4.7.2 Получение сигнала с балансной модуляцией

Схему амплитудного модулятора можно видоизменить таким образом, что на выходе устройства будет получен сигнал с подавлением несущих колебаний. Такой модулятор называется балансным. Структурная схема балансного модулятора приведена на рис.4.11. Гармоническое колебание несущей частоты подается одновременно на нижние входы двух одинаковых амплитудных модуляторов АМ₁ и АМ₂. Модулирующий сигнал S(t) поступает на верхний вход АМ₂ и через инвертор И₁ на верхний вход АМ₁. На выходах модуляторов будут получены следующие сигналы:

(4.21)

где А – постоянный коэффициент.

Инвертор И₂ изменяет знак сигнала U₁ на противоположный, так, что выходной сигнал имеет вид:

, (4.22)

и представляет собой произведение модулирующего и несущего колебаний. Спектральное представление сигналов, проходящих по верхнему и нижнему каналам модулятора, а также результирующий сигнал показаны на рис.4.12.

4.8 Фазовращатели

В системах телекоммуникации часто используются фазовращатели. Существует много различных цепей сдвигающих фазу выходного сигнала относительно входного. Общее требование к фазовращателям – получение двух равных по амплитуде напряжений с относительным сдвигом 90⁰.

Это требование легко выполняется на фиксированной частоте, труднее в диапазоне частот. На рис4.13 показаны несколько высокочастотных схем простейших фазовращателей. В устройстве 4.13а, ток вторичной обмотки, протекая через последовательно включенные резистор и конденсатор, создают

на них напряжения, сдвинутые по фазе на 90⁰. Напряжения равны, когда емкостное сопротивление равно активному. Фазоврашатель должен работать на нагрузку, сопротивление которой намного превосходит R, при этом вся мощность расходуется в сопротивлении фазовращателя.

Фазовращатель, содержащий резистор R, и конденсатор С можно ьвыполнить по мостовой схеме (рис.4.13б). Устройство содержит две RC цепочки с одинаковыми параметрами, одна из которых включена как интегрирующая, другая – как дифференцирующая. На частоте, где емкостное сопротивление равно активному, сдвиг фаз в одной цепочке составляет +45⁰, в другой -45⁰, а относительный фазовый сдвиг между выходными напряжениями равен 90⁰.

Другой вариант фазовращателя показан на рис.4.13в. Устройство позволяет учесть входное сопротивление нагрузки (например, смесителей) соответствующим увеличением сопротивления резисторов R, а в случае R=R_н исключить их совсем. Следует заметить, что сопротивление смесителей зависит от уровня входного сигнала. В этом случае трудно обеспечить равенство входного сопротивления смесителя и активного сопротивления в фазовращателе.

Фазовращатель, создающий весь фазовый сдвиг в одном плече, показан на рис 4.13г.

Расчет пассивных компонентов простейших фазовращателей осуществляется по следующим соотношениям:

, (4.23)

где - центральная частота.

При отклонении рабочей частоты от расчетной, разбаланс выходного напряжения прямо пропорционален расстройке.

Подавление нежелательной боковой полосы, как правило, не менее 30 дБ.

Для ряда смесителей требуется фазовый сдвиг не 90⁰, а 45⁰. В этом случае можно использовать схемы, показанные на рис.4.13 в, г со следующими соотношениями для расчета элементов:

Для схемы 4.13в - (4.24)

Для схемы 4.13г - (4.25)

где - частота генератора равная половине частоты сигнала.

Значительно лучше равенство выходных напряжений в широком диапазоне частот поддерживают фазовращатели второго порядка, показанные на рис.4.14а. В отличие от простого RC фазовращателя (рис.4.13а) в нем последовательно с конденсатором включена катушка L. Напряжение на ней сдвинуто по фазе на 90⁰ относительно тока, но в другую сторону чем на конденсаторе. Таким образом напряжение на индуктивности противоположно по фазе напряжению на емкости. Оно инвертируется второй половиной симметричной обмотки катушки и складывается с напряжением на емкости, образуя выходное напряжение со сдвигом фазы 90⁰ относительно тока в цепи.

Напряжение на резисторе совпадает по фазе с током, оно образует второе выходное напряжение. При отклонениях частоты от номинального значения, уменьшается (при увеличении частоты) напряжение на индуктивности повышается.

Расчет параметров элементов осуществляется по формулам (4.23), где под индуктивностью понимается половина обмотки катушки, а .

Недостатком данного фазовращателя является то, что, для уменьшения потерь, он должен нагружаться на сопротивление много большее чем R

Этот недостаток устранен в схеме на рис.4.14б. Фазовый сдвиг 90⁰ обеспечивается образным мостовым LC звеном, нагруженным на на сопротивление R1=2R. В другом плече включен последовательный LC контур, служащий для компенсации изменений фазового сдвига при отклонениях частоты и сопротивления нагрузки.

Фазовый сдвиг 90⁰ поддерживается фазовращателем во всем диапазоне частот. Номиналы элементов рассчитываются по соотношениям (4.23).

Скомпенсировать потери, вносимые RC звеньями можно с помощью активных элементов: транзисторов или операционных усилителей (ОУ). Звено при этом получается однонаправленным и не может передавать сигнал с выхода

на вход, как это могут, например, LC звенья. Две схемы простейших фазовращательных звеньев на ОУ показаны на рис.4.15. Их работа отличается тем, что второе звено инвертирует сигнал на низких частотах. Модуль коэффициента передачи звеньев равен единице. Выходное сопротивление звеньев низкое, поэтому их можно каскадировать и соединять с балансными модуляторами без всяких промежуточных ступеней.