38. Формирование и передача сигналов с одной боковой полосой.

Основными недостатками АМ являются:

1. низкая устойчивость к действию аддтивых помех

наиболее устойчив к действию таких помех являются сигналы в постоянной амплитудой, т.е. с ФМ

2. ширина спектра АМ сигнала как минимум в 2 раза меньше спектра передаваемого сообщения

3. в спектре Ам сигнала доминирует составляющая несущей частоты, следовательно, мощность ПД будет определяться по этой компоненте. Уровни боковых полос в m/2 раз меньше мощность, отдаваемая на передачу в m²/2 раз меньше мощности несущего колебания

4. передаваемое сообщение дублируется в двух боковых полосах.

Последние 3 недостатка можно сгладить путем перехода от обычной АМ к однополосной модуляции (ОМ) следовательно, информация не дублируется, т.е. одна боковая полоса, следовательно ширина спектра сужается в 2 раза; выравнивается спектральная плотность за счет подавления несущего колебания

U _АМ =U ₀ (1+m(t)cos(Ω_cр е+Ф(t))(cos(ω₀t+ ₀))=

=U ₀(cos(ω₀t+ ₀))+ U ₀ m(t)/2cos((Ω_cр +ω₀)t+ ₀ + Ф(t))+ U ₀ m(t)/2cos((ω₀ - Ω_cр)t+ ₀ - Ф(t))

U _ОМ =k_n U ₀ cos(ω₀t+ ₀)+ U ₀ m(t)cos((Ω_cр +ω₀)t+ ₀ + Ф(t))= U _ОГ (t) cos(ω₀t+ )

U _ОГ = U ₀

Классификация сигналов с ОМ

Обозн.	Кол-во боковых полос	kn	Примечание
АЗЕ	2	1	Обычная АМ(ампл-ая телефония)применяется в радивещании и р/связи
НЗЕ	1	0,5	ОМ сигнал с полной несущей используется в радиовещании Для приема таких сигналов можно использовать обычный АМ приемник
RЗЕ	1	0,25	ОМ сигнал с ослабленной несущей используется в радиовещании реже в р/связи. Для приема необходимо система с подстройкой частоты гетеродина
JЗЕ	1	1	ОМ сигнал с подавленной несущей. Используется в системах р/связи в том числе многоканальной. Для приема необходимо восстановление пилот-синала

В соответствии с особенностями сигнала с ОМ, который можно рассматривать либо как два колебания (несущее и в боковой полосе), занимающих различные частотные полосы (см. (7.5) и рис.7.2), либо как произведение колебания изменяющейся во времени огибающей U_or(t) и ВЧ колебания с угловой модуляцией cosfay + Ч'(г)], при построении передатчиков с ОМ можно реализовать три метода.

Первый метод заключается в том, что в возбудителе (рис.7.3,а) на рабочей частоте формируется однополосный сигнал (7.6), соответст­вующий желательному виду излучения, который подводится к мощному линейному усилителю (ЛУ) с линейной амплитудной характеристикой в пределах 0 < U_or(t) < U_ormax. Линейный усилитель содержит предвари­тельные усилители (ПУ), мощный оконечный каскад — усилитель мо­дулированных колебаний (ОК-УМК) и колебательную систему (КС) для согласования оконечного каскада с антенной и подавления гармо­ник. Наличие в ЛУ мощного оконечного каскада, электронные при­боры которого для обеспечения линейной АХ должны работать недонапряженном режиме, приводит к низкому промышленному КПД всего передатчика при усилении сигналов с переменной амплитудой. Однако благодаря простоте решения по этому методу построено подав­ляющее большинство передатчиков для радиосвязи, использующих из­лучение J3E, так как при излучении колебаний H3E и R3E основная мощность передатчика затрачивается на излучение несущего колкбания.

. Поэтому в дальнейшем этот вариант передатчика с ОМ будем называть классическим.

Второй метод — это метод раздельного излучения спектральных составляющих [17, 29]. В возбудителе (рис.7.3,6) на рабочбй частоте формируются на раздельных выходах колебание с несущей частотой {/„cosay (7.5) и колебание в боковой полосе i/₆(f)cos[oy + + Ф(/)]. Колебание несущей с постоянной амплитудой эффективно усиливается в предварительных усилителях (ПУН), затем в оконечном усилителе и через колебательную систему подводится к антенне А,. Колебания в боковой полосе с переменной амплитудой усиливаются линейным уси­лителем, состоящим из предварительных усилителей (ПУБ), оконечно­го усилителя (ОК-УМК), колебательной системы (КС) и подводятся к антенне А₂.

А нтенны А_х и Л₂ должны иметь одинаковые параметры, но быть разнесены в пространстве, чтобы исключить перекрестную модуляцию и обусловленные ею искажения, а значит, взаимовлияние через антен­ные цепи оконечных каскадов передатчиков несущей и боковой.

Таким образом, в этом варианте передающий комплекс с ОМ должен состоять из одного возбудителя и двух передатчиков со своими антен­нами. Такой комплекс рассматривается как одно из решений для радио­вещания с ОМ на больших мощностях. Решая вопрос целесообразности, необходимо учитывать, с одной стороны, сложность и громоздкость комплекса, использование двух антенн, с другой стороны, возможность обеспечить высокий промышленный КПД, приемлемый уровень иска­жений и незначительное излучение нежелательной боковой полосы.

Сущность третьего метода раздельного усиления составляющих сиг­нала с ОМ (7.6), или метода Кана [17, 28, 29] заключается в том, что в возбудителе (рис. 7.3,в) формируется однополосный сигнал, соответст­вующий нужному типу излучения, затем составляющие сигнала — оги­бающая U_or(t) и ВЧ колебание с угловой модуляцией разделяются и подводятся к разным выходам. Колебание с угловой модуляцией и постоянной амплитудой £/cos[(o_H/ + Ч^/)] усиливается в предваритель­ных усилителях и подводятся к ВЧ входу оконечного каскада — пере­множителя. Колебание огибающей усиливается в мощном усилителе постоянного тока (МУО) и подводится к второму входу перемножителя. При реализации в ОК линейной операции перемножения в выходной цепи восстанавливается усиленный ОМ сигнал и через колебательную систему лодводится к антенне.

Фильтровой метод получения колебаний с однополосной модуляцией. Метод повторной балансной модуляции. Балансные модуляторы и преобразователи частоты.

Фильтровой метод

Этот метод основан на формировании сначала сигнала с АМ и на последующем подавлении одной из боковых полос, если необходимо колебание несущей частоты.

О беспечить требуемый уровень несущего колебания по отношения к боковой полосе при эффективном подавлении к другой полосе не всегда возможно. Поэтому целесообразно вместо АМ сигнала формировать сигнал с амплитудно-балансной модуляцией.

Особенностью АМБ сигнала является присутвие в его спектре составляющей необходимой частоты fo . Добавление в структуру сигнала несущего колебания с заданным уровнем выполняется после ПФ.

Достоинства: простота

Недостатки: для эффективного подавления боковой полосы требуется GA?FX{ которого близка в прямоугольной. Такого рода добротные сигналы могут быть реализованы на относительно НЧ (100кГц). С этой целью используют пьезоэлектрические резонаторы, стальные дисковые рез-ры,ферритовые системы, а на более ВЧ фильтруют на ПАВ

Для переноса сигнала с ОМ в область более раб. ВЧ можно использовать повторную балансную модуляцию.

Метод повторной балансной модуляции может проводиться не в 2,а в3 и более этапа. Особенно это удобно в 2-х случаях:

1. когда рабочий частотный диапазон им. > значения

2. Когда раб. частота близка к частоте UDX1

Фазокомпенсационный и фазофильтровой методы формирования сигналов с одной боковой полосой.

Метод фазокомпенсационный

В нем используется N-канальная структура, причем N>2 .Каждый из каналов включает в себя АМ каскад и 2 фазовращаетля НЧ и ВЧ. Сигналы с выходов АМ каскада складываются на общей нагрузке или в суммирующих устройствах.

Выделение ОБП и подавление второй БП и несущеного колебания происходит за счет компенсации составляющих отдельных каналов, имеющих различные фазовые сдвиги. Поэтому особую важность имеют фазовые сдвиги, формированные фазовращаетлями. Разность фаз между двумя соседними фазовращаетлями Δ =360/N _n=(n-1) Δ

N =3

U _ОМ =U¹ _АМ + U² _АМ +U³ _АМ = = U ₀ (1+m(t)cos(Ωt)cos(ωt)+ U ₀ (1+m(t)cos(Ωt+120)cos(ωt+120)+ U ₀ (1+m(t)cos(Ωt+240)cos(ωt+240) =U ₀ cos(ωt)+ U ₀ m(t)/2cos((Ω +ω)t)+ U ₀ m(t)/2cos((Ω +ω)t +120) + U ₀ m(t)/2cos((Ω_cр +ω₀)t+240) +U ₀ cos(ωt+120)+ U ₀ cos(ωt+240)+ U ₀ m(t)/2cos((Ω -ω)t+ U ₀ m(t)/2cos((Ω -ω)t

Если _нч= _вч, то подавляется несущее колебание. Если необходимо подавить НБП, сдвиги фаз фазовращаетеля должны удовлетворять _нч+ _вч =360

Достоинства:

1. высокое подавление всех полосных составляющих при достаточной степени системы

2. относительная простота

Недостатки:

1 )необходима точная симметрия схем: а) идентичность АМ-каскадов б) соблюдение основных сообщений

2) Трудность построения широкополосных НЧ фазовращаетлей.

Эта трудность в последнее время перестает быть актуальной с учетом уровня развития цифровой обработки.

Фазафильтровой метод формирования

В методе используется двух плечевая структура на которую подаются ВЧ и НЧ сигналы, находящиеся в квадратурных соотношениях и - синфазная и квадратурная составляющая на ВЧ; и - на НЧ.

sin(Ωt)cos(ωt) sin(ωt)cos(Ωt) =1/2(sin(ω+Ω)t)-cos(ω+Ω)t) 1/2(sin(-ω+Ω)t)-cos(-ω+Ω)t)=- cos cos(ω+Ω)t