Глава 16.
ПЕРЕДАТЧИКИ С АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
Всоответствии с ГОСТом модуляцией называется процесс изменения одного или нескольких параметров несущего радиочастотного колебания в соответствии с изменением параметров передаваемого (модулирующего) сигнала. Модулирующим является информационный сигнал. При амплитудной модуляции
всоответствии с информационным сигналом изменяется амплитуда высокочастотного (несущего) колебания.
Внастоящее время амплитудная модуляция (АМ) применяется в радиовещании на длинных, средних и коротких волнах, в телевидении для передачи видеосигнала.
Вобщем случае модулирующий сигнал может иметь сложную структуру. Однако анализ основных характеристик сигналов с амплитудной модуляцией осуществляется из предположения, что передатчик модулируется низкочастотным гармоническим напряжением с частотой Ω, то есть
uΩ = UΩсosΩt.
На рис. 16.1 показано, как изменяется ток в антенне iA при амплитудной модуляции.
Рис. 16.1
Огибающая высокочастотного колебания повторяет форму модулирующего сигнала. При отсутствии модуляции (в режиме молчания) амплитуда тока в антенне постоянна и равна IA МОЛ. При модуляции амплитуда этого тока меняет-
103
ся от IA МАКС до IA МИН с отклонением от среднего значения |
IA c частотой Ω. Сле- |
|
довательно, амплитуда тока меняется так: |
|
|
IA(t) = IA МОЛ + |
IAcosΩt; |
(16.1) |
а мгновенное значение антенного тока – в соответствии с выражением: |
||
iА(t) = IA МОЛ(1 + m cosΩt)cosω0t, |
(16.2) |
|
где m – коэффициент модуляции: m = |
IA/IA МОЛ, ω0 – несущая частота. |
|
Коэффициент модуляции не должен быть больше единицы, иначе передача информации будет сопровождаться нелинейными искажениями.
Ток в антенне iA пропорционален току первой гармоники выходного тока активного прибора (транзистора, лампы), так как между генераторным прибором и антенной включено согласующее устройство на линейных элементах (индуктивности, конденсаторы). На этом основании соотношения для модулированного тока в антенне справедливы и для тока первой гармоники в выходной цепи ГВВ. В ламповом генераторе при АМ ток ia1 изменяется во времени так:
iа1(t) = Iа1 МОЛ(1 + mcosΩt) cosω0t =
= Iа1 МОЛ cosω0t + 0,5mIа1 МОЛ cos (ω0 +Ω)t + 0,5mIа1 МОЛ cos (ω0 – Ω)t.
Видно, что АМ колебание представляет собой сумму трех гармонических колебаний – колебания несущей частоты ω0 и двух боковых с частотами ω0 + Ω и ω0 – Ω с амплитудами 0,5mIа1 МОЛ. Информация о передаваемом сигнале содержится в колебаниях боковых частот, причем каждая из них содержит о нем полную информацию.
Спектр АМ колебания показан на рис. 16.2,а, здесь же изображена его векторная диаграмма (рис. 16.2,б).
Рис. 16.2
Максимальное и минимальное значения амплитуды тока равны соответственно:
Iа1 МАКС = Iа1 МОЛ (1 + m); Iа1 МИН = Iа1 МОЛ (1 – m). |
(16.3) |
Мощность в нагрузке передатчика при отсутствии модуляции равна:
= 12 Iа21 МОЛ Ra .
В режиме, когда ток первой гармоники принимает максимальное значение (максимальный или пиковый режим модулируемого генератора), мощность в нагрузке становится равной
P1 МАКС = 12 Ia21 МАКС Ra = P1 МОЛ (1+ m)2 .
При модуляции амплитуда тока первой гармоники изменяется, при этом меняется и колебательная мощность в нагрузке генератора.
104
P1 МОД (t) = |
1 |
(1+ m cos W t)2 Ia21 МОЛ Ra = P1 МОЛ (1+ mcos W t)2 . |
|
2 |
|
Средняя мощность в нагрузке генератора за период низкой частоты при этом:
P1 МОД = |
1 |
2π |
PМОЛ (1+ mcosW t) |
2 |
dW t = |
PМОЛ (1+ |
m2 |
). |
|
ò |
|
|
|||||
2p |
|
2 |
||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
Последнее соотношение позволяет определить мощность, которая приходится на боковые полосы – Р1БОК.
P1БОК = m2 P1МОЛ .
2 Для увеличения дальности радиосвязи нужно увеличивать мощность бо-
ковых полос. Для этого следует работать при максимально возможных коэффициентах модуляции. При передаче речевых сигналов средний коэффициент модуляции около 0,3, а его пиковые значения наблюдаются относительно редко. Тем не менее, приходится рассчитывать каскад на мощность Р1МАКС. При АМ неэффективно используются генераторные приборы по мощности. С этим обстоятельством приходится мириться, иначе передача будет сопровождаться нелинейными искажениями.
При таком среднем коэффициенте модуляции мощность боковых частот (полос) мала и их доля в общей излучаемой передатчиком мощности составляет всего 4,5 %. Это самый серьезный недостаток амплитудной модуляции.
Существуют многочисленные методы получения АМ. Как правило, управление амплитудой колебаний на выходе ГВВ осуществляют изменением напряжения на одном из электродов генераторного прибора.
Качество модуляции, то есть глубину и уровень нелинейных искажений, оценивают с помощью статических модуляционных характеристик – зависимостей амплитуды тока первой гармоники или амплитуды напряжения на нагрузке генератора от того напряжения, которое изменяется при модуляции. Линейная статическая модуляционная характеристика (СМХ) обеспечивает малый уровень нелинейных искажений при передаче.
Ламповые генераторы модулируются изменением напряжения смещения (сеточная модуляция), изменением напряжения анодного питания (анодная модуляция). При модуляции смещением под статическими модуляционными характеристиками понимается зависимости Iа1, Uа (ЕС), при анодной модуляции – это зависимости Iа1, Uа (Eа). В транзисторных ГВВ используется коллекторная модуляция, поэтому СМХ – это зависимости IК1, UК(EК).
Кроме СМХ качество модуляции оценивается динамической характеристикой – зависимостью коэффициента модуляции m от амплитуды модулирующего напряжения – m(UΩ). Для неискаженной модуляции следует использовать линейный участок этой характеристики (рис. 16.3,а).
105