Амплитудная модуляция. Способы осуществления

Передатчики с амплитудной модуляцией применяют для телефонной связи, радиовещания, передачи телевизионных сообщений.

Допустим, что передаваемый сигнал f(t) представляет собой гармоническое колебание звуковой частоты Ω. При АМ амплитуда тока ВЧ должна изменяться в соответствии с этим сигналом. Тогда:

i(t)=(Iн+ΔΙн cosΩt) cosωнt= Iн (1+m cosΩt) cosωнt=Iнcosωнt+0,5m Iн cos(ωн+Ω)t+0,5m Iн cos(ωн-Ω)t (2.1)

На рисунке.2.2 приведены осциллограмма и спектр сигнала, описываемого выражением (2.1)

а) б)

Рисунок 2.2 Осциллограмма (а) и спектр АМ сигнала при модуляции одним тоном (б).

Для АМ свойственны следующие энергетические соотношения.

Максимальный (пиковый) режим:

Р~макс= Р~н (1+m)²,

где Р~н – мощность в режиме несущей, m – коэффициент глубины модуляции.

Минимальная мощность

Р~мин = Р~н (1-m)².

Таким образом, при m=1 Р~макс=4 Р~н .

Мощность одной боковой

Рω+Ω=1/2 (m Iн/2)² Ra=Р~н m²/4

Суммарная мощность боковых

РσΣ=Р~н m²/2

Средняя мощность (среднеинтегральная мощность за период НЧ)

Рср= Р~н + РσΣ= Р~н (1+ m²/2)

АМ можно осуществить в любом из усилительных каскадов передатчика. Каскад, в котором происходит преобразование сигнала информации в радиосигнал (модуляция), называют модулируемым.

На рисунке 2.3 приведена схема усилителя мощности (УМ) при модуляции смещением.

Рисунок 2.3 Схема УМ при модуляции смещением.

В модулируемом каскаде по сигналу информации изменяют напряжение смещения на входе АЭ: Ec=Eсн+UΩ cosΩt.

Энергетические соотношения:

Р~н=1/2 Iн² Ra; Imax=Iн(1+m); Iк0 max =Iк0 н (1+m);

Eкн=Ек max; P~max =0,5 I²max Ra=P~н (1+m)²;

P0н=Iкн Eкн; P0max =I0max Eк=Р0н (1+m);

η=P1/P0; ηн=Р1н/Р0н=0,5 Iн U~ /I0н E0н =

=0,5 α1(Θ) iк max U~ / α0(Θ) iк max Eк =

=0,5 ξ α1(Θ)/ α0(Θ)=0,5 ξ g1(Θ);

η max= P~max / P0max = Р~н (1+m)²/ Р0н (1+m)=

= ηн (1+m);

ξ max= Umax / Ек max=U~н (1+m)/ Eкн= ξн (1+m).

Таким образом, при модуляции смещением

η max=2 ηн и ξ max=2 ξн .

На рис. 2.4 приведена схема транзисторного усилителя мощности с коллекторной модуляцией. Модулирующее напряжение вводится последовательно с постоянным напряжением в цепи коллектора Eкн, определяющим режим несущей (молчание).

В схеме (рисунок 2.4) напряжение UΩ подаётся через вторичную обмотку трансформатора.

Энергетические соотношения:

Ек max=2 Екн;

P~max= Р~н (1+m)²;

P0 max= Р0 н (1+m)²;

ηн= η max , ξн=ξ max .

В отличие от модуляции смещением при коллекторной модуляции ηн равен η max .

Модуляция смещением применяется обычно в маломощных каскадах, КПД при этом виде модуляции мал (15-20%). Достоинства: простота, малая мощность модулятора. При коллекторной модуляции ηн= η max и достигает значений 70-80%. Однако требуемая мощность модулятора соизмерима с мощностью модулируемого каскада. Часто применяют комбинированную АМ.

Рисунок 2.4 Усилитель мощности с коллекторной модуляцией.