Одной из особенностей амплитудной модуляции является неэкономное распределение мощности ВЧ генератора, большая часть которой. (67%) расходуется на несущие колебания, тогда как на долю боковых составляющих, в которых заложена информация о передаваемом сообщении, остается только 33 % мощности. Поэтому было предложено передавать не весь спектр AM колебания, а только одну боковую полосу – ОБП сигнал (см. рис. 13). Обсудим, какие преимущества и недостатки возникают при этом в системе радиосвязи.
Рассмотрим случай передачи тонального сигнала:
uмод(t) = Uмодcos (W×t). (12)
Для ВЧ сигнала при амплитудной модуляции получим:
u(t)=U0(1+mcos (W×t)) cos (w0t), (13)
где m=Uмод/U0£1 – коэффициент глубины амплитудной модуляции; w0 - частота несущих колебаний. Выделив из AM сигнала (13), нижнюю боковую составляющую, получим:
uОБП(t) = 0,5mU0cos ((w0–W) t). (14)
При передаче сообщения, занимающего спектр от Wмин до Wмакс, спектры AM сигнала и с одной боковой полосой (ОБП сигнал) представлены на рис. 13.
Рис. 13 – Спектры AM сигнала и с одной боковой полосой (ОБП сигнал)
При передаче ОБП сигнала вся мощность РПДУ может расходоваться на боковую составляющую, поэтому вместо (14) запишем:
UОБП(t) = mU0cos ((w0–W)t). (15)
Из проведенного анализа можно сделать следующиевыводы:
– амплитуда ОБП сигнала (15) по сравнению с амплитудой боковой при AM сигнале (14) возрастает в два раза, что дает выигрыш по мощности в четыре раза;
– ширина спектра ОБП сигнала уже полосы спектра AM сигнала в два раза (см. рис. 13), что позволяет сузить полосу пропускания радиоприемника по промежуточной частоте и получить выигрыш в отношении сигнал-помеха по мощности также в два раза (мощность шумов в радиоприемнике пропорциональна его полосе пропускания по промежуточной частоте);
– согласно (15) в обычном радиоприемнике ОБП сигнал будет воспринят как несущее колебание со смещенной частотой и, следовательно, выделить переданное сообщение не удастся.
Данные выводы позволяют сделать следующее заключение:
– общий выигрыш по мощности при передаче сигнала ОБП по сравнению с AM составляет 8 раз или 9 дБ (например, вместо мощности 10-20%. РПДУ 1000 Вт при AM в случае ОБП достаточна мощность всего 125 Вт);
– в радиоприемнике необходимо восстановление несущих колебаний, иначе принять ОБП сигнал нельзя.
Такое восстановление несущих колебаний осуществляется или с помощью передачи специального так называемого пилот-сигнала, или путем передачи подавленной несущей, на которую расходуется небольшая (10-20%) мощность 10-20%. Восстанавливать частоту несущих колебаний в радиоприемнике необходимо с высокой точностью. Например, при передаче речевых сообщений точность такого восстановления должна быть менее 10 Гц, иначе принятое сообщение будет искажено.
Структура ОБП сигнала
Пусть вместо тонального сигнала передается некоторое сообщение с изменяющейся амплитудой и частотой сигнала, для которого запишем:
, (16)
что позволяет ОБП сигнал представить в виде:
. (17)
Из (17) следует, что ОБП сигнал есть сигнал с амплитудной и фазовой модуляцией. Поэтому в качестве тестового сигнала при однополосной модуляции может использоваться двухчастотный сигнал, который относится к числу сигналов с такой двойной модуляцией – амплитудной и фазовой. Подав на вход ВЧ усилительного тракта двухчастотный сигнал, по спектру выходного сигнала определяют линейные качества проверяемого устройства (см. рис. 14). Для неискаженного усиления ОБП сигнала уровень побочных составляющих в выходном комбинационном спектре при 2-частотном входном сигнале должен быть менее - 35 дБ относительно основного сигнала, а точность восстановления частоты несущей – менее 10 Гц.
Рис. 14 – Определение линейных качеств усилительного тракта двухчастотным сигналом
Получение малого уровня нелинейных искажений в ВЧ усилителях мощности является сложной технической задачей, связанной к тому же со снижением КПД радиопередатчика. В схеме двухканального усилителя удается разрешить данную проблему путем раздельного усиления двух сигналов, один из которых содержит информацию о фазовой модуляции, другой - об амплитудной (см. рис. 15). В канале 1 усиливается ВЧ сигнал с постоянной амплитудой, содержащий информацию о фазовой модуляции. Постоянство амплитуды сигнала обеспечивается в канале с помощью включенного на его входе амплитудного ограничителя. В канале 2 усиливается только огибающая сигнала – низкочастотный сигнал, содержащий информацию об амплитудной модуляции. После усиления до требуемой величины мощности сигналы с выходов обоих каналов перемножаются, вновь образуя сигнал ОБП.
Рис. 15 – Схема двухканального усилителя для раздельного усиления сигналов с фазовой и амплитудной модуляцией
Самый простой и надежный способ формирования ОБП сигнала основан на подавлении несущей с помощью специального балансного смесителя и фильтрацией одной из боковых полос (см. рис. 16).
Рис. 16 – Формирования ОБП сигнала с подавлением несущей
На выходе балансного смесителя образуются два сигнала: с суммарной и разностной частотой. С помощью полосового фильтра один из этих сигналов подавляется и на выходе всей схемы появляется сигнал только с верхней или нижней боковой полосой.
Выводы по лекции:
1. При анодной и коллекторной модуляции выше КПД генератора, и меньше уровень нелинейных искажений сигнала. Преимуществом сеточной и базовой модуляции является меньшая мощность модулятора, что позволяет уменьшить массу и габариты РПДУ. В зависимости от конкретных требований, предъявляемых к аппаратуре, выбирается тот или иной вид АМ.
2. Получение малого уровня нелинейных искажений в ВЧ усилителях мощности является сложной технической задачей, связанной к тому же со снижением КПД радиопередатчика.