Разделы сайта

Амплитудная модуляция и приём сигналов

Немодулированный РЧ сигнал ( несущая ) сам по себе не несет никакой информации. Для передачи телеграфного сообщения РЧ сигнал манипулируют в соответствии с кодом Морзе. Для передачи же телефонного сообщения несущую, необходимо промодулировать. Модуляция означает изменение параметров РЧ сигнала, амплитуды, частоты или фазы в такт со звуковым напряжением, развиваемым микрофоном. Чисто угловая модуляция, частотная или фазовая, используется только на УКВ диапазонах, поскольку полоса частот, занимаемая радиостанцией в эфире, получается излишне широкой. На KB используют однополосную модуляцию, при чем однополосный сигнал формируют из амплитудно-модулированного (AM) сигнала. Рассмотрим его особенности.

Пусть звуковое напряжение, поступающее от микрофонного усилителя, описывается функцией s(t), причем будем полагать, что -1<s(t)< 1. Выражение для напряжения AM сигнала выглядит следующим образом:

uAM (t) =[1+ ms(t)] a0 cos(ω0t + φο )

где m - коэффициент модуляции, 0 ≤ m ≥ 1. - амплитуда радиочастотной несущей;

a0=2πfο - угловая частота несущей;

φο - начальная фаза несущей.

При s(t)= 0 или m = 0 модуляция отсутствует, и передатчик излучает немодулированную несущую u0(t) = a0 cos(ω0t + φο ),

График AM сигнала при модуляции синусоидальным звуковым напряжением s(t)=cosΩt, где Ω=2πF (1) показан на рис. 1.1

Рис.1.1 AM сигнал

Как видно из рисунка, а также из формулы, при AM непрерывно передается несущая, которая информации не несет и нужна только для нормальной работы амплитудного детектора огибающей в приемнике

Спектр AM сигнала легко найти, подставив в и проведя несложные тригонометрические преобразования:

uAM (t) = a0 {cos(ω0t + φο ) + m/2[(ω0 + Ω)t + φο] + m/2 cos(ω0 - Ω )t + φο]}

Спектр содержит три частоты: несущую fo, верхнюю боковую fo +F и нижнюю боковую fo -F, как показано на рис.1.2.a; Если несущая промоделирована не чистым тоном, а звуковым сигналом, занимающим некоторый спектр, то обе боковые полосы симметрично отображают этот спектр, как показано на рис 1.2.б; Форма спектра здесь нарисована чисто условно, имея в виду тот факт, что высшие составляющие звукового спектра обычно имеют меньшую амплитуду, чем низшие.

Реальный спектр может иметь, разумеется, совсем другую форму, которая к тому же сильно видоизменяется при произнесении различных звуков. Из рис.2.2 легко видеть, что полоса частот, занимаемая в эфире AM станцией, вдвое шире необходимой, соответствующей ширине спектра звукового сигнала.

Недостатки AM. этим не исчерпываются. Оказывается, что она крайне невыгодна энергетически. Амплитуда боковых частот AM сигнала при модуляции чистым тоном составляет m/2. а мощность каждой боковой m2/4. Таким образом, даже при 100% модуляции суммарная мощность боковых составляет только половину мощности несущей.

Рис.1.2. Спектр AM сигнала

α - синусоидальная модуляция; б - модуляция звуковым сигналом

Но реальная телефонная передача содержит как громкие, так и тихие звуки. Отношение максимальной амплитуды, сигнала к средней называют пик-фактором.

Для речевого телефонного сигнала его значение составляет около 3 (для радиовеща-тельных, например, музыкальных сигналов оно еще больше). Во избежание перемодуляции на пиках сигнала среднее значение коэффициента модуляции устанавливается около 0,3 (30%), при этом, как легко подсчитать, более 95% мощности передатчика тратится на передачу бесполезной несущей и лишь менее 5% на передачу боковых полос, несущих информацию. Постоянно излучаемые несущие многих станций служат также источником свистов и других взаимных помех. По этим причинам в радиосвязи на KB отказались от AM. При однополосной модуляции излучается спектр частот, соответствующий одной из боковых полос, верхней или нижней, при полностью подавленной несущей.

Это дает четырехкратный выигрыш по мощности сигнала по сравнению с AM при m =1. Дополнительный двукратный выигрыш получается в приемнике, так как мощность шумов и помех в полосе (3 кГц) вдвое меньше, чем в полосе AM (6 кГц). Таким образом, переход к однополосной модуляции дает восьмикратный выигрыш по мощности сигнала. В условиях селективных замираний, характерных для KB диапазона, выигрыш получается, еще больше и оценивается примерно в 16 раз (12 дБ).

Если из AM сигнала исключить несущую, получается двухполосный сигнал с подав-ленной несущей (DSB сигнал). Получить его технически довольно просто достаточно установить в передатчике балансный модулятор. Математически он выполняет операцию перемножения напряжений звукового сигнала и несущей: uDSB (t) = s(t)a0cos(ω0t + φο ) (2)

Перейти на страницу: 1 2 3

Самое читаемое:

Диод Шоттки
Диод Шоттки (также правильно Шотки, сокращённо ДШ) - с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки . Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода , как у обычных диодов). Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемы ...