электросвязь / 34. Передатчик с однополосной модуляцией

Лекция 34

Особенности передатчиков с однополосной модуляцией

Подавление в передатчике несущего колебания и одной боковой составляющей спектра сигнала уменьшает излучаемую мощность без ущерба для дальности линии радиосвязи. Это объясняется тем, что колебание несущей частоты при АМ, как упоминалось, не содержит передаваемой информации. Кроме того, хотя напряжение передаваемого сигнала на выходе детектора при отсутствии одной боковой полосы уменьшается в 2 раз, но и напряжение шумов приемника снижается так же, и отношение сигнал/шум не изменяется.

Следовательно, мощность сигнала, даже при m=1 в случае подавления несущей и одной боковой полосы составит:

= .

При неизменной мощности передатчика она может быть увеличена.

Поскольку максимальная амплитуда напряжения на выходе передатчика с АМ при m=1 достигает удвоенной амплитуды несущей частоты, то есть , то исходя из этой величины, можно определить мощность сигнала с однополосной модуляцией, выделяемую на сопротивлении излучения антенны.

=.

Отношение к позволяет найти выигрыш по мощности передатчика с однополосной модуляцией, который составляет

.

Это свойство позволяет значительно уменьшить потребляемую передатчиком энергию, его габариты и массу, что является решающим для самолетных радиостанций. Поэтому в передатчиках диспетчерской связи с воздушными судами однополосная модуляция нашла широкое применение.

Особенности структурной схемы таких передатчиков (рис. 1) обусловлены выделением одно боковой полосы (ОБП) из спектра сигнала с АМ.

Рис. 1 Структурная схема передатчика с ОМ

Оно не может быть осуществлено на выходе передатчика после модуляции амплитуды несущей частоты в усилителе мощности УМ. Действительно, интервал частот между несущей несущей и ближайшей к ней боковой полосы в телефонном режиме составляет =300 Гц. Если передатчик предназначен для связи на КВ, то спектр его сигнала излучается на частотах =230 МГц. Это означает, что относительный интервал частот, который отводится для фильтрации требуемых составляющих спектра /=(15010). Такой должна была быть относительная полоса задерживания фильтра, предназначенного для выделения однополосного сигнала (ОПС).

Лучшие полосовые фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) имеют крутизну характеристики затухания дБ/окт. Поскольку октава представляет собой относительный интервал частот 2, то ослабление побочного излучения с помощью подобного фильтра при указанной полосе задерживания составит всего лишь 7,50,5 дБ, что далеко не обеспечивает задачи фильтрации.

Кроме того, выделение ОПС на выходе УМ нерационально и по энергетическим соображениям, так как мощность подавляемого сигнала рассеивалась бы в самом передатчике и невозможно было бы реализовать выигрыш за счет передачи на ОБП.

В силу указанных причин модуляция осуществляется на сравнительно низкой поднесущей частоте . Затем формируется однополосный сигнал при незначительных уровнях мощности.

Для облегчения фильтрации ОБП в передатчике используется балансный модулятор (БМ), имеющий два входа. На один из них подается низкочастотный сигнал от микрофона, усиленный в УНЧ. На второй вход БМ поступает колебание поднесущей частоты . В радиостанциях типа «Микрон» =500 кГц.

На выходе балансного модулятора образуются две боковые полосы модуляции, а колебание поднесущей частоты отсутствует. Поэтому относительная полоса задерживания ФСС составляет

.

Этой полосы достаточно для выделения ОПС с помощью электромеханического ФСС с ослаблением побочного излучения на

На выходе фильтра к ОПС может подмешиваться пилот-сигнал для формирования излучения класса АЗА. С этой целью используется нормированное по отношению к уровню боковой полосы колебание поднесущей. В передатчике станции «Микрон» оно составляет 7090%. Спектр такого сигнала содержит поднесущую =500 кГц и верхнюю боковую полосу модуляции.

Перенос полученного спектра в диапазон КВ осуществляется преображением частоты. В смесителе образуется спектр с несущей частотой и двумя боковыми составляющими, каждая из которых содержит поднесущую и боковую полосу модуляции (см. рис. 1). Интервал частот между несущей и поднесущей равен 500 кГц. Поэтому выделить одну боковую составляющую, располагая полосой задерживания 0,5 (230)=0,250,017 не представляет труда с помощью индуктивно-емкостных резонансных контуров буферного усилителя и усилителя мощности.

Амплитуда напряжения ОБП составляет = . Учитывая смысл коэффициента m, представляющего отношение амплитуд модулирующего напряжения м и несущей частоты (m=), нетрудно заметить, что уровень однополосного сигнала зависит от величины модулирующего напряжения, то есть =м/2. В режиме молчания сигнал ОБП на выходе передатчика отсутствует. При изменении громкости голоса перед микрофоном выходной уровень сигнала передатчика тоже изменяется.

Поддержание среднего уровня выходного сигнала постоянным достигается регулировкой коэффициента усиления, которую удобно производить в буферном усилителе. Для этого с выхода усилителя мощности, называемого также генератором с независимым возбуждением (в отличии от генератора с самовозбуждением в ЗГ), часть энергии сигнала поступает в систему автоматической регулировки возбуждения (АРВ). Она работает аналогично АРГМ, снижая коэффициент усиления БУ, когда выходной сигнал превышает пороговый уровень, установленный для нормального излучения передатчика.

Схема основных элементов трактов передатчика и приемника ОМ-сигналов

Речевое сообщение a(t) после усиления в УНЧ подводится к балансному модулятору БМ, к которому подаются также колебания поднесущей частоты fп от синтезатора частот СЧ, общего для передатчика и приемника. Фильтр верхней полосы ФВП подавляет нижнюю полосу боковых частот на выходе БМ. Верхняя боковая полоса подвергается преобразованию в ПЧ с помощью гетеродинных колебаний fг, также поступающих от СЧ. Сформированная полоса высокочастотных колебаний проходит полосовой фильтр ПФ, подавляющий паразитные продукты гетеродинирования, подвергается усилению в усилителе мощности УМ и излучается.

Особенности радиопередатчиков:

Необходимо отметить несколько особенностей передатчиков PC. Роль задающих генераторов в них обычно играют синтезаторы частоты. В передатчиках с AM применяются схемы автоматической регулировки глубины модуляции, а в передатчиках с ОМ — схемы автоматической регулировки мощности. В случае ОМ используется многократное преобразование частоты сигналов. Остановимся на некоторых из перечисленных особенностей.

Системы автоматической регулировки глубины модуляции (АРГМ) и системы автоматической регулировки мощности (АРМ) излучения предназначаются для стабилизации глубины модуляции излучаемых сигналов в случае AM или для стабилизации мощности сигнала боковой полосы в случае ОМ при изменениях громкости передаваемого телефонного сообщения в широких пределах. По принципу действия эта система подобна системе автоматической регулировки усиления (АРУ) в радиоприемнике: с ее помощью в зависимости от силы звука изменяется коэффициент усиления модулятора так, что изменения напряжения сигналов на выходе модулятора оказываются значительно меньше входных.

Система АРГМ часто дополняется ручной регулировкой коэффициента усиления усилителя низкой частоты модулятора. Выбирая надлежащим образом силу голоса и коэффициент усиления модуляционного каскада, оператор может добиться уменьшения влияния на качество передачи акустических помех.

В передатчиках с AM используются так называемые схемы задержки, представляющие собой системы автоматического регулирования уровня несущих колебаний. Уровень несущих колебаний с их помощью значительно уменьшается в тех случаях, когда отсутствует модулирующее напряжение в тракте низкой частоты. Благодаря этому возрастает КПД передатчика.

Применение схем преобразования частоты в передатчиках с ОМ обусловлено стремлением повысить качество фильтрации спектра боковых частот модуляции и подавления составляющих спектра второй боковой полосы. Качество фильтрации удается повысить, осуществляя модуляцию сигналов не на частоте излучаемых колебаний, а на более низкой частоте поднесущих колебаний.