Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

где ОтовыхКот— амплитуда= несущего колебания на выходе

усилителя; Тьых=ту— коэффициент(09) модуляции выходного колебания; 0 =ф(0)/<2—время запаздывания огибающей выход-

ного колебания.

Сопоставляя выражения (10.1) и (10.4), можно прийти к следующему выводу: линейные искажения АМС в высокочастотном

К (6)

фо)

К Аа, +2} 4 —

фт та

тракте с симметричными характеристиками проявляются в из- менении коэффициента модуляции и в запаздывании огибающей

выходного колебания.

Время запаздывания огибающей № равно отношению фазового сдвига верхнего бокового колебания к угловой частоте моду-

ляции: = (9)/©. ,

Коэффициент модуляции выходного напряжения тьых равен произведению коэффициента модуляции входного напряжения на

относительное изменение коэффициента передачи боковых коле- баний по сравнению с несущим. При плавном уменьщении коэффициента передачи тракта происходит соответствующее уменьще-

ние модуляции выходного напряжения для всех частот модуляции. Это уменьшение вызывает спад в характеристике верности приемника.

Если частотная характеристика имеет подъемы на некоторых частотах, отличающихся от несущей, то происходит увеличение

коэффициента модуляции на частотах модуляции, которым соответствуют эти подъемы амплитудно-частотной характеристики

тракта. Может оказаться, что сумма боковых колебаний, определяющая коэффициент модуляции, будет больше несущего колебания, тогда возникает перемодуляция. Такие условия возможны

в тракте с «двугорбой» амплитудно-частотной характеристикой. Форма выходного напряжения для этого режима изображена

на рис. 10.4.

281

этих точках происходит изменение фазы высокочастотного колебания на 180°, что позволяет восстановить форму огибающей при относительном увеличении амплитуды несущего колебания в по-

В)

И вых

следующих каскадах. Если коррекция уровня амплитуды несущего колебания не использована и огибающая амплитуд на входе

детектора изменяется так, как это изображено на рис. 10.4,в, то после детектора будут обнаружены нелинейные искажения пер-

вичного низкочастотного сигнала. Таким образом, линейные искажения модулированного высокочастотного колебания в резуль-

тате детектирования приводят к нелинейным искажениям зако-

на модуляции.

Рассмотрим искажения АМС при неточной настройке тракта (рис. 10.5,а). В этом случае в спектре выходного напряжения амплитуды боковых колебаний становятся разными и, кроме того, фазовые сдвиги этих колебаний относительно несущего колебания также оказываются различными. Исследование искажения

закона изменения амплитуды такого колебания приводит к громоздким соотношениям [31], поэтому для наглядного представления характера искажения примем упрощающее предположе-

282

ния образуют биения с частотой, равной разности частот, т. е. с частотой модуляции ©, однако, как было показано ранее [см. (6.6)], закон изменения амплитуды оказывается несинусоидальНЫМ.

Обозначим амплитуду несущего колебания на выходе тракта

И =К (воИто) и амплитуду верхнего бокового колебания Итз= =К (9+0) тИо/2, тогда амплитуда суммарного колебания

из И 12902,20 Ив 6059

Вынося за знак корня большее из колебаний, получаем (при

(=> Ит2)

Полагая, что Итз< и, получаем быстро сходящийся ряд От = И {1 9,5 92 102, | От» со8 @ О а

Е [(1/2) (— 1/2)/29 КИ О -2 От соб НО -...}. (19.5)

Из соотношения (10.5) следует, что в законе изменения амплитуды суммарного колебания кроме составляющей с частотой 9(Ита) имеется составляющая с двойной частотой 20 (Итзо ):

ОИте = ть, Ито = 0,25 02 ИЛил.

283

При детектировании такого колебания линейным амплитуд-

ным детектором на выходе последнего появятся нелинейные искажения. Оценим эти искажения коэффициентом гармоник

ВУ рю Иво „Ото Иво те= 0,95 ОИ. (10.6)

Подставив значения Ит2 и От: в соотношение (10.6), получим

Ёг2=(1/4) 0,5 К (в, -- т то/К (во) Ут = (И8)т у (в, -- В/У (в), (10.7)

где у(в-+9) =К(®-+0)/—ординатаКо относительного коэффи-

редачи тракта на частоте несущего колебания.

Из (10.7) следует, что с увеличением коэффициента модуляции и относительного коэффициента передачи тракта на частоте бокового колебания по сравнению с несущим коэффициент гармоник увеличивается.

Рассмотренный процесс линейных искажений сигнала, приво- дящий к нелинейным искажениям в результате детектирования, особенно сильно проявляется в приемниках, имеющих характеристику высокочастотного тракта, близкую к прямоугольной. В указанных приемниках при расстройке, превышающей половину по-

(10.7)]. Эти искажения прослушиваются в виде скрежета и шо-

роха, сопровождающих звуковое сообщение. Таким образом линей-

ные искажения АМС отсутствуют при равномерной АЧХ и линейной ФЧХ тракта в пределах ширины полосы спектра радиоизлучения

с запасом на нестабильности часгот передатчика, приемника и на доплеровский сдвиг частоты при связи с подвижными объектами.

10.83. Нелинейные искажения АМС,

Усилительные и преобразовательные приборы, используемые в высокочастотном тракте радиоприемника, имеют нелинейные характеристики как входного, так и выходного токов в функции

действующих ‘напряжений. Вследствие нелинейности этих харак- теристик в тракте возникают нелинейные искажения.

Оценим нелинейные искажения огибающей в предположении, что амплитуда входного сигнала изменяется по синусоидальному

По этой формуле можно определить закон изменения амплитуды высокочастотного выходного тока при заданном законе из-

284

менения амплитуды входного напряжения. Подставляя в формулу (10.8) значение Им», получаем

Таким образом, при усилении сигнала, модулированного чис-

Для уменьшения коэффициента гармоник необходимо применять активные приборы с малой величиной параметра нелинейности У” /У›1 и по возможности работать при малых амплитудах

напряжения на входе активных приборов.

Как указывалось ранее, при одновременном действии слабого полезного сигнала и сильной помехи в высокочастотном тракте возникает блокирование. Амплитуда выходного тока, выделяемого трактом, зависит от квадрата амплитуды мешающего коле-

мешающего колебания переносится на несущее колебание полезного сигнала.

Указанное явление переноса модуляции называют перекрест-

ным искажением или перекрестной модуляцией.

Найдем коэффициент перекрестной модуляции №: как отноше- ние амплитуды составляющей огибающей с частотой модуляции помехи к амплитуде составляющей с частотой модуляции полезного сигнала при одинаковых коэффициентах модуляции помехи

И сигнала на входе:

и О = Отт(1--тизтОЙ. Выделим амплитуды составляющих С частотами ОФ. и 9, в огибающей первой гармоники тока /м1.

ри малом коэффициенте модуляции сигналов «< и т«1

Согласно (10.10) коэффициент перекрестной модуляции Е = (1/2) (5'./5а) Ч? по,

Отсюда следует, что уровень’ перекрестной модуляции можно существенно снизить, уменьшая амплитуду помехи Ито, действующей на входных зажимах активного прибора, путем улучше-

ния избирательности входных цепей и каскадов приемника, предшествующих тому прибору, в котором создается перекрестная мо-

дуляция. Вследствие нелинейности усилительных приборов возникают интермодуляция и вторичная модуляция сигналов. Эти

явления ухудшают отношение сигнал-помеха на выходе тракта. При заданных параметрах нелинейности каскадов существуют коэффициенты усиления элементов тракта, при которых достигается наименьшее отношение помеха-сигнал и, следовательно, наименьшие искажения сигнала. Поэтому в качестве критерия оптимизации целесообразно принять минимальное отношение поме- ха-сигнал в полосе пропускания. Для частной электромагнитной обстановки и заданных параметров элементной базы имеются методика 1[15] и результаты такой оптимизации ВЧ тракта радио-

приемника.

10.4. Взаимодействие АМ сигнала и помех при детектировании ^

Допустим, что к детектору АМС подведено напряжение же-

лательного сигнала ис = Ижс $1 фсЁ и помехи и„= Ото УП, Эти два колебания создадут биения. Амплитуда суммарного колебания будет изменяться по несинусоидальному закону. Полагая, что

Если детектор имеет коэффициент передачи Ка, линейную детекторную характеристику и безынерционен для частоты биений,

то напряжение на выходе детектора

Ивых = Ка И = Ка Ото -- КИ т с05 6 ЕЁ (1/4) Ка О? И тс.

Действие помехи определяется слагаемыми после первого чле-

на и сводится, во-первых, к созданию колебания с частотой биений Об== | юо—ч®,| с амплитудой Ка/тл и проявляющегося в виде

постоянного звукового тона, сопровождающего прием, и, во-вто- рых, к появлению вклада, пропорционального квадрату амплиту-

ды помехи и обратно пропорционального амплитуде сигнала. Если частота биений 095 лежит вне диапазона частот модуля-

цив желательной станции, то колебание КаИнштсозОбЁ легко фильтруется цепями на выходе детектора. Что касается второго вклада, то он определяет появление колебаний, соответствующих

мехи, Влияние помехи, обусловленное этим слагаемым, может быть

существенно уменьшено увеличением амплитуды несущего коле-

11. Прием однополосных сигналов

®

11.1.Преимущества однополосной радиосвязи

Вспектре амплитудно-модулированного сигнала при модуляции чистым тоном существуют следующие компоненты: несущее колебание, верхнее боковое колебание и нижнее боковое ко-

женные как ниже, так и выше частоты несущего колебания. В результате ширина полосы частот, занятая излучением радиопередатчика, равна удвоенной максимальной частоте модуляции.

Первичный электрический сигнал полностью описывается его частотным спектром амплитуд и фаз. Эти его характеристики содержатся в спектре боковых частот модуляции. Абсолютная величина разности частот между боковым колебанием и несущим равна частоте модуляции, а уровень бокового колебания равен

спектра АМС— верхней боковой полосой или нижней, можно, преобразовав спектр этой полосы в приемнике, получить форму первичного сигнала и, следовательно, принять передаваемое со-

общение.

Отсюда следует существенное преимущество однополосной связи — вдвое меньшая ширина спектра излучения передатчика по сравнению с шириной спектра излучения при АМ. Указанное преимущество систем однополосной связи (ОС) позволяет увеличить

в 2 раза число станций, работающих в заданном интервале частот, т. е. более экономно использовать радиочастотный диапазон

для передачи сообщений.

Вторым преимуществом ОС является лучший энергетический режим радиопередатчика. Дело в том, что при АМ радиопере-

датчик затрачивает энергию на излучение несущего колебания

Независимо от наличия модуляции. При ОС передатчик излучает энергию лишь при наличии модуляции,

Наконец третьим преимуществом является улучшение отноше-

ния сигнал-геладкая помеха в результате лучшего использования номинала мощности оконечного каскада передатчика и сужения

полосы пропускания приемника.

7287

11.2. Особенности приемников однополосных сигналов

В приемниках однополосных сигналов высокочастотный тракт в принципе строится так же, как в приемнике АМС. Однако при

одинаковых видах сообщений полоса пропускания ВЧ тракта при- емника ОС практически в 2 раза меньше, чем у приемника АМС. Высокочастотный тракт приемника ОС должен быть настроен так, чтобы несущее колебание оказалось на, границе полосы пропускания. В системе однополосной связи в целях получения высоких энергетических характеристик несущее колебание существенно ослабляется. Поэтому в месте приема должно быть восстановлено несущее колебание, биение принятого радиосигнала < которым позволяет выделить спектр частот модуляции. Таким об-

разом, одной из основных особенностей радиоприемников ОС является необходимость введения системы восстановления несущего колебания.

Для решения задачи восстановления несущего колебания в месте приема и для нормальной работы автоматических регулировок (АРУ и АПЧ) в системах ОС предусматривается излучение остатка несущего колебания с постоянным уровнем или спе-

циального пилот-сигнала, частота которого выбирается вие спектра боковых частот модуляции и отличается от частоты несуще-

го колебания на заранее известную величину. При использовании пилот-сигнала восстановление несущего колебания осуществляется путем дополнительного преобразования частоты выделен-

Рис. 11.1

Приемник одной боковой полосы выполнен по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. Однополос-

ный сигнал выделяется фильтром боковой полосы (ФБП) и поступает к детектору. Сюда же подводится напряжение местного

гетеродина— восстановителя несущего колебания, синхронизированное пилот-сигналом. Пилот-сигнал выделяется узкополосным,

обычно кварцевым фильтром (ФПС), включенным на выходе усилителя промежуточной частоты. Автоматическая подстройка

288

частоты первого гетеродина и АРУ осуществляется ПО ПИЛоТ+

сигналу. На линиях КВ связи сигналы подвержены избиратель ным замираниям, поэтому система АПЧ приемников ОС должна сохранять настройку приемника при пропадании остатка не-

сущего колебания либо пилот-сигнала, т. е. должна обладать па-

МЯТЬЮ.

В случае высокой стабильности частоты настройки приемника необходимость в применении системы АПЧ отпадает.

На рис. 112 изображена структурная схема приемника однополосных сигналов, используемого на линиях тропосферной свя-

спектре и позволяющих осуществить сложение сигналов нескольких приемников по отдельным участкам спектра и улучшить условия работы автоматических регулировок в радиоприемнике.

приводит к значительным перекрестным искажениям, получив-

шим название переходных шумов.

Применение отрицательной обратной связи и линеаризация характеристик усилительных приборов позволяют получить достаточно малый уровень нелинейных искажений.

11.3. Детекхтирование однополосного сигнала

Детекторы однополосных сигналов могут быть построены на оенове использования следующих процессов: 1) детектирования биений, полученных в результате суммирования колебаний ОС и местного гетеродина (МГ), амплитудным детектором (АД) (рис.

11.3); 2) преобразования

дятся колебания местно-

Рис. 11.5 го гетеродина, синхронизированного несущим ко-

лебанием либо пилот-сигналом, и колебания однополосного сигнала. В результате суммирования этих колебаний образуются биения.

Как было показано ранее (см. $ 6.5), частота изменения огибающей равна разности частот суммируемых колебаний. Частота

290