6. Управління коливаннями в радіопередавачах.

Радіочастотні коливання, які створюються радіопаредавачами і випромінюються його антеною в вигляді електромагнітних хвиль, використовуються для передачі інформації тому, що вони легко поширюються на велику відстань.

Повідомлення, яке потрібно передати, частіше всього представляють собою низькочастотні коливання. Наприклад, механічні коливання, звуку, перетворені мікрофоном в електричні, представляють собою коли­вання низької частоти. Такі коливання не можуть поширюватись на ве­ликі відстані. Тому спектр низькочастотного сигнала необхідно пере­нести в область радіочастот. Для цього необхідно здійснити управлін­ня ними.

Процес управління коливаннями радіочастоти з допомогою коливань низької частоти називається модуляцією.

В радіопередавачі модуляція здійснюється з допомогою спеціаль­ного пристрою, який називається модулятором. На один вхід модулятора подається напруга радіочастоти, на другий - низькочастотний сигнал передачі інформації, а на виході модулятора одержується модульоване коливання.

Радіочастотні коливання, які здійснюють перенос сигналу, зберігають його властивості, Вони називаються несучими.

Радіочастотні коливання характеризуються трьома параметрами : амплітудою, частотою і фазою. Вони зв'язні співвідношенням :

З залежності від того, який з параметрів радіочастотного коли­вання (амплітуда , частота ω) чи фаза φ ) змінюється,

відрізняють амплітудну, частотну і фазову, модуляцію. Для здійснення одної з таких видів модуляції необхідно змінювати один з вищеназваних пареметрів несучого сигналу. При роботі радіопередавача в ім­пульсному режимі для здійснення модуляції змінюється один з парамет­рів імпульсів. Така модуляція називається імпульсною.

Для передачі телеграфних сигналів змінюють один з параметрів радіочастотних коливань в відповідності з телеграфним кодом. Радіотелеграфну модуляцію називають маніпуляцією . Відрізняють відповід­но маніпуляцію амплітудну, частотну і фазову.

6.1. Амплітудна модуляція.

При амплітудній модуляції амплітуда струму високої частоти змінюється пропорціонально зміні амплітуди коливань низької частоти (керуючого сигналу).

6.1.1.Спектр, смуга і потужність амплітудномодульованого коливання.

При використанні радіочастотного коливання без початкового фазового зсуву (мал. 6.1а) і коливань керуючого сигналу низької частоти (мал. 6.1б), який має пос­тійну складову струму І та змінну складову з амплітудою , одер­жується амплітудномодульоване коливання (мал. 6.1в), в якого амплі­туда позитивного і негативного напівперіоду змінюється по закону змі­ни амплітуди керуючого сигналу.

Мал. 6.1. Вид амплітудномодульованого коливання і його спектр.

При модуляції несучої частоти ω з амплітудою І_ω одною частотою керуючого сигналу Ω. (одним тоном) спектр амплітудномодульованого коливання (вираз приводиться без математичних викладок) представляє собою:

З виразу струму для амплітудномодульованого коливання видно, що його спектр складається з трьох складових :

- складова струму несучої частоти з амплітудою І_ω

і частотою ω;

• складова струму верхньої бокової частоти з амплітудою і частотою ;

• складова струму нижньої бокової частоти з амплітудою і частотою .

В виразі для введена величина носить назву глибини модуляції (m=0…1), яка також часто представляється в %.

При аналізі амплітудномодульованого коливання (АМ-коливання) можна визначити :

• всі складові спектра АМ-коливання (ω, ω+Ω, ω-Ω) високо­частотні, тобто, при амплітудній модуляції високої частоти ω низькоюцастотою Ω таке коливання не має низьких частот і може бути успішно підведено до антени радіопередавача і випромінюватись в вигляді електромагнітних хвиль ;

• всі складові АМ-коливання синусоїдальні верхня і нижня бокові частоти розташовані на шкалі частот близько від несучої на частотній відстані & , тому частотний спектр такого коливан­ня представлений на мал. 6.1г ;

• амплітуди складових спектра такі :

амплітуда несучої частоти I_w , амплітуди верхньої і нижньої бокових частот ;

• смуга, яку займає таке коливання на шкалі частот Δω) визначається різницею найбільшої і найменшої частоти, тобто,

Δω=(ω+Ω)-(ω-Ω)=2Ω

• при модуляції несучої частоти (t) спектром низьких частот

Ω_min …Ω_max складових з несучою дасть верхню та

нижню бокову частоти, створюючи нижню бокову смугу (НБС) та верхню бокову смугу (ВБС), що відображено на мал. 6.1д ;

• смуга, яку займає таке коливання на шкалі частот

Δω=(ω+ Ω_max)-(ω- Ω_max)=2 Ω_max

Потужність АМ-коливання визначається сумою потужностей його складо­вих спектра і дорівнює:

де: Р_ω - потужність несучої частоти ;

Р_АМ - потужність АМ-коливання ; m - глибина амплітудної модуляції.

Аналізуючи це рівняння, можна зробити висновок, що значну до­лю потужності в складі Р_АМ займає потужність Р_ω, яка ніякої інформації не несе (наприклад, при Р_ω = 100 Вт та m = 30% Р_АМ =100 (1+ ·0,3²) ≈ 105Вт), тому в практичних схемах радіопередавачів використовують спеціальні методи збільшення корис­ної частки потужності.