Лекция № 5 занятие №5. Формирование телефонных и телеграфных сигналов.

Учебные, методические, развивающие и воспитательные цели:

1. Изучить способы формирования радиосигналов.

Время: 2 часа.

Место занятия: учебная аудитория.

Вид занятия: лекция.

План занятия:

№ п/п	Учебные вопросы		Время, мин.
1	ВВОДНАЯ ЧАСТЬ		5
2	ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ		80
	1	Формирование сигналов с однополосной модуляцией.	20
	2	Формирование сигналов с частотной модуляцией.	30
	3	Формирование сигналов с амплитудной и частотной манипуляцией.	30
3	ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ		5

Материально-техническое обеспечение:

1. Мультимедийное оборудование.

2. раздаточный материал.

3. Блок-схема р/ст. Р-130.

Литература:

1. КН. Попов. И др. Военная техника радиосвязи. М. Воениздат. 1982 г. стр. 71-80, 327-329.

Методические рекомендации преподавателю по проведению занятия

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Принять доклад дежурного по учебной группе, проверить наличие обучаемых, внешний вид, готовность группы к занятию. Объявить тему, цель, учебные вопросы и порядок проведения занятия.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Формирование сигналов с однополосной модуляцией.

При изложении материала использовать вид «рассказ», «беседа». Использовать раздаточный материал (рис 6.1), пояснить принцип работы схемы. Уточнить назначение элементов схемы.

2. Формирование сигналов с частотной модуляцией.

3. Формирование сигналов с амплитудной и частотной манипуляцией.

При изложении материала использовать вид «рассказ», «беседа». Использовать раздаточный материал (рис 6.7 и 6.8), пояснить принцип работы схемы. Уточнить назначение элементов схемы. Рассказать сущность работы варикапа, поясняя на вольт-фарадной характеристике.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Подвести итог занятия, ответить на вопросы оценить работу взвода, степень дос­тижения учебных целей занятия, дать задание на самоподготовку.

Задание на самостоятельную работу:

Изучить материал предыдущих лекций по данной теме. Подготовиться к семинару.

Выдаю вопросы и план семинара. Назначаю докладчика.

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Принять доклад дежурного по взводу, проверить наличие личного состава и готовность к занятию. Объявить наименование и содержание изучаемой темы, ее значение в подготовке специалистов радиосвязи, порядок отчетности по теме. Объявить учебные цели, время и вид занятия.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Формирование сигналов с однополосной модуляцией.

А )Однотактный амплитудный модулятор на диоде

В состав данного модулятора входит  диод (нелинейный элемент) и полосовой фильтр (рисунок 17). Нелинейный элемент в схеме необходим так как модуляция связана с Формирование амплитудно-модулированных сигналов

Рисунок 17- Принципиальная электрическая схема однотактного амплитудного модулятора на диоде

На диод VD, вольтамперная характеристика которого аппроксимирована полиномом второй степени,  подаются три напряжения: напряжение смещения U₀, напряжения модулирующего сигнала (u(t)) и несущего (S(t)) колебания. Спектр отклика диода при таком воздействии будет иметь вид (рисунок). В данном спектре модулированному сигналу соответствуют составляющие на частотах w₀, ?₀±?. Эти составляющие выделяются полосовым фильтром, в качестве которого используется колебательный LC контур, настроенный на частоту ?₀. Временные диаграммы сигналов представлены на рисунке 18.

2. 

3. Рисунок 18 - Спектральная диаграмма отклика диода

Недостатком данного модулятора является присутствие в спектре АИ сигнала составляющей несущего сигнала.

Балансный модулятор

Данный модулятор представляет собой два однотактных амплитудных модулятора работающих на общую нагрузку (рисунок 19). Модулятор содержит два диода с одинаковыми ВАХ аппроксимированными полиномами третьей степени. Два резистора с малым, но одинаковым сопротивлением являются нагрузкой диодов. Модулирующий сигнал подается через первичную обмотку трансформатора, а несущее колебание подается через среднюю точку вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения двух резисторов.

4. 

Рисунок 19 - Принципиальная электрическая схема балансного модулятора

Спектр сигнала на выходе модулятора показан на рисунке 20.

5. 

Рисунок 20 - Спектральная диаграмма сигнала на выходе балансного модулятора

Как следует из спектра выходного сигнала, в нем отсутствуют составляющие несущего сигнала, четные составляющие модулирующего сигнала и их высшие гармоники, которые вносят искажения формы модулированного сигнала. Отсутствие составляющей несущего сигнала и ее гармоник объясняется тем, что падение напряжения, вызванные токами этих колебаний на резисторах, имеют одинаковые значения, но противоположную полярность. К недостаткам модулятора можно отнести наличие составляющих модулирующего сигнала и высших гармоник модулированного сигнала.

Б)Кольцевой модулятор

Данный модулятор представляет собой два балансных модулятора работающих на общую нагрузку (рисунок 21).

Рисунок 21 - Принципиальная электрическая схема кольцевого модулятора

Спектр сигнала на выходе кольцевого модулятора показан на рисунке 22.

Рисунок 22 - Спектральная диаграмма сигнала на выходе кольцевого модулятора

Как видно из диаграммы в спектре сигнала отсутствуют составляющие несущего и модулирующего сигналов, а также отсутствуют высшие составляющие модулированного сигнала. Таким образом, кольцевой модулятор является идеальным модулятором, но лишь для сигналов небольшой амплитуды. При больших амплитудах S(t) и u(t) в спектре выходного сигнала появляются различные комбинации нечетных гармоник входных сигналов.

В)Амплитудный модулятор на транзисторе

Данный модулятор (рисунок 23) используется для формирования больших амплитуд.

Рисунок 23- Принципиальная электрическая схема амплитудного модулятора на транзисторе

В модуляторе в качестве нелинейного элемента используется транзистор (VT), включенный по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой транзистора является колебательный контур С2 L1, который используется в качестве полосового фильтра и настраивается на частоту первой гармоники несущего колебания w₀. Также модулятор содержит делитель напряжения R1 R2 подающий напряжение смещения для выбора положения рабочей точки транзистора, резистор R3 обеспечивающий температурную стабилизацию рабочей точки, разделительные конденсаторы С1, С3, С4 разделяющие ток питания от тока сигнала. Модулирующий сигнал подается на эмиттер транзистора. Несущее колебание вместе с напряжением смещения поступают на базу VT. Модулированный сигнал снимается с коллектора.

Достоинством данного модулятора является высокий КПД, т. к. транзистор работает в режиме отсечки коллекторного тока. Временные диаграммы сигналов схемы, поясняющие процесс формирования АМ сигнала в режиме отсечки коллекторного тока показаны на рисунке 24.

6. 

Рисунок 24 - Формирование АМ сигнала в режиме отсечки коллекторного тока

Непрерывные радиосигналы с ОМ нашли широкое применение на загруженных участках диапазона частот, особенно KB - диапазона, т.к. они имеют сравнительно узкую ширину спектра частот, обладают высокой помехоустойчивостью и эффективностью.

В настоящее время существует несколько способов формирования однополосного сигнала:

- фильтровой;

• фазокомплектационный;

- комбинированный фазофильтровой;

- синтетический и др.

Наиболее широкое распространение получил фильтровой способ. Суть этого способа заключается в выделении с помощью фильтра одной из боковых полос амплитудно-модулированного сигнала, сформированного на относительно низкой постоянной частоте, с последующим линейным переносом выделенного сигнала в область высоких рабочих частот.

функциональная схема фильтрового способа формирования однополосного сигнала представлена на рис.6.1.

Принцип работы схемы заключается в следующем:

На один из входов балансного смесителя в качестве модулирующего сигнала подаются колебания первичного электрического сигнала. Обычно это колебания звуковой частоты f = 0.3 до 3.4 кГц.

На второй вход смесителя поступают колебания первой поднесущей частоты f₁, обычно равной несколько десяткам кГц.

f₁ = п * 10 кГц

После преобразования этих двух колебаний на выходе смесителя, работа которого будет рассмотрена ниже, имеются колебания суммарных, разностных и комбинированных частот. С помощью полосового фильтра из всех колебаний выделяются только колебания суммарных, разностных и комбинированных частот. С помощью полосового фильтра из всех колебаний выделяются только колебания суммарных (или разностных) частот, т.е. колебания ВБП (или НБП), сформированной на частоте f₁ (рис.6.2)

РИС.6.2.

Формирование ВБП на частоте f₁. РИС.6.3. Формирование ВБП на частоте f₁-f₂, f₁+f₂ .

Выделенные колебания поступают на вход второго балансного смесителя, где преобразуются совместно с колебаниями второй поднесущей частоты f₂, обычно равной нескольким сотням кГц. С помощью ПФ - 2 из всей суммы колебаний, имеющихся на выходе БС - 2, выделяются только колебания суммарных частот, т.е. колебания ВБП (НБП) сформированной на частоте fi+f₂ (Рис.6.3.)

Выделение ПФ - 2 колебания поступают на вход БС - 3, куда также подаются колебания с выхода синтезатора частот f_c, частота которых изменяется от f_{c min} до f_{c max} в зависимости от рабочей частоты возбудителя.

f_c = f_{c min}  f_{c max}

Полосовым фильтром ПФ-3 выделяются колебания суммарных частот, которые будут являться колебаниями ВБП (НБП), сформированными на рабочей частоте возбудителя f₁. (Рис.6.4.).

РИС.6.4. Колебания суммарных частот на выходе ПФ-3.

Т.о., путем нескольких последовательных преобразований с фильтрацией осуществляется формирование однополосного сигнала на рабочей частоте. При этом при первом преобразовании осуществляется формирование первичного радиосигнала с ОМ, последующие же преобразования необходимы для переноса первичного радиосигнала в диапазон рабочих частот.

По функциональной схеме радиостанции Р-130м показать пример формирования ОМ сигнала по ВБП.