7 Радиопередатчики с амплитудной модуляцией
7.1 Общие сведения об амплитудной модуляции
В процессе изучения теории генератора нами использовалась модель сигнала в виде u(t)=Ucosωt. Такой сигнал обычно служит несущим колебанием, на которое в процессе модуляции или манипуляции наносится сигнал, содержащий информацию в исходной или предварительно преобразованной форме (цифровой, кодированной, шифрованной).
При амплитудной модуляции (АМ) в соответствии с информационным сигналом изменяется амплитуда несущего колебания. Для анализа свойств и особенностей АМ воспользуемся простейшей моделью информационного сигнала в форме моногармонического колебания косинусоидальной формы
uΩ(t)= UΩcosΩt (7.1)
здесь предполагается, что ω >> Ω.
С учётом (7.1) колебание с АМ принимает вид
u(t)=U(1+mcosΩt)cosωt (7.2)
В этом выражении m – коэффициент амплитудной модуляции
(7.3)
k – крутизна характеристики амплитудного модулятора.
В соответствии с (7.2), картина амплитудно-модулированного колебания во времени представлена на рисунке 7.1а.
Рисунок 7.1 – Колебание с амплитудной модуляцией
На этом рисунке «m+» - коэффициент модуляции «вверх» от уровня несущей; «m-» - коэффициент модуляции «вниз» от уровня несущей. По величине этих параметров можно, в первом приближении, судить о наличии нелинейных искажений. Как правило, появлению нелинейных искажений соответствует неравенство m+ и m- .
Преобразуем (7.2) к следующему виду
u(t)= U cosωt + U mcosΩt·cosωt =
=
U
cosωt+
(7.4)
На
основании (7.4) амплитудно-модулированное
колебание представляет собой сумму
трёх гармонических колебаний с постоянной
амплитудой и частотой ( для принятой
модели информационного сигнала!).
Спектр, соответствующий (7.4) представлен
на рисунке 7.1б. Таким образом,
амплитудно-модулированное колебание
содержит исходную несущую частоту и
две боковых частоты
.
При амплитудной модуляции сложным
сигналом (например, речевым, музыкальным
и т.п.), в спектре АМ
образуются
две боковых полосы частот, причём верхняя
боковая по форме спектра повторяет
спектр информационного сигнала, а нижняя
имеет инверсную форму (рисунок 7.1в).
Согласно (7.2) максимальная амплитуда АМ колебаний Uмакс=U(1+m). Соответственно, мощность несущей и максимальную мощность можно определить следующим образом
(7.5)
Среднюю, за период модулирующего сигнала, мощность АМ колебаний можно определить как сумму мощностей несущей и двух боковых
(7.6)
При m = 1, P1макс = 4Р1; Р1ср = 1,5Р1.
Качественные показатели АМ колебаний определяются статическими и динамическими модуляционными характеристиками. Статические модуляционные характеристики (СМХ) снимаются без процесса модуляции и представляют собой зависимость параметров режима генератора от модулирующего напряжения на АЭ (Uу,Ек). В качестве примера на рисунке 7.2а представлены СМХ, снятые в функции от управляющего напряжения.
Рисунок 7.2 – Статические и динамические
модуляционные характеристики
Динамические модуляционные характеристики (ДМХ) представляют собой зависимость коэффициента модуляции m и параметров режима генератора от амплитуды информационного сигнала. Снимаются динамические характеристики непосредственно в процессе модуляции. Примеры ДМХ представлены на рисунке 7.2б.
Качественные показатели АМ определяются также амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ), которые снимаются в функции от частоты информационного сигнала F при m = 0,5 и 0,9. На рисунке 7.3 приводятся примеры АЧХ для коэффициента модуляции m и коэффициента гармоник Кг.
Рисунок 7.3 – Амплитудно-частотные характеристики
В качестве «опорной» частоты (Fo), относительно которой ведётся отсчет отклонения АЧХ, в радиовещательных передатчиках принимаются частоты 400 или 1000 Гц. Для коэффициента модуляции АЧХ снимается в децибеллах М[дб].
Амплитудная модуляция может быть осуществлена различными способами. В зависимости от того, в каком режиме по напряженности работает генератор, амплитуду колебаний можно менять с помощью напряжения возбуждения, коллекторного напряжения, напряжения смещения, сопротивления нагрузки. Однако на практике наибольшее применение нашли коллекторная (анодная, стоковая) модуляция и модуляция возбуждением, именуемая также усилением модулированных колебаний (УМК)