dsd11-12 / dsd-11=ТКС / full

4.7Получение модулированных сигналов

Втеории связи мы говорим о «каналах» связи, т.е. о способе передачи информации.

Радиочастотный канал связи охватывает определенный спектр частот в соответствии со способом передачи сигналов.

Информационный сигнал переносится радиочастотным каналом благодаря тому, что он модулирует несущий радиоимпульс. Модуляцией в общем случае называется изменение в соответствии с передаваемой информацией параметров несущего радиоимпульса. В радиотехнике модуляция чаще всего применяется для переноса спектра информационного сигнала.

Применение модуляции в системах связи диктуется следующими факторами:

1.необходимостью сопряжения частотных свойств сигнала и линии передачи: при передаче информации в ее естественной полосе радиоволнами с низкими частотами любые два сигнала стали бы перекрываться и служить помехой друг другу;

2.кодирование информации несущими частотами, находящимися в разных частях спектра, позволяет переносить сигналы на разные частоты и таким образом устанавливать одновременно несколько каналов связи;

3.одни длины волн более пригодны для распространения, другие менее: например:

58

-сигналы ВЧ от 5 до 30МГц обходят Землю вокруг за счет многократных отражений от ионосферы, поэтому используются для связи за линией горизонта;

-сигналы микроволновой области - это узкие направленные пучки сигналов, формирующиеся с помощью антенн умеренных размеров, поэтому используются с ретрансляторами в пределах прямой видимости и в радиолокации.

4.метод модуляции выбирают таким образом, чтобы свести к минимуму влияние различных помех и искажений, возникающих в передающей среде.

Модуляцию несущего сигнала можно осуществлять несколькими

путями. Все методы имеют общее свойство, а именно модулированный сигнал занимает полосу частот, по крайней мере, сравнимую с полосой модулирующего сигнала, т.е. с полосой посылаемой информации.

Высокая точность воспроизведения при передаче звука получается при полосе не менее 20-40 кГц безотносительно к несущей частоте. Телеграфная связь занимает ~ 50-100Гц. Передача телевизионного изображения ~ несколько Мгц. Немодулированный сигнал имеет нулевую ширину полосы и не передает информацию. Следует отметить, что передача информации с помощью модулированного сигнала возможна при достаточно высоком отношении сигнал/шум (S/N).

Итак, процесс модуляции требует участия, по крайней мере, двух величин. Одна из них содержит всю передаваемую информацию и называется модулирующим сигналом, вторая представляет собой высокочастотное несущее колебание, которое модулируется

59

посредством изменения одного или нескольких параметров. В подавляющем большинстве случаев в качестве несущей используется синусоидальное колебание, имеющее три параметра – амплитуду, частоту и фазу. В зависимости от изменяемого параметра различают три основных вида модуляции – амплитудную, частотную и фазовую.

4.7.1 Принцип работы амплитудного модулятора

Амплитудная модуляция – простейшая форма модуляции, если обращать внимание на частотный спектр и способ модуляции.

Амплитудным модулятором называется устройство, создающее на выходе сигнал вида:

колебания Uн(t) = UmН cos(ωНt) и низкочастотного модулирующего сигнала

U м(t) = Umм cos(ΩМt) .

Раскрыв произведение в (4.20) получим

- спектральное представление сигнала

Несущее колебание никакой информации не несет, и наличие его в модулированном сигнале невыгодно. Для более эффективного

60

начинает сказываться нелинейность усиления транзистора, так что амплитуда высокочастотного колебания на выходе модулятора изменяется в соответствии с формулой (4.20). Можно сказать, что данный модулятор усиливает несущую, а модулирующий сигнал, смещая рабочую точку транзистора, меняет коэффициент усиления. Одновременно колебательный контур LC выполняет также функцию полосового фильтра (4.23). Разумеется, полоса пропускания резонансного усилителя должна быть достаточной для прохождения всего спектра модулирующего сигнала.

Принцип работы модулятора поясняется диаграммой, показанной на рис 4.10. Считается что, проходная характеристика транзистора аппроксимирована полиномом второй степени.

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.4.13. Гармоническое колебание несущей частоты U Н (t) подается

62

Рис.4.11 Модификация амплитудного модулятора

Uип

L C

Uвых

UН(ωНt) Uм(ωМt)

R

U0

Рис.4.12 Амплитудный модулятор на биполярном транзисторе

64

одновременно на нижние входы двух одинаковых амплитудных модуляторов АМ1 и АМ2. Модулирующий сигнал U М (t) поступает на верхний вход АМ2 и через инвертор И1 на верхний вход АМ1. На выходах модуляторов будут получены следующие сигналы:

U М (t) ≈ cos(ωM t)

U Н (t) ≈ cos(ωН t)

где A – максимальная амплитуда выходного сигнала.

Инвертор И2 изменяет знак сигнала U1 на противоположный, так,

что выходной сигнал имеет вид:

и представляет собой удвоенное произведение модулирующего и несущего колебаний. Спектральное представление сигналов, проходящих по верхнему и нижнему каналам модулятора, а также результирующий сигнал показаны на рис.4.14. Если после балансного модулятора поставить либо пьезоэлектрический фильтр с крутыми фронтами, либо использовать метод известный как «фазировка», то можно подавить одну боковую полосу спектра.

4.7.3 Угловая модуляция

При частотной и фазовой модуляции полезный сигнал передается при помощи изменения соответственно частоты и фазы несущего колебания при постоянной амплитуде. Некоторая сложность в

65

понимании этих видов модуляции заключается в том, что изменение во времени частоты приводит к изменению закона нарастания фазы и наоборот, поскольку частота и фаза несущего колебания связаны соотношением ω(t) = dϕ dt .

Пусть несущее колебание записывается в виде Uн(t) = UmН cos(ωНt) .

При фазовой модуляции (ФМ) полная фаза радиосигнала связана с модулирующим сигналом s(t) зависимостью

ϕ(t) = ωНt + k1s(t)

где ωН – частота несущей при отсутствии модулирующего сигнала.

ФМ-колебание запишется в виде

UФМ (t) =UmН cos[ωНt + k1s(t)]

При частотной модуляции (ЧМ) частота несущей определяется выражением:

ω(t) = ωН + k2 s(t) .

Поскольку полная фаза связана с мгновенной частотой соотношением

t

ϕ(t) = ∫ω(τ)dτ + const

−∞

ЧМ-колебание можно записать в виде:

Вообще ЧМ и ФМ-колебания, которые часто объединяются общим термином угловая модуляция, с точностью до постоянной фазы описываются одним выражением

U (t) =UmН cos[ωНt + k s(t)]

67