книги из ГПНТБ / Гусев, К. Г. Поляризационная модуляция

Линейно-поляризованной ПМ0 волны (рис. 4.8), находя­

щейся во временной квадратуре к первой. В соответст­ вии с этим спектр такого сигнала такой же, как и у ПМ сигнала:

с той лишь разницей, что пулевая гармоника имеет эллиптическую поляризацию с поляоизационнымн па-

Рис. 4.9.

раметрами, которые можно определить нз соотношений sin 2? = 2 sin tf0 /о (2А9)

и амплитуду

Ао= 1 ~ У Г 1+ /о (2д0) ’

т. e. всегда больше половины общей энергии волны при­ ходится на несущую.

На рис. 4.9 изображена поляризационно-спектраль­ ная структура ПМ^ 0 сигнала при Аср=А0 = 6О°.

4.5. ПОЛЯРИЗАЦИОННО-СПЕКТРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА П М ^

СИГНАЛА ПРИ МОДУЛЯЦИИ ПАРАМЕТРОВ ф и 0 РАЗЛИЧНЫМИ СООБЩЕНИЯМИ

При модуляции параметров ср и 0 гармонической

волны двумя различными сообщениями в спектре сигна­ ла присутствуют гармоники как от первого, так и от второго сообщения, причем поляризация у этих гармоник

100

будет различная. Рассмотрим спектр ПМ^ 9 сигнала

в случае модуляции параметров поляризации двумя гар­ моническими колебаниями с частотами Цр и Q0.

Общее выражение для сигнала имеет вид

Постоянный угол ориентации 0о можно при анализе не учитывать, так как мы его всегда можем компенси­ ровать соответствующим выбором системы координат, либо можно учесть в окончательном выражении. Поэто­

Подставим (4.5.2) и (4.5.3) в (4.5.1) и произведем перемножение с учетом правил умножения на совмещен­ ную мнимую единицу. В результате получим следующее выражение для спектраПМф.е сигнала, у которого пара­ метры ср и 0 модулированы гармоническими колебаниями

различной частоты:

,(9 = Э (<р„. в„) Л(Д<р)Л(Д6) +

00

+ / о(Д0) ^ Л &(Дср)е±/2^ Ч

Я

00

+ Л(ДТ) ^ / 2ЛДб)е±!/2"Е,!< +

101

У

Рис. 4.10.

+ £ л П 4 т ) | ] Л Л 4 9 ) > * ' г,*!'*+"а," +

k = l п = 1

00 СО

ПЕРИОДИЧЕСКОЙ п о с л е д о в а т е л ь н о с т и

РАДИОИМПУЛЬСОВ

Исходная электромагнитная волна, параметры поля­ ризации которой модулируются, может быть не только монохроматической, как это рассматривалось в преды­ дущих параграфах, но может представлять собой целый спектр частот, общая ширина которого должна удовле­ творять условию квазимонохроматичности. В частности, в качестве модулируемого излучения может быть перио­ дическая последовательность радиоимпульсов треуголь­ ной, экспоненциальной, колоколообразной или какой-ли­ бо другой формы.

Будем пропускать такую последовательность радио­ импульсов через поляризационный модулятор с линейной модуляционной характеристикой. Если при этом модули­ рующий сигнал имеет вид реализации непрерывного процесса, то таким образом получим непрерывную поля­ ризационную модуляцию периодической последователь­ ности радиоимпульсов (ПМИ, см. § 3.6).

Действительно, так как периодическая последователь­ ность радиоимпульсов всегда содержит гармоническую составляющую несущей частоты соо, то, по крайней мере, поляризация электромагнитной волны этой частоты бу­ дет модулирована в соответствии с управляющим воз­ действием. Если поляризационный модулятор широкопо­ лосный, то по такому же закону будет промодулирована поляризация всех гармоник последовательности радио­ импульсов. В результате такой модуляции каждая спек­ тральная составляющая превратится в некоторый спектр, структура которого зависит от вида поляризационной модуляции и вида модулирующей функции.

В соответствии с рассмотренными ранее видами по­ ляризационной модуляции можно представить себе сиг-

103

налы ПМИ^, ПМИ9 и ПМИ^ 9 Кроме того, каждый

из этих способов модуляции может быть разбит на два вида по тем же принципам, что и для АИМ. Именно, если модулирующий сигнал изменяется в течение дли­ тельности радиоимпульса в соответствии с передаваемым сообщением, то такая ИМИ называется поляризацион­ ной модуляцией радиоимпульсов первого рода (ПМИ-1). В случае поляризационной модуляции радиоимпульсов

Рис. 4.11.

второго рода (ПМИ-2) поляризация радиоимпульса определяется мгновенными значениями модулирующей функции S(t), взятыми в дискретные моменты времени.

Интервал дискретизации берется обычно равным или кратным периоду Гп следования радиоимпульсов, а не­ прерывная модулирующая функция 5 (t) заменяется

ломаной огибающей.

В качестве примера на рис. 4.11 изображен случай, когда моменты выборки мгновенных значений функции совпадают со срединой радиоимпульсов с прямоугольной огибающей. Непрерывная модулирующая функция за­ меняется в данном случае ее прямоугольной аппрокси­ мацией, изображенной на рис. 4.11,а пунктиром. При

девиации угла эллиптичности Дср=я/3 поляризационные

104

диаграммы радиоимпульсов на выходе поляризационно­ го модулятора будут иметь вид, представленный на рис. 4.11,б жирными линиями. У немодулированной последовательности радиоимпульсов поляризация приня­

та линейной с ориентацией вектора Е под углом зт/4

к горизонтальной оси.

Практически для получения ПМИ-1 достаточно на модулятор, предназначенный для непрерывной модуля­ ции параметров поляризации, подать управляющий сиг-

Рис. 4.12.

нал, соответствующий передаваемому сообщению, а мо­ дулируемое электромагнитное поле можно получить от высокочастотного генератора, работающего в импульс­ ном режиме и синхронизированного периодической по­ следовательностью видеоимпульсов (рис. 4,12,а).

Для получения ПМИ-2 необходимо ту же самую по­ следовательность видеоимпульсов, которая используется для синхронизации генератора несущей, преобразовать в АИМ-2 последовательность, модулированную переда­ ваемым сообщением, а АИМ-2 сигнал подать на поля­ ризационный модулятор. При этом модулирующие им­ пульсы должны быть шире радиоимпульсов, чтобы к мо­ менту появления радиоимпульса в поляризационном модуляторе закончились переходные процессы.

При длительностях импульсов, гораздо меньших пе­ риода гармоники сообщения S(i) с наибольшей часто­

той, ПМИ-1 и ПМИ-2 практически совпадают. Рассмотрим спектр ПМИ-1 сигнала при модуляции

угла эллиптичности волны.

Если обозначить через /о(0 смодулированную по­ следовательность видеоимпульсов, то последовательность когерентных радиоимпульсов в комплексной форме мож­

105

i

Вектор E0 определяет амплитуду и поляризацию радиоим­

пульсов. У немодулированных по поляризации радиоим­ пульсов все гармонические составляющие поляризованы одинаково.

Если последовательность радиоимпульсов (4.6.1) мо­ дулируется по поляризации, тоПМИ^-1 сигнал можно

представить в виде

Положим, что модуляция осуществляется гармоническим колебанием 5(^)=sin£2c^. Последовательность видеоим­ пульсов единичной амплитуды fo(t) с периодом следова­

ния 7'п=2я/Пп и длительностью импульсов т представим в виде ряда Фурье:

Подставляя (4.6.3) и (4.6.4) в (4.6.2), после соответст­ вующих преобразований получим разложение колебания (4.6.2) в комплексный ряд Фурье, который и будет опре­ делять спектр ПМИ,,,-! сигнала,

106

sin*,, ]nsBt X

oo

1(2ft—1) ffi0<

(e‘

где

хп=ппх/Тп.

Из (4.6.5) можно видеть все особенности спектра ПМИ^-1 сигнала, а именно: каждая гармоническая со­

ставляющая спектра периодической последовательности

хк^й Т„

Рис. 4.13.

немодулированных радиоимпульсов в результате поляри­ зационной модуляции этой последовательности умень­ шается до величины /о(А<Р') (sin хп)/хп. Поляризация этих

гармонических составляющих не изменяется по сравне­ нию с исходной.

Вокруг каждой из этих гармонических составляющих образуется спектр, аналогичный спектру ПМ^ сигнала.

бающая спектра немодулированной последовательности радиосигналов. Из этого рисунка можно видеть, что если составляющие спектра, поляризованные вдоль оси оу,

развернуть в пространстве на —90°, т. е. совместить ось оу с осью ох, то ПМИ^-1 сигнал превратится в после­

}07

довательность радиоимпульсов, несущая которых моду­ лирована по фазе гармонической функцией sin Qct, а де­

виация фазы ДФ = —Дф.

Если исходные параметры поляризации немодулиро-

нала будут иметь те же самые параметры поляризации фо, 0о, а «/-поляризованные составляющие будут иметь

ортогональную эллиптическую поляризацию.

Спектр ПМИ0 и ПМИ^ 0 сигналов можно найти точно так же, как и спектр МПИ0 сигнала. Для этого доста­ точно спектр ПМ9 или ПМ^ 0 сигнала умножить на спектр

периодической последовательности видеимпульсов. Отли­ чия в спектрах сигналов ПМИф и ПМИ0 точно такие же,

сигнал. Для этого достаточно пропустить его через чет­ вертьволновое устройство Л (—/) с ориентацией оси V

под углом 0о. В соответствии с ранее приведенными пра­ вилами умножения исходного поля

Столь же просто осуществляется и обратное преобразо­ вание ПМИф сигнала в ПМИ0 сигнал. Однако при пра­

ктической реализации такого преобразователя необходи­ мо учитывать, что преобразуемый сигнал занимает опре­ деленную полосу, и в пределах этой полосы преобразо­ ватель должен сохранять свои свойства.

108

ГЛАВА 5

СИГНАЛЫ С ДИСКРЕТНОЙ

ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Дискретной, или импульсной, будем называть такую поляри­ зационную модуляцию, при которой параметры поляризации моду­ лируемого излучения могут принимать значения из некоторого дискретного множества. Само излучение может быть, как непрерыв­ ным, так и импульсным, т. е. представлять собой дискретную по­ следовательность радиоимпульсов.

Системы связи, в которых непрерывное радиоизлучение модули­

с непрерывной импульсной модуляцией. К ним относятся системы

в названии сигнала является вид модулирующей функции. Второй индекс в названии сигнала определяет тот параметр радиоволны, на который воздействует модулирующая функция (ВИМ-ЧМ, АИМ-ЧМ, ШИМ-ЧМ — для частотной модуляции, АИМ-ФМ, ВИМ-ФМ, ШИМ-ФМ — для фазовой модуляции). Точно так же сигналы в си­ стеме связи с непрерывной поляризационно-импульсной модуляцией будем обозначать как ВИМ-ПМ, ШИМ-ПМ, АИМ-ПМ или общим названием «сигналы поляризационно-импульсной модуляции» (ПИМ сигналы).

Другую разновидность систем связи с дискретной модуляцией составляют так называемые смешанные системы. В смешанных си­ стемах связи дискретны п моменты появления (окончания) сигнала, и те значения, которые они могут принимать. К числу таких систем при использовании поляризационной модуляции можно отнести, на­ пример, системы с КИ'М-ПМ, дельта-модуляцию с ПМ несущей и др.

Дискретное изменение состояния поляризации может быть ис­ пользовано и в случае передачи дискретной информации при не­ прерывном сигнале, когда сообщение может принимать два или несколько дискретных значений в случайные моменты времени.

Дискретная ПМ может применяться и в различных других случаях и системах, когда необходимо скачкообразно менять па­ раметры сигнала без изменения общей его энергии.

Скачкообразное изменение поляризации может быть бинарным, когда поляризация волны меняется от исходного состояния поля­ ризации в ортогональное, либо «-кратным, когда поляризация полны может принимать одно из я значений. Рассмотрим ПМ сигналы при некоторых простейших законах дискретного изменения состояния поляризации электромагнитной волны.

5.1. МОДУЛЯЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Сигнал, представляющий собой электромагнитную волну, модулированную по параметрам поляризации периодической последовательностью импульсов, может

109