текст лекций / 34. Особености однополосного приема

Особенности однополосного приёма.

Преимущества.

Связь на одной боковой полосе обладает значительными преимуществами перед использованием амплитудной модуляции.

Сокращение вдвое полосы частот является важным фактором, позволяющим увеличить число радиостанций, одновременно работающих в КВ диапазоне без взаимных помех.

Более узкая полоса пропускания приемника в условиях возможных помех также имеет преимущество. Это объясняется меньшей вероятностью попадания постороннего излучения в менее широкую полосу.

С уменьшением полосы пропускания линейного тракта приемника в 2 раза связано снижение вдвое, согласно формуле Найквиста, мощности шумов в √2 их напряжения. Однако по сравнению с двухполосным приемом, напряжение сигнала тоже снижается по меньшей мере в √2, еслипринять во внимание случайный характер распределения фаз, суммируемых в детекторе колебаний обеих полос. Поэтому реальная чувствительность при однополосном приеме не изменяется.

Селективные замирания при телефонном режиме однополосной связи не оказывают такого влияния, как в случае амплитудной модуляции. Действительно, фазовые сдвиги составляющих спектра, возникающие при распространении волн, не имеют значения, так как каждое низкочастотное колебание на выходе детектора образуется только из одной высокочастотной

составляющей.

При приеме одной боковой полосы колебание несущей частоты вырабатывается в приемнике. Поэтому замирания сигнала в процессе распространения волн не вызывают искажений перемодуляции. В этом состоит существенное преимущество радиосвязи с применением одной боковой полосы по сравнению с амплитудной модуляцией.

Искажения.

Детектирования сигнала одной боковой полосы при отсутствии несущей частоты не имеют смысла. Действительно, если рассмотреть прием однополосного сигнала, промодулированного колебанием одного тона, то он представляет собой также колебание, но высокой частоты. Оно отличается от подавленной несущей на частоту модулирующего сигнала. Вторая составляющая высокочастотного спектра, как и несущая, при однополосной модуляции не передаётся.

Амплитудное детектирование такого колебания образует постоянное напряжение с неизменным уровнем. Колебание тональной частоты оказывается утраченным.

Однако, если к детектору подвести колебания восстановленной в приемнике несущей частоты, то из-за нелинейности его характеристики прямой передачи образуется разностная частота, которая соответствует моделирующему сигналу.

Восстановление несущей частоты в приемнике сопровождается неизбежными ошибками. В зависимости от способа восстановления возможны ошибки по фазе или частоте.

Фазовые искажения спектральных составляющих при радиотелефонной связи не имеют значения, потому что не воспринимаются на слух. Импульсные сигналы фототелеграфной и других видов связи претерпевают искажения формы за счет фазовых сдвигов спектральных составляющих и требуют восстановления несущей частоты с точностью до фазы.

Ошибка по частоте при восстановлении несущей проявляется в телефонном режиме работы, так как изменяется частотный интервал между восстановленной несущей и боковыми составляющими спектра сигнала. Например, если нижняя граничная частота телефонного сигнала должна отстоять от несущей на 300 Гц, а вследствие смещения восстановленной несущей интервал между ними увеличивается до 350 Гц, то на входе детектора окажется колебание повышенного тона.

Звуковые колебания, создаваемые голосом, содержат большое количество гармоник. Высшим гармоникам частоты 300 Гц являются колебания 600, 900, 1200 Гц и т. д.. В результате ошибки восстановления несущей на 50 Гц они будут воспроизводиться со смещением на эту величину, а именно – 350, 650, 950, 1250 Гц и т. д.. Указанные колебания не являются гармониками частоты 350 Гц. Утрата важнейшего свойства голоса – гармонического состава – приводит к потере разборчивости речи.

Опытным путём найдено, что ошибка восстановления несущей частоты для телефонной связи не должна превышать 5 – 10 Гц. Эта величина является суммарной ошибкой радиоканала и распределяется между передатчиком и приемником. Следовательно, относительную нестабильность КВ радиостанции с однополосной связью на частоте ƒ = 30 МГц можно оценить величиной

(1)

Процесс детектирования однополосного сигнала удобно рассмотреть а примере передачи тонального колебания одной частоты

(2)

При отсутствии ошибки восстановления несущей частоты её выражение имеет вид

(3)

Суммируя амплитуды колебаний и выполняя преобразования получим выражение огибающей

(4)

где

(5)

Наличие второй гармоники в выражении (4) свидетельствует о нелинейных искажениях огибающей. Коэффициент нелинейных искажений во второй гармонике составляет

Поскольку амплитуда колебания восстановленной несущей частоты обычно на порядок превышает амплитуду принимаемого сигнала, то линейные искажения находятся в допустимых пределах, т. е.

Особенности структурной схемы

приёмника однополосных сигналов.

Приемник однополосной связи представляет собой супергетеродин с двойным (а иногда даже с тройным) преобразованием частоты. К нему предъявляются высокие требования по избирательности. Это объясняется тем, что помехи на частотах подавленной боковой полосы детектируется так же, как сигнал, и оказываются в полосе УНЧ вместе с полезным сигналом. Поэтому их важно подавить в линейном тракте приемника до детектора. Нормы на ослабление приема по зеркальному, соседнему каналам и по промежуточной частоте составляют 80-100 дБ.

Чтобы выполнить эти требования, наряду с многократным преобразованием частоты применяют сужение полосы пропускания фильтров УПЧ до ширины спектра принимаемого сигнала. Однако такая мера из-за нестабильности частоты радиостанций требует применения автоподстройки. Кроме того, в тракте промежуточной частоты и в УНЧ используются фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), частотные характеристики которых близки к прямоугольным.

Элементы верхнего ряда схемы приемника (рис.1) образуют основной канал приемника. Они содержат преселектор, включающий входные цепи и усилитель высокой частоты; два преобразователя частоты, состоящие из смесителей и гетеродинов ; усилители промежуточных частот и ; детектор и усилитель низкой частоты (УНЧ). Для обеспечения высокой избирательности по соседнему каналу после второго смесителя включен фильтр сосредоточенной селекции (ФСС).

Для восстановления несущей частоты применяется один из трёх способов. Первый и второй способы основаны на использовании пилот-сигнала (ПС), который формируется передатчиком и в частном случае представляет собой остаток (порядка 10%) уровня неполностью подавленной несущей частоты.

Поскольку пилот-сигнал значительно ослаблен по сравнению с сигналом боковой полосы, его величина имеет порядок уровня шумов приемника. Мощность шума пропорциональна полосе пропускания, и для селекции пилот-сигнала используется узкополосный фильтр (ФПС) шириной 30-40 Гц.

После усиления и ограничения амплитуды пилот-сигнала, совпадающий по частоте с несущей, может быть непосредственно использован для работы детектора. В этом случае ключ устанавливается в положение ПС.

Если пилот-сигнал отличается от несущей частоты на какую-либо постоянную величину, то он может использоваться для автоподстройки частоты. В этом случае в качестве источника формируемой приемником местной несущей частоты применяется специальный гетеродин . Для подачи его колебаний к детектору ключ устанавливается в положение “Местная несущая” (МН). Нестабильность частот передатчика и гетеродинов приемника приводят к дрейфу как промежуточной частоты , так и частоты местной несущей . Расхождение между указанными частотами ведет к искажениям. Устранение этого различия может быть достигнуто подстройкой частоты гетеродина местной несущей или одного из гетеродинов. Обычно осуществляется автоподстройка частоты первого гетеродина. Для этого пилот-сигнал и местная несущая через соответствующие усилители УПС и УМН подаются в фазовый или частотный балансный детектор (БД). На его выходе образуется пропорциональное разности частот или фаз управляющее напряжение, которое поступает в управитель, изменяющий частоту . Происходящее при этом изменение промежуточной частоты приводит к устранению расхождения между и .

Рис. 1. Структурная схема приемника однополосной связи

В результате автоподстройки частоты первого гетеродина происходит изменение частоты пилот-сигнала. Указанное изменение не должно выходить за рамки полосы пропускания ФПС. Это условие позволяет определить требования к стабильности частоты генератора местной несущей. Полагая для определенности, что , а полоса пропускания ФПС , получим требуемую величину относительной нестабильности частоты генератора пилот-сигнала

.

Такая величина достижима при кварцевой стабилизации частоты генератора . К стабильности гетеродинов при наличии автоподстройки не предъявляется особых требований.

Однако при использовании автоподстройки необходимо учитывать явление замираний сигнала. Во время замирания, сопровождающегося полной потерей связи, автоподстройка не действует ввиду отсутствия пилот-сигнала. Если в течение этого времени суммарная нестабильность всех источников колебаний окажется такой, что после восстановления нормального уровня сигнала частоты изменяется больше, чем полосу пропускания ФПС, то пилот-сигнал не появится в тракте автоподстройки. Она прекратит своё действие. Уход частоты генератора обычно возрастает с течением времени.Поэтому после длительных замираний приходится производить ручную подстройку приемника.

Третий способ восстановления несущей частоты связан с применением в приемнике высокостабильных генераторов, когда нельзя воспользоваться пилот-сигналом. Однако обеспечивать в телефонном режиме требуемую нестабильность порядка затруднительно.

АРУ поуровню пилот-сигнала. Боковая полоса для этой цели не пригодна, так как её уровень зависит от громкости радиотелефонной передачи и падает до нуля в момент молчания. В то же время интенсивность пилот-сигнала зависит только от условий распространения волн.

Для включения схемы автоматической регулировки усилителя ключ ставится в положение “АРУ”. Ручная регулировка используется при отсутствии пилот-сигнала в полосе пропускания ФПС. В этом случае ключ переводится в положение “РРУ”, а напряжение, регулирующее коэффициент усиления линейного тракта приемника, подается вручную.