6.1.8. Одоосмугова передача.

При аналізі потужності амплітудномодульованого коливання зазначалось, що лише незначна частина потужності витрачається на випромінювання корисної інформації, яка закладена в верхній і нижній боковій смузі. Значну частину потужності приходиться витрачати на несучу частоту, яка ніякої інформації не несе. Тому ідея здійснення передачі на одній боковій смузі (ОБС) виникла дуже давно і запропонована ще Шулейкіним, який в 1914 році зробив аналіз амплітудномодульованого коливання. Ідея передачі інформації на ОБС полягає в тому, що в схемі радіопередавачу з амплі­тудною модуляцією спочатку усувають несучу частоту ω, а потім і одну з бокових смуг (наприклад, нижню бокову смугу), а випроміню­ють лише верхню бокову смугу (мал.6.19а).

Мал. 6.19. Формування ОБС в радіопередавачі.

Здійснення такої передачі дозволяє:

- різко збільшити корисну потужність випромінювання переданої інформації (адже несуча частота і частоти одної з бокових смуг вже не випромінюються); звичайно в радіоприймачі при­ходиться відновлювати як несучу, так і подавлену одну бокову смугу, що ускладнює його конструкцію ;

- зменшити смугу пропускання каскадів радіопередавача, що підвищує коефіцієнт підсилення каскадів із-за збільшення добротнос­ті їх контурів, а також збільшити співвідношення сигнал/шум, оскільки значно менше складових шуму потрапляє в робочу смугу; теоретичні викладки показують, що. при цьому можна, збільшити потужність випромінювання в 16 разів;

- збільшити щільність каналів радіопередавача більше, як в два рази (мал.6.19б).

Необхідно відзначити, що професіональний радіозв'язок в основ -йому ведеться якраз на ОБС (магістральний, комерційний, спеціальний зв'язок) із-за зазначених вище переваг такої передачі. Лише радіомов­лення ведеться при повному амплітудномодульованому сигналі, оскільки в противному разі схема і конструкція радіоприймача для прийому і обробки сигналу ОБС різко ускладнилася, що привело б до подорожчання таких приймачів при величезній їх кількості випуску.

6.1.8.1. Балансні модулятори.

Одним з найважливіших вузлі в радіопередавача з ОБС є балансний модулятор, який дозволяє здійснити амплітудну модуляцію з одночасним усуненням несучої частоти.

Найбільш поширена схема балансного модулятора (БМ) зображена на мал. 6.20 а.

Мал. 6.20. Схема балансного модулятора на діодах

і їх характеристика.

В схемі БМ використані високочастотні діоди VD1 і VD2, які використовуються як нелінійні елементи. Якщо робоча точка А (мал. 6.20б) вибрана при U_д= 0, то подача напруги U викликає струм і=а₀+а₁U+ а₂U²+… , де а₀, а₁, а₂ - коефіцієнти, які визначають середню складову струму (а₀), пропорціональну зміну струму (а₁) при проходженні прямолінійної ділянки характеристики, квадратичну змінну струму (а₂) при проходженні квадратичної ділянки характерис­тики.

На вхід схеми БМ подається напруга несучої частоти U_ω, яка прикладена до діодів VD1 і VD2 синфазно (оскільки блокуючі конден­сатори C_блω є коротким замиканням для цієї частоти). Крім того, на схему БМ подається через низькочастотний модулюючий трансформатор Т1, вторинна обмотка якого має заземлену середню точку, тому зняті з неї дві напруги U_Ω відносно корпусу рівні і протифазні. гіаван-таженням схеми є паралельний контур L_к C_к, настроєний на несучу – частоту ω і має достатню смугу пропускання при формуванні амплітудномодульованного коливання. З мал. 6.20а видно, що високочастотна напруга U_ω низькочастотна напруга U_Ω відносно кожного з діо­дів ввімкнені послідовно, тому: U_VD1= U_ω cosωt+U_Ω cosΩt;

U_VD2= U_ω cosωt-U_Ω cosΩt;

Оскільки струми обох діодів в навантаженні L_к C_к протікають назуст­річ один одному, то сумарний струм .

Підставляючи напруги, прикладені до діодів U_VD1 і U_VD2 в формулу для струмів і_VD1 і i_VD2 одержимо:

Аналізуючи цей вираз для струму і_∑ , можна .зазначити слідуюче:

- струм складається з двох складових - низькочастотного з частотою Ω високочастотною з частотами (ω + Ω) та (ω - Ω);

- оскільки контур L_к C_к настроєний на несучу частоту ω, то низькочастотна складова струму на контурі не виділяється;

- якщо контур має необхідну смугу пропускання, то на ньому виділяються струми з частотами (ω + Ω) та (ω - Ω);

- частоти (ω + Ω) та (ω - Ω) є не що інше, як верхня бокова і нижня бокова частоти амплітудномодульованого коливання, що гово­рить про те, що в схемі БМ здійснена амплітудна модуляція;

- в складі струму відсутня складова з частотою ω, що говорить про подавления несучої частоти амплітудномодульованого коливання.

Таким чином, при допомозі БМ здійснена амплітудна модуляція при подачі несучої частоти U_ω і керуючої частоти U_Ω з одночасним подавлениям напруги несучої частоти. Зрозуміло, що при подачі низь­кочастотного спектра керуючої напруги з частотами Ωmin … Ωmax, тому при цьому на виході БМ створюються верхня бокова смуга з часто­тами ω + Ωmin … ω + Ωmax і нижня бокова смуга з частотами ω – Ωmin … ω – Ωmax

Недоліком схеми БМ на діодах є незначний коефіцієнт передачі по напрузі ( К_U < 1 ), оскільки діоди не дозволяють здійснити під­силення сигналу. Для усунення цього недоліку в схемі БМ можна використати транзистори (мал. 6.21).

Мал. 6.21. Схеми балансних модуляторів на транзисторах.

Схема балансного модулятора на біполярних транзисторах VТ1 і VТ2 (мал. 6.21а) має модулюючий трансформатор Т1 з середньою точкою, із-за чого з його половинок знімаються рівні і протифазні напруги звукової частоти U_Ω, послідовно з якими ввімкнена високочастотна напруга U_ω несучої частоти. Транзистори при допомозі Е_зм поставлені в режим відсічки, реалізуючи їх нелінійний режим. Оскіль­ки БМ є фактично двотактною схемою, то вона має контур навантаження, який нестроєний на несучу частоту ω, виділяючи нижню і верхню бокові смуги.

Аналогічна схема БМ на польових транзисторах (мал.6.21б), в якій нелінійний режим відсічки реалізований подачею на їх затвори необхідної величини - Е_зм.

Дуже популярною в радіоприладобудуванні є схема кільцевого мо­дулятора (така схема широко використовується і в радіоприймальних пристроях, як перетворювача частоти), яка по суті представляє собою двотактну схему балансного модулятора (мал. 6.22).

Відрізняться ця схема від БМ тим, що тут додатково ввімкнено ще два напівпровідникових діоди, які разом утворюють ніби кільце відносно одного з полюсів (точка а) вхідної напруги

(U_Ω ±U_ω), що не спричиняє короткого замикання цієї напруги. Неважко відмітити, що при наявності позитивної напруги точки а в схемі відкриті діоди VD2 і VD3, а отже, струм в навантаженні схеми L_к C_к подвоюється. В наступний напівперіод вхідної напруги (негативний потенціал точки а) відкриті діоди VD і VD4. Це дозволяє фактично в двотактній схе­мі балансного модулятора протікати струму діодів як в негативний так і позитивний напівперіод вхідної напруги модулятора, що зумовлює подвоєння його коефіцієнта передачі до К_км = 0,6 ... 0,8 (коефіцієнт передачі балансного модулятора на діодах К_бм= 0,3 ... 0,4).

Мал. 6.22. Кільцева схема модулятора.