увеличивается, а другого — уменьшается. Так, ток верхнего диода будет изме­няться по закону i1 = I1(l+mcosΩt) cosωt, а ток нижнего диода из-за противофазности модулирующего напряжения i2 = I1 (1-m cosΩt) cosωt

В один полупериод ток через диод VD1 увеличивается, а че­рез VD2 — уменьшается. В следующий полупериод - наоборот. Итак, в первичной обмотке трансформатора протекает ток, пред­ставляющий собой разность токов i1-i2: ipe3= i1-i2= I1mcos(ω-Ω)t+ I1mcos(ω+Ω)t

На вторичной обмотке трансформатора ТЗ будет напряжение

uвых= Um[cos(ω-Ω)t+cos(ω+Ω)t].

Таким образом, на выходе балансного модулятора колебание содержит только две боковые полосы, а несущей нет. В реальной схеме из-за нелинейности вольт-амперных характеристик и неко­торой асимметрии схемы модулятора спектр выходного колебания содержит остаток несущей и побочные продукты преобразования на частотах Ω, Зω, 5ω и nω0±mΩ. При близких значениях частот ωo и Ω подавление их затруднено. Значительно лучше подавление нерабочих составляющих спектра выходного сигнала достигается в кольцевых балансных модуляторах.

В простейшем случае кольцевой балансный модулятор пред­ставляет собой симметричный мост, составленный из двух одина­ковых балансных модуляторов со встречным включением диодов по радиочастоте (рис. 6.3). Модулирующее напряжение с часто­той Ω включается в одну диагональ моста, а выходное напряже­ние снимается с другой диагонали. Поэтому при балансе моста в спектре выходного сигнала отсутствуют (значительно ослаблены) нерабочие составляющие с частотами Ω, nΩ, 2ωo±Ω и другие чет­ные составляющие. В отличие от двухдиодной однополупериодной схемы кольцевая схема является двухполупериодной и в ней используются оба полупериода напряжения несущей частоты, кото­рое является коммутирующим, так как оно управляет диодами (открывает и закрывает их). Амплитуда напряжения боковых по­лос на выходе кольцевого балансного модулятора вдвое больше, чем на выходе простого двухдиодного. В практической схеме пос­ледовательно с диодами включают резисторы R, предназначенные для компенсации разброса параметров диодов, и потенциометр Rб для балансировки схемы (рис. 6.3,6). Более совершенная бес­трансформаторная микросхема кольцевого балансного модулято­ра приведена на рис. 6.4. Для того чтобы нелинейные искажения и уровень нерабочих составляющих спектра не превышал допус­тимых значений, напряжение несущей частоты должно быть в 10... 100 раз больше напряжения модулирующей частоты. Для большинства полупроводниковых диодов напряжение несущей час­тоты не должно превышать 2 В. Выходное напряжение двухпо­лосного сигнала будет составлять несколько десятков милливольт. Малые значения выходного напряжения являются основным не­достатком балансных модуляторов на полупроводниковых прибо­рах. Степень подавления несущей в таком модуляторе составля­ет 30 дБ.

2.Задание на СРС 2.1 Зарисовать схему диодного БМ 2.2 Зарисовать размещение полос в спектре сигнала 2.3 Зарисовать и пояснить работу схемы кольцевого БМ

3.Задание на СРСП 3.1 Сделать сравнительный анализ методов однополосной модуляции с помощью диодного и кольцевого БМ

Контрольные вопросы

4.1Что такое однополосная модуляция? 4.2 Требования к однополосному сигналу 4.3Почему на выходе БМ отсутствует несущая частота? 4.4 В каком порядке осуществляется формирование ОМ? 4.5 Напишите уравнение однополосно- модулированных колебаний 4.6 Какой ширины спектр частот при ОМ? 4.8 Особенности практической схемы получения ОМ

Глоссарий

5.1 Модуляция 5.2 Кольцевой БМ 5.3 Модуляция 5.4 Фильтрация 5.5 Комбинационные частоты 5.6 Симметричный мост 5.7 Модулирующая частота 5.8 Несущая частота

Мodulation   Modulation Filtering     Balanced bridge The carrier frequency

Литература

Дата добавления: 2015-10-23