7.3. Преимущества применения однополосной

МОДУЛЯЦИИ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ И ВЕЩАНИЯ

Большой практический интерес к ОМ и широкое внедрение радио­оборудования с ОМ, особенно в KB диапазоне, объясняется известными преимуществами этого вида модуляции по сравнению с AM и ЧМ.

Очевидным и важным преимуществом ОМ является наиболее узкая полоса частот, занимаемая сигналом с ОМ в радиоканале. Она почти равна полосе частот исходного модулирующего сигнала. Полоса час­тот, занимаемая колебанием с AM, по меньшей мере в 2 раза шире. При ЧМ занимаемая полоса еще шире. Благодаря этой особенности ОМ ее применение в системах радиосвязи и вещания позволяет почти в 2 раза по сравнению с AM уменьшить необходимые полосы радиоканалов и тем самым увеличить вдвое число действующих радиосвязей в одном и том же диапазоне частот.

Важным преимуществом ОМ перед AM является возможность полу­чения в системах радиосвязи с ОМ энергетического выигрыша. Рассмот­рим это подробнее. Условимся, что в соответствии с системным подходом будем сравнивать энергетические показатели систем с ОМ и AM при одинаковом полезном эффекте на выходе соответствующих приемников.

Поскольку наиболее важными характеристиками обеих систем явля­ются стоимость передатчиков, определяющая капитальные затраты на организацию системы, и стоимость их эксплуатации, главную часть которой составляют расходы на электроэнергию, сравнение систем с AM и ОМ выполним по двум характеристикам: по номинальной мощ­ности ламп, установленных в передатчиках с AM и ОМ, и по средней потребляемой мощности при одинаковом полезном эффекте на прием­ной стороне. Будем считать, что одинаковый полезный эффект на сто­роне приема получается тогда, когда отношения сигнал/помеха на выходах приемников AM и ОМ сигналов равны. Примем, что помехой на приемной стороне является флуктуационный шум. Тогда при полосе приемника ОМ сигналов вдвое более узкой, чем полоса приемника AM сигналов, одинаковое отношение сигнал/помеха на выходах приемни­ков получится при ОМ и при AM: P_{инф АМ} = 2P_{инф ОМ}.

Мощность сигнала, несущего информацию, при AM на входе прием­ника — это мощность боковых полос. При пиковой мощности Р_{1 max АМ} колебания с АМ мощность боковых полос Р_1б = т²P_1т/2. Следовательно, .

Мощность сигнала, несущего информацию при ОМ P_инф.ОМ, полу­чим, воспользовавшись (7.5). Максимальное значение огибающей ; пиковая мощность передатчика при этом . Средняя мощность передатчика

.

Из этих уравнений .

С учетом принятого ранее соотношения Р_{инф АМ} = 2·Р_{инф ОМ} получим расчетное соотношение между пиковым и мощностями сигналов с АМ и ОМ:

. (7.10)

При т = Х = 1 для излучений с ОМ это соотношение принимает вид:

(НЗЕ); (7.11)

(R3E); (7.12)

(J3E). (7.13)

При одинаковых характеристиках радиотрактов рассмотренных сис­тем соотношения (7.12) будут справедливы для пиковых мощностей передатчиков.

При других условиях сопоставления пиковой мощности передатчи­ков для различных излучений результаты будут другие. В частности, если потребовать равенства амплитуд информационных сигналов , то в (7.11) исчезнет четверка в знаменателе, а в (7,12) знаменатели уменьшатся в 4 раза.

Дальнейшие рассуждения в настоящем параграфе будут относиться к сопоставлению только передатчиков с АМ и ОМ с подавленной несу­щей. Аналогичные сопоставления передатчиков для излучений АЗЕ, НЗЕ и R3E приведены в [17].

Из (7.12) для J3E следует, что номинальная мощность установленных ламп в оконечном каскаде передатчика с АМ должна быть больше, чем в передатчике с ОМ, в 16 раз при наличии усилителя модулированных колебаний на выходе передатчика с АМ или в 8 раз, если в передатчике с АМ реализована анодная модуляция в последнем каскаде.

Для сравнения средних потребляемых мощностей в системах с АМ и ОМ допустим, что: передатчики этих систем выполнены с усилителем модулированных колебаний в оконечном каскаде; главным потребите­лем энергии (более 90 %) является анодная цепь выходного каскада; среднее значение КПД этих цепей в передатчиках с АМ и ОМ η_{а ср}.

Средние излучаемые мощности передатчиков с АМ и ОМ при т = Х = 1 с учетом (7.10) P_1срОМ = Р_1maxОМ; P_1срАМ = P_1т(1 + т²/2) = 6Р_1maxОМ. Следовательно, и средняя потребляемая мощность Р_0ср = Р_1ср/η_а будет отличаться примерно в 6 раз (8 дБ). При использо­вании в передатчике с АМ анодной или анодно-экранной модуляции потребляемая им мощность примерно в 4,4 раза (6,4 дБ) больше, чем в передатчике с ОМ.

Следует также учитывать, что при передаче АМ сигналов по KB радиоканалам вследствие дисперсии фазовой характеристики послед­них происходит расфазирование колебаний в боковых полосах. Это приводит к искажениям переданных сигналов и заметному снижению уровня их напряжения на выходе детектора U_дAM(t). Потери мощности выходного сигнала из-за этого ориентировочно оценивают в 50 %. При передаче сигналов с ОМ все сообщение передается в одной боковой полосе, явление расфазирования отсутствует.

Таким образом, если учесть и этот эффект, то энергетический выиг­рыш при переходе от АМ к ОМ может составить 9... 11 дБ. Эти расчеты относятся к современным системам с ОМ с подавленной несущей, при работе которых на выходе передатчика амплитуда сигнала с частотой со₀ (см. рис. 7.2,б или в) составляет меньше 1 % (−40 дБ) амплитуды сигнала в пиковой точке U_{max ОM}.