Многоканальная передача с использованием сигнала ОБП
Преимущества ОМ широко применяется в многоканальной радиосвязи. При равномерном распределении максимальной величины колебательного
напряжения UММАКС между сообщениями на одно сообщение (один канал) приходится напряжение UММАКС / N. Соответственно колебательная мощность, приходящаяся на
один канал, P1~КАН = P~МАКС / N2,
где P~МАКС – максимальная колебательная мощность передатчика.
При одновременной передаче всех сообщений суммарная мощность в нагрузке |
||||
передатчика |
P~ NP~1КАНАЛА |
P~МАКС |
|
|
N |
||||
|
|
|||
в N раз меньше максимальной возможной мощности передатчика.
Большой эквивалентный выигрыш в мощности при ОМ компенсирует проигрыш в использовании мощности передатчика при многоканальной работе.
Передача нескольких сообщений по одному передатчику более целесообразна, нежели для каждого канала использовать свой передатчик, т.к. иначе потребовалось бы занять более широкую полосу частот в эфире с учётом взаимной нестабильности рабочих частот передатчиков.
На рис. представлена структурная схема формирования однополосного сигнала для передачи четырёх сообщений: F1, F2, F3, F4.
45
|
|
F01–F1 |
F |
|
F01+F1 |
|
F |
01 |
–F |
F |
|
|
|
|
||
F1 |
БМ1 |
|
01 |
|
|
|
ФНБП |
|
1 |
01 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
F01–F2 |
F |
|
F01+F2 |
|
|
|
|
F |
F +F |
|
|
|||
F2 |
БМ2 |
|
|
01 |
|
|
ФВБП |
|
|
|
01 |
01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
F01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
F01–F3 |
F |
|
|
F +F |
3 |
|
F –F |
F |
|
|
|
|
|||
|
БМ3 |
|
01 |
|
01 |
ФНБП |
|
01 |
3 |
01 |
|
|
|
|
||
F3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F01–F4 F01 F01+F4 |
|
|
|
|
F |
F +F |
|
|
||||||
F4 |
БМ4 |
|
|
|
|
|
|
ФВБП |
|
|
|
01 |
01 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
F02 – F01–F4 |
F02 – F01+F3 |
F02 |
|
F02+ F01–F3 |
F02+ F01+F4 |
|
|
|
Рис. |
||||||
|
|
|
БМ5 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F02 |
|
F02 – F01–F2 |
F02 – F01+F1 |
F02 |
|
F02+ F01–F1 |
F02+ F01+F2 |
|
БМ6 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФВБП |
|
|
|
|
|
|
F02 – F01–F4 |
F02 – F01+F3 |
F02 |
F02+ F01–F1 |
F02+ F01+F2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФНБП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выход |
|
46
При многоканальной работе значительно повышается требование к линейности усиления. Нелинейность усиления приводит к перекрёстным искажениям.
Для обеспечения линейного усиления в маломощных каскадах однополосных передатчиков используют режим класса А, а в мощных – класса В. Кроме того, при необходимости весь усилительный тракт передатчика охватывают специальными видами отрицательной обратной связи (ООС).
При настройке однополосные передатчики испытывают на перекрёстные искажения путём одновременной модуляции двумя сигналами разных звуковых частот с равными амплитудами А1 :
uвх(t)=0.5U0cos 1t+ 0.5U0cos 2t=U0cos[( 2- 1)/2t] cos[( 2+ 1)/2t] =U0cos t·cos 0t. где ( 2- 1)/2; 0=( 2+ 1)/2; max/(5-7).
|
При этом амплитуды колебаний |
|
|
комбинационных частот модуляции 3-го и |
|
|
5-го порядков А3, А5 (2 2- 1; 2 1- 2; 3 2- |
|
|
2 1; 3 1-2 2) в выходном сигнале не |
|
|
должны превышать (1 – 3)% от амплитуд |
|
|
колебаний А1 полезных частот. |
|
|
КНИ в децибелах K3f=20log(A3/A1) должен |
|
Рис. Спектр двухтонового сигнала с искажениями |
быть не хуже -40…-30 дБ. |
47 |
|
Характер искажений огибающей двухтонового |
|
3 |
сигнала показан на рис. |
|
При линейной АХ усилителя (кривая 1) |
||
2 |
||
|
огибающая двухтонового сигнала имеет вид |
|
|
коммутированной синусоиды (сплошная линия). |
|
|
При нелинейности АХ из-за влияния нижнего |
|
Рис. Варианты модуляционных характеристик |
сгиба статических характеристик (кривая 2) |
|
и искажений огибающей |
импульсы огибающей несколько сужаются |
|
|
(штриховая линия). |
Искажения из-за влияния верхнего сгиба АХ (кривая 3) проявляются как расширение импульса огибающей и уплощение их вершин (штрих-пунктирная линия).
Эти искажения огибающей двухтонового сигнала можно наблюдать на экране осциллографа, подключенного к нагрузке усилителя.
При анализе спектра выходного сигнала с помощью спектроанализатора можно заметить, что при искажении огибающей на его экране кроме двух составляющих исходных сигналов (А1, А1) появляются дополнительные спектральные компоненты А3,
А5.
Измерение амплитуд этих компонент и определение КНИ третьего К3 = 20 log(A3/A1) и пятого К5 = 20 log(A5/A1) порядков лежит в основе работы всех измерительных приборов, использующих двухтоновый метод.
48
Исследование искажений в |
|
|
реальных УМ на разных |
|
|
лампах показало, что для |
|
|
фиксированных параметров |
|
|
Ea, Uc , Ec2 , Rэ имеется |
|
|
оптимальное значение |
Зависимости искажений от параметров режима |
|
напряжения смещения |
||
|
||
Ec= Ec опт, при котором K3f |
|
|
имеет минимум. |
|
49
В случаях, когда снизить НИ до нужного уровня оптимизацией режимов невозможно, применяют ООС двух видов: ООС по ВЧ и ООС по огибающей . Наиболее простая ООС в одном каскаде за счет падения напряжения на незашунтированном резисторе в цепи катода, эмиттера, истока (последовательная
ООС). Коэффициент усиления и КНИ уменьшаются примерно в (1+RК,Э,ИS) раз.
Из двух разновидностей ООС - по ВЧ и по огибающей, в многокаскадных ламповых передатчиках часто используется ООС по ВЧ, реализуемая более просто.
На рис. приведена схема трех последних каскадов передатчика с ОМ, охваченных ООС. Напряжение ООС с анода оконечной лампы через емкость С5 подается на диагональ суммирующего мостика С1…С4. На вторую диагональ подается напряжение возбуждения.
При С1=С2=С3=С4 напряжение возбуждения, снимаемое с конденсатора С1 будет равно UC = (UВ - UАС5/С1)/2.
Глубина ООС в децибелах может быть получена из выражения
= 20 1og(l + K0C5/2C1) ,
где K0= UA/UC — коэффициент усиления трех каскадов без ООС. С введением ОС |
|
глубиной коэффициент K3f становится ниже примерно на /2. |
50 |
В транзисторных УМ, где фазовый сдвиг ВЧ колебаний даже в одном транзисторе может достигать десятков градусов, ООС по ВЧ не применяют из-за опасности самовозбуждения.
Поэтому в транзисторных УМ применяют ООС по огибающей, причем в отличие от передатчиков с AM производится выделение огибающей с помощью амплитудных детекторов 1 и 2 в двух точках ВЧ тракта передатчика.
Во-первых, огибающая выделяется в одном из предварительных каскадов 3, где она еще не искажена, и на выходе оконечного каскада 4 после делителя напряжения 5.
Полученные сигналы огибающих сравниваются в 6, а результирующий разностный сигнал используется для управления коэффициентом усиления регулируемого усилителя 7.
Реально глубина ООС более 20 дБ не применяется из-за снижения устойчивости УМ.
Структурная схема усилителя с ООС по огибающей
51
Требования к параметрам сигналов ОБП
В соответствии с рекомендациями МККР для совместимости систем радиосвязи и радиовещания различных стран предложены для использования каналы двух типов:
• канал для телефонии шириной 2750 Гц, с полосой частот 250...3000 Гц (рис. а), и
• канал для вещания или передачи одновременно двух телефонных сигналов шириной 5900 Гц, с полосой частот 100...6000 Гц (рис. б).
В отечественных системах
Рис. Размещение полос в передатчиках с ОМ предусмотрен третий тип канала для связи с корреспондентами внутри страны.
По ширине полосы пропускания 300...3400 Гц этот канал аналогичен каналу для телефонии (рис. в).
Размещение полос таких каналов в спектре высокочастотного сигнала на выходе передатчиков с ОМ показано на рис. г-е. Общее число телефонных каналов с полосой 2750 Гц, работающих через один передатчик, может достигать четырех в
передатчиках большой мощности (> 20 кВт) рис. г.
52
Два канала с полосами 5900 Гц (рис. д) реализуют в передатчиках для подачи вещательных программ для радиоузлов или других вещательных радиостанций.
Каналы обозначаются буквами А (нижний канал) и В (верхний канал).
В четырехканальной системе к буквенным обозначениям добавляют цифровые индексы 1 для внутренних и 2 для внешних каналов.
Интервалы между полосами каналов вблизи номинальной рабочей частоты 0
составляют 500 Гц для систем рис. г и д и 600 Гц для системы рис. е. Интервалы между внутренними и внешними каналами в четырехканальной системе (рис. г) равны 250 Гц. В требованиях к сигналам с ОМ также оговаривается относительный уровень несущей .
Структурные схемы связных и вещательных передатчиков с ОМ
Требования ГОСТ регламентируют все главные характеристики передатчиков. Для KB передатчиков магистральной связи регламентированы номинальные мощности (1, 5, 20 и 100 кВт), диапазон рабочих частот (1,5...30 МГц), относительная нестабильность рабочей частоты (1...5)10-7, номинальный уровень входного модулирующего сигнала (0,775 В, 0 дБ), уровень нелинейных искажений (-35 дБ по методу двух тонов), число и ширина полосы телефонных каналов и др.
Построение структурных схем передатчиков с ОМ имеет ряд особенностей по сравнению с передатчиками с AM. В AM передатчиках модуляция производится в оконечном каскаде (анодная, анодно-экранная в ламповых и коллекторная в транзисторных каскадах).
В передатчиках с ОМ модулированный сигнал формируется на рабочей частоте в
возбудителе, затем усиливается до нужной мощности и подводится к антенне. |
53 |
Формирование ОМ сигнала в каскадах передатчика с более высоким уровнем мощности затруднительно и не дает практических преимуществ. Поэтому в возбудителях передатчиков с ОМ всегда присутствует устройство, формирующее сигналы для желательного вида работы (НЗЕ, R3E, J3E и др.).
Сигнал с ОМ можно рассматривать либо как два колебания (несущее и в боковой полосе) занимающих различные частотные полосы, либо как произведение колебания изменяющейся во времени огибающей UОГ(t) и ВЧ колебания с угловой модуляцией
cos[ 0t+ (t)]. Эта особенность дает возможность реализовать три метода построения передатчиков с ОМ.
Первый метод заключается в том, что в возбудителе на рабочей частоте формируется ОМ сигнал, соответствующий желательному виду излучения, который подводится к мощному линейному усилителю (ЛУ) с линейной амплитудной характеристикой в пределах 0 < UОГ(t) < UОГmax.
ЛУ содержит предварительные усилители (ПУ), мощный оконечный каскад - усилитель модулированных колебаний (ОК-УМК) и колебательную систему (КС) для согласования ОК с антенной и подавления гармоник. Для обеспечения линейной АХ электронные приборы мощного ЛУ которого должны работать в НР режиме, т.е с низким КПД. Благодаря простоте по этому методу построено подавляющее большинство передатчиков для радиосвязи, использующих излучение J3E. Поэтому
этот вариант передатчика с ОМ называют классическим.
54