Однополосная модуляция. Балансные модуляторы. Фильтры в однополосной аппаратуре.

В спектре АМ колебания полезная информация содержится как в нижней боковой полосе (НБП), так и в верхней боковой полосе (ВБП), т.к. только амплитуда боковых полос зависит от коэффициента глубины модуляции (см. выражение 2.1). Иначе говоря, имеет место двойная избыточность.

Радиосвязь на одной боковой полосе частот (ОБП) более эффективна, чем обычная двухполосная связь с АМ. Поэтому она широко применяется в различных системах радиосвязи.

В отличие от спектра АМ колебания, при ОБП несущая и одна из боковых полос подавляются.

Самым эффективным с энергетической точки зрения является изучение класса JЗЕ (старое обозначение АЗJ),(одна боковая и полностью подавленная несущая), для обозначения каждого используются сокращённые обозначения: SSB (от англ. – “single side band”) или русский эквивалент – ОБП (одна боковая полоса).

Сравним мощности спектров АМ и ОБП колебаний. Для одной боковой

Рбок АМ=Р~н m²/p²,

где p – пикфактор [пикфактор (Пф) – характеризуется изменением амплитуды НЧ сигнала, Пф=Umax/Uср ].

В процессе модуляции средняя мощность ОП сигнала

Рср ОМ=Р~max/p²,

где Р max ОМ= Р max АМ.

Откуда

Рср ОМ / Рбок АМ=(1/m +1)².

Т.о., при m=1 выигрыш по мощности составляет 4 раза. Кроме того спектр частот, излучаемый при передаче ОБП, уменьшается по сравнению с АМ в 2 раза, что позволяет сузить полосу пропускания приёмника. Только за счёт этого при равномерном спектре помех отношение сигнал/помеха увеличивается по напряжению в раз, а по мощности в 2 раза. Общий выигрыш по мощности при передаче ОБП по сравнению с АМ составляет 8 раз.

В передатчиках КВ диапазона из-за особенностей распространения радиоволн на входе приёмника между несущей и боковыми частотами образуются фазовые сдвиги, которые уменьшают полезный эффект на выходе.

При ОБП отсутствие такого эффекта (установлено из опыта) расценивается как увеличение полезного эффекта по мощности в 2 раза. Таким образом, общий выигрыш по мощности при переходе от АМ к ОБП составляет 8-16.

В приёмнике для выделения сигнала информации необходимо восстановить несущую частоту с помощью местного гетеродина.

Формирование симметричных АМ колебаний с ослабленной несущей

обычно осуществляется в устройствах называемых балансными модуляторами (БМ).

Простейший вариант БМ показан на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 Двухдиодная схема БМ.

Модулирующий сигнал поступает на диоды V1 и V2 в виде изменяющегося напряжения смещения uΩ=Ем=Uωm cosΩt.

Одновременно между анодом и катодом обоих диодов действует ВЧ напряжение uω=Uωm cosωt.В каждом плече такого БМ осуществляется обычная симметричная по спектру АМ.

Ток верхнего диода изменяется по закону

i1=IB1 mT(1+mп cosΩt) cosωt, (2.2)

а нижнего (с учётом противофазности модулирующего напряжения)

i2=IB1 mT(1-mп cosΩt) cosωt, (2.3)

где mп= Uωm / Ен , IB1 mT - максимальное значение тока ВЧ в телефонном режиме.

При синфазном возбуждении обоих плеч оба этих тока в первичной обмотке трансформатора Тз направлены встречно, т.е. результирующий ток

iрез=i1-i2= IB1 mT mп cos(ω-Ω)t+ IB1 mT mп cos(ω-Ω)t (2.4)

Таким образом, на выходе БМ колебание имеет в своём составе только две боковые ( несущая подавляется).

Для подавления нерабочей боковой полосы в большинстве случаев используется фильтровое устройство, к которому предъявляются весьма жёсткие требования в отношении крутизны скатов его АЧХ. По существующим нормам нерабочая полоса должна быть ослаблена не менее, чем на 60дБ. На рис.2.6 показан спектр колебания получаемого с выхода БМ. Обозначим абсолютную величину интервала между НБП и ВБП через 2 Fmin, его относительную величину – через σ(%)=(2 Fmin /fср)100%.

Рисунок 2.6 К выбору крутизны скатов АЧХ фильтра.

Если необходимо ослабить одну из боковых (например, НБП) на вф =60 дБ, то фильтр должен обладать АЧХ с крутизной ската

Sсф= вф / σ(%), дБ/(%) (2.5)

Для частного, но весьма распространённого случая (Fmin =300 Гц и

вф =60 дБ) выражение (2.5) преобразуется к виду

S´сф=0.001 fср, дБ/(%)Гц (2.6)

Например, на частоте fср =1 МГц крутизна ската АЧХ фильтра должна иметь значение 1000 дБ на каждый процент изменения частоты.

В ОП связи находят применение три типа фильтров: с сосредоточенными параметрами (LC – фильтры), электромеханические и кварцевые. Наиболее достижимая крутизна ската АЧХ для каждого из них соответственно равна 100,600 и 1000 дБ/(%). В рассмотренном нами примере можно использовать только последний из них.