Классификация видов модуляции и радиосигналов Сигналом называют меняющуюся

Классификация видов модуляции и радиосигналов Сигналом называют меняющуюся во времени физическую величину u(t), отображающую сообщение s(t). Процесс управления одним или несколькими параметрами ВЧ сигнала информационным сигналом называется модуляцией. Информационный сигнал при этом носит название модулирующего сигнала. Модулирующий сигнал является сложным сигналом: уровень сигнала может изменяться, в том числе на коротком промежутке времени, спектр сигнала может содержать большое число гармонических составляющих разного уровня. Примерами модулирующих сигналов являются речевой сигнал, музыкальный сигнал, сигнал изображения в телевидении и др. Все информационные сигналы имеют ограниченный энергетический спектр и поэтому любой сложный сигнал можно рассматривать как совокупность ограниченного числа гармонических сигналов со своей амплитудой и частотой. Поэтому можно рассматривать модуляцию применительно к однотональному (гармоническому) сигналу, имеющему постоянные частоту Ω и амплитуду. При этом результаты носят общий характер и легко обобщаются на случай сложного сигнала. Основная часть энергии спектра сигналов сосредоточена в малой (по сравнению с несущей частотой f 0 = 0/2 p) занимаемой полосе (ЗП), в которой сосредоточено 99% энергии сигнала. 1

При любых способах модуляции для передачи информационного сигнала с минимальными искажениями требуется, чтобы Ω МАКС << ω0. При 3 П<

Характеристики амплитудно-модулированных сигналов Колебания с AM можно описать выражением u(t)=U(t)cos[ 0 t+ (t)], если фаза (t)=const, для простоты можно принять (t)= 0=0. (1) Передаваемое сообщение s(t) имеет спектр (2) причем основная энергии спектра S(j ) сосредоточена в полосе модулирующих частот, от мин до макс. (Для передачи, например, речевого сигнала необходима полоса 300 -3000 Гц, музыкального сигнала – 50 -15000 Гц и др. ). Пусть для простоты сигнал сообщения гармонический (однотональный) s(t)=U cos t (3) Примем, что связь между амплитудами сигнала U(t) и сообщения s(t) линейна: U(t)=Uмол[1+ a*s(t)], где Uмол –амплитуда в режиме молчания, (при s(t)=0); а –постоянное число. Тогда AM колебание можно описать соотношением u(t)=Uмол[1+m cos t] cos 0 t (4) где m=a. U – коэффициент модуляции, для неискаженной АМ 0

Из (4) u(t)=Uмол[1+m cos t] cos 0 t и рис. а видно, что при модуляции амплитуда u(t) меняется от Uмол(1+m) до Uмол(1 -m). Спектр АМ колебания (4) состоит из суммы трех гармонических колебаний: несущей составляющей с частотой 0 и двух боковых с частотами ( 0+ ), ( 0– ): (5) m. IA 1 Н /2 IA 1 МАКС в момент t +Ωt ─ΩМАКС ─ΩМИН +ΩМАКС ВБП НБП ω0 б) IA 1 Н m. IA 1 Н /2 ωt в) Временная (а), спектральная (б) и векторная (в) формы представления радиосигнала с АМ по гармоническому закону Если модулирующее колебание s(t) является сложным и занимает полосу частот от мин до макс то спектр модулированного сигнала и(t) содержит несущую и две боковые полосы шириной макс– мин , зеркально-симметрично расположенные относительно несущей. 4

Занимаемая полоса частот ЗП : ЗПAM =2 макс (7) В общем случае, когда модулирующая функция периодична и выражается рядом Фурье имеем для AM колебания следующее выражение: Колебание, в котором сохраняется лишь одна из двух боковых полос, а другая боковая полоса и несущая подавляются, называется однополосным (ОБП). Занимаемая полоса частот при AM–ОБП равна макс - вдвое меньше, чем при AM ЗПAM–ОБП = макс. Для оценки качества воспроизведения модулирующего сигнала используются модуляционные характеристики. 5

При +m -m Амплитудная характеристика АМ сигнала Примерный вид амплитудно-частотной характеристики. Заштрихована возможная область допускаемой неравномерности Динамической модуляционной (или амплитудной) характеристикой называют зависимость коэффициента модуляции m (+m, -m) от амплитуды модулирующего напряжения m(U ) на одной из фиксированных частот (400, 800 или 1000 Гц). Статическая модуляционная характеристика (СМХ) представляет зависимость амплитуды 1 -ой гармоники выходного колебания (I, P) модулируемого каскада от напряжения на модулирующем электроде (при отсутствии модулирующего сигнала), например, зависимости Ia 1(Uc 1), Ik 1(Uk) и др. . Кроме модуляционных характеристик, при анализе искажений AM колебания используются амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) m( ) ( при U =const). 6

Импульсно-модулированное колебание (рис. а) характеризуется длительностью tи, периодом повторения Тn и частотой заполнения 0 радиоимпульса. Отношение Q =Тn/tи называется скважностью импульсного сигнала. п=2 p/Тп Временная (а) и спектральная форма (б) импульсно-модулированного радиосигнала Искажения радиоимпульсов оценивают длительностями фронта tф и среза tс, а также неравномерностью вершины . Периодическая импульсная последовательность имеет линейчатый спектр (рис. б). Интервал между соседними спектральными составляющими равен частоте повторения п=2 p/Тп, максимум огибающей спектра соответствует несущей частоте 0, ширина главного лепестка между нулями обратно пропорциональна длительности импульса tи. 7

Радиосигналы с угловой модуляцией и манипуляцией При частотной модуляции (ЧМ) в соответствии с законом передаваемого сигнала s(t) изменяется частота, значение которой определяется из соотношения , (1) где ω0– частота колебания при отсутствии модулирующего сигнала; k – коэффициент пропорциональности. При фазовой модуляции (ФМ) в соответствии с законом передаваемого сигнала s(t) изменяется полная фаза колебания , (2) где j 0– начальная фаза колебания при отсутствии модулирующего сигнала, которая может быть принята равной нулю. В этом случае . При рассмотрении общих положений ЧМ и ФМ удобно воспользоваться выражением для гармонического колебания, записанном в следующем виде, например, для тока (3) где (t) – фаза колебания, изменяющаяся в общем случае по некоторому закону. При отсутствии ЧМ или ФМ фаза колебания (4) где ω = ω0 – круговая частота колебания, являющаяся постоянной; j 0– начальная фаза колебания. 8

По определению круговая частота колебания есть скорость изменения фазы колебания Это выражение определяет мгновенную частоту , то есть (5) В свою очередь, мгновенная фаза (6) где j 0– в данном случае постоянная интегрирования, соответствующая начальной фазе колебания. Амплитуда колебания при ЧМ и ФМ остаётся неизменной. Если передаваемый (модулирующий) сигнал гармонический, то есть где S – амплитуда сигнала; – круговая частота модулирующего сигнала (для сокращения начальная фаза модулирующего сигнала принята равной нулю), то 9

при ЧМ (7) (8) , (9) при ФМ (10) (11). (12) Согласно (7) величина k. S при ЧМ определяет максимальное отклонение частоты от среднего значения ω0, называемое девиацией частоты д. Отношение k. S/W при ЧМ называется индексом частотной модуляции, измеряемым в радианах. Обычно обозначается символом b (или m). Таким образом, при ЧМ При ФМ величина k. S, как следует из (10), определяет максимальное отклонение (девиацию) начальной фазы 0. Сравнивая выражения (9) и (12) для ЧМ и ФМ колебаний тока, нетрудно видеть их большое сходство. 10

Если при ФМ девиацию начальной фазы также обозначить символом b, то есть 0=k. S= b, и учесть, что функции синуса и косинуса отличаются только сдвигом по фазе на 900, то для ЧМ и ФМ колебаний можно пользоваться одной формой записи, например, как для ЧМ колебания (9): , (13) Сходство ЧМ и ФМ колебаний обусловлено тем, что в обоих случаях изменяется фаза колебания (t) и при модуляции гармоническим сигналом невозможно определить вид модуляции: частотная или фазовая. Поэтому их объединяют под общим названием угловой модуляции. При ЧМ девиация частоты прямо пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала д=k. S и не зависит от частоты модуляции . В то же время индекс ЧМ , определяющий максимальное отклонение (девиацию) фазы 0 при ЧМ, обратнопропорционален частоте модулирующего сигнала. При ФМ максимальное отклонение начальной фазы прямо пропорционально амплитуде модулирующего сигнала и не зависит от его частоты, то есть D 0=b=k. S. По аналогии с ЧМ параметр 0=b=k. S называют индексом ФМ. 11

Частота колебания при ФМ, определяемая на основании соотношений (5), (11), . Девиация частоты д при ФМ прямо пропорциональна как амплитуде модулирующего сигнала S (как и при ЧМ), так и его частоте (в отличие от ЧМ), и равна Dwд=k. SW = D 0 W=b. W. На рис. показаны зависимости девиации частоты и девиации фазы при ЧМ и ФМ в зависимости от частоты модуляции . , , ФМ ЧМ 0 1 2 Различное изменение девиации частоты и девиации фазы при ЧМ и ФМ при изменении амплитуды и частоты модулирующего сигнала даёт возможность определить вид модуляции: частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ). Для этого необходимо осуществить модуляцию поочерёдно двумя гармоническими сигналами равной амплитуды, но разных частот. 12

Если девиация частоты неизменна, то модуляция частотная (ЧМ), если девиация частоты прямо пропорциональна частоте модулирующего сигнала, то модуляция фазовая (ФМ). Если ЧМ или ФМ осуществляется сложным сигналом , то аналитическая запись ЧМ и ФМ колебания (29. 13) принимает вид , Где при ЧМ и при ФМ. В радиовещании ЧМ и ФМ обычно удовлетворяются условия: . В РПУ с ЧМ характерными параметрами являются: максимальное отклонение (девиация) частоты и индекс частотной модуляции, под которым подразумевается отношение , (*) где FМАКС – максимальная частота модуляции. Так как при ЧМ fд не зависит от частоты модуляции, то под индексом частотной модуляции в РПУ понимается минимальное значение отношения девиации частоты к частоте модулирующего сигнала. В общем случае при ЧМ индекс модуляции изменяется в пределах , 13 где FМИН – минимальная рабочая частота модуляции.

В РПУ для целей радиовещания, предпочтение отдаётся ЧМ, а не ФМ. Это обусловлено следующими обстоятельствами. 1. Чтобы ЧМ и ФМ имели преимущества перед АМ в отношении помехоустойчивости, необходимо иметь индекс частотной или фазовой модуляции b (2 -3). Осуществить ФМ с большим индексом модуляции технически трудно, тогда как получить большой индекс ЧМ не столь сложно. 2. Частотный детектор проще фазового, следовательно, при использовании ЧМ для радиовещания упрощается приёмник, что важно с точки зрения его эксплуатации и стоимости. USFM USAM US t t t USAM f 0 f. CР± f. Д f Частотный детектор 14

Частотный спектр и занимаемая полоса частот ЧМ и ФМ колебаниями Преобразуем выражение для ЧМ или ФМ колебания i(t)=I cos(w 0 t+bsin t+j 0)=I cos(bsin t)cos(w 0 t+j 0) – I sin(bsin t)sin(w 0 t+j 0) Получим два колебания с частотой w 0 со сдвигом 900 и амплитудами I cos(bsin t) и I sin(bsin t). Если b << 1, то cos(bsin t) 1, а sin(bsin t) bsin t. Тогда i(t)=I cos(w 0 t+j 0) – b. I sin t sin(w 0 t+j 0)= =I cos(w 0 t+j 0)+ 0, 5 b. I cos[(w 0+ )t+j 0] - 0, 5 b. I cos[(w 0 - )t+j 0] Т. е. при b << 1 спектр колебания с угловой модуляцией подобен спектру AM колебания, только составляющая НБП с частотой 0– имеет фазу, противоположную фазе составляющей ВБП с частотой 0+. +ΩМИН ВБП ─ΩМАКС ─ΩМИН НБП +ΩМАКС ω0 Для повышения помехоустойчивости при ЧМ используется режим b >>1, когда спектр колебания (20. 11) оказывается значительно шире. u(t)=U 0 cos[ t+( д/ )sin t)] * cos(a+b)=cosa cosb – sina sinb=0. 5[cos(a-b)-cos(a+b)] 15

Относительные амплитуды составляющих спектра пропорциональны функциям Бесселя первого рода Jp(b) порядка p от аргумента b: При модуляции одним тоном спектры ФМ и ЧМ колебаний линейчатые, содержат составляющую средней частоты 0, и множество составляющих боковых частот ( 0±p , , p =1, 2, 3, . . . ). Фазы составляющих НБП противофазны составляющим ВБП. Jp(b) b Графики функций Бесселя 1 -го рода порядка р J 0(b)=0 при b=2, 4; 5, 5; … поэтому 0 – средняя частота сигнала с УМ Спектр сигналов с УМ при различных индексах модуляции (амплитуды в % от немодулированной несущей) 16

Занимаемую ЧМ сигналом полосу частот 3 П можно оценить по формуле Карсона 3 П 2 (1+b ) 2 д (11) Из (11) следует, что ЗП при ЧМ, если b >>1, не зависит от частоты модуляции: 3 П 2 a U , a -крутизна модуляционной характеристики Огибающая спектра частотномодулированного сигнала при большом индексе модуляции ЧМ-модулятора, рад/(с*В). При ФМ занимаемая полоса пропорциональна высшей модулирующей частоте: 3 П 2 макс a U , При учете спектральных составляющих с амплитудой не менее 1% амплитуды немодулированного сигнала a -крутизна модуляционной характеристики ФМ-модулятора, рад/В. При угловой модуляции Рсредн=Рнемод, т. к. амплитуда остается постоянной. Однако происходит значительное перераспределение мощностей между колебанием Рн и суммарной мощностью боковых составляющих. 17

На рис. представлены эти зависимости. При b > 1 основная часть мощности приходится на долю боковых составляющих, которые несут информацию. Этим и объясняются более высокая помехоустойчивость и хорошие энергетические показатели при угловой модуляции. Искажения, возникающие при формировании сигналов с УМ, оценивают: • по нелинейности модуляционной характеристики b , (U ) при =const, • по уровню паразитной амплитудной модуляции, • по неравномерности частотной характеристики b , ( ) при U =const в интервале мин. . . макс, которая должна укладываться в заданные пределы. Соотношения мощностей боковых составляющих и колебаний центральной (средней) частоты Поскольку при ЧМ индекс модуляции b = / убывает с ростом M, к тому же составляющие спектров реальных модулирующих сигналов максимальны в области частот 0, 7. . . 1, 5 к. Гц и с ростом M убывают, на верхних модулирующих частотах ухудшается соотношение сигнал-шум принимаемого сигнала, что ведет к снижению качества в вещании или помехоустойчивости (разборчивости речи) в связи. 18

Рис. Основные характеристики при угловой модуляции: а-статическая модуляционная; бамплитудная или динамическая модуляционная; в-частотная динамическая модуляционная Для устранения этого недостатка обычно применяют предварительную коррекцию (частотные предыскажения) модулирующего сигнала таким образом, чтобы с возрастанием M пропорционально возрастала амплитуда (или, как называют, коррекция +6 д. Б на октаву). При такой коррекции ЧМ передатчик по существу излучает ФМ сигнал, и если в приемнике осуществляется частотное детектирование, то после него производится обратная коррекция. Качество ЧМ и ФМ сигналов характеризуется также уровнями шума, фона и динамическим диапазоном. 19

Преимущества угловой модуляции: • высокая помехоустойчивость; • лучшая линейность (при ЧМ); • высокие энергетические характеристики (полно используется АЭ в. УМ); • КПД в 1, 3 -1, 5 раз выше, чем при АМ; • низкая мощность модулятора. Недостатки: Большая занимаемая полоса частот (ведутся работы по исследованию угловой модуляции с ОБП). Применение: • низовая радиосвязь в различных диапазонах; • радиовещание на УКВ; • телевещание (звуковое сопровождение); • радиорелейная связь, тропосферная и космическая; • радиотелеметрия, радиоуправление, радионавигация и радиолокация. • и др. 20

ПЕРЕДАТЧИКИ С АМПЛИТУДНОЙ И ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Общие соотношения при амплитудной модуляции Передатчики с AM применяют во всех диапазонах частот для телефонной связи, радиовещания, передачи телевизионных изображений. Мощность–от долей ватта до десятков мегаватт (зависит от назначения линии радиосвязи и ее протяженности). Амплитуда тока в антенне и тока коллектора: IA=IAмол+ IA cos t=IAмол(1+m cos t); (1) IK 1=I K 1 мол+ I K 1 cos t=I K 1 мол(1+m cos t); (2) где IAмол, IK 1 мол – токи антенны и коллектора в режиме молчания; m=IA /IAмол= IK 1 /IAмол – коэффициент модуляции. Токи IA =m IAмол и IK 1 =m IK 1 мол пропорциональны амплитуде модулирующего напряжения, поскольку m=a. U. При AM различают режимы молчания, максимальный и минимальный. Максимальный режим получается в моменты времени, когда cos t=1, минимальный при cos t=-1 и, соответственно, токи: IAмакс= IAмол(1+m); IAмин= IAмол(1–m); (3) IК 1 макс= IК 1 мол(1+m); IК 1 мин= IК 1 мол(1–m); (4) 21

При модуляции мощность, излучаемая антенной, непрерывно изменяется. Мощность, усредненная за период высокой частоты, PA( t)=0. 5 IA 2( t)RA=PAмол(1+m cos t)2 (5) где PAмол=0, 5 I 2 Aмол. RA – мощность в режиме молчания; RA–сопротивление излучения антенны. Мощность в максимальном и минимальном режимах выражается через мощность в режиме молчания при cos t=± 1: PAмакс=PAмол(1+m)2=4 PAмол; PAмин=PAмол(1–m)2 0; (6) При m=1 мощность в максимальном режиме в 4 раза больше, чем в режиме молчания, а в минимальном равна нулю. Среднее значение мощности за период модулирующего сигнала (7) и увеличивается по сравнению с мощностью в режиме молчания на 0, 5 m 2 PAмол за счет мощности двух боковых частот: Pбок=2 0, 25 m 2 PAмол; Мощность одной боковой частоты (полосы) при m=1 (8) 22

Суммарная мощность обеих боковых частот При среднестатистическом значении m=0, 3… 0, 5 Очевидно, что для токов IК 1 и мощностей PК 1 в цепи коллектора выражения, связывающие режимы максимальный, минимальный и молчания, получаются аналогичными (3)–(8). AM можно осуществить в любом из усилительных каскадов передатчика, если по закону сигнала информации менять фактор модуляции. Энергетические и качественные показатели передатчика зависят от того, какое из питающих напряжений меняют при модуляции. Различают два основных способа простой амплитудной модуляции: • смещением Е 0 во входной цепи АЭ (сеточная или базовая); • напряжением питания ЕП коллекторной (анодной) цепи (коллекторная или анодная модуляция). Часто используют комбинированную модуляцию, при которой изменяются одновременно несколько питающих напряжений. 23

МОДУЛЯЦИЯ СМЕЩЕНИЕМ В модулируемом каскаде (рис. 21. 1) в соответствии с НЧ сигналом информации изменяют смещение на входном электроде АЭ усилителя мощности: (9) L 2 L 1 LБЛ 1 СБЛ 3 Тр СБЛ 2 Схема усилителя мощности при модуляции смещением В схему УМ при модуляции смещением источник модулирующего напряжения U включают последовательно с источником EСМОЛ, задающего смещение в режиме молчания. 24

IA 1, IA 0 IA 1 область НР i. A IA 0 область ПР -EC ЗАПИР. i. A 0 -EC МОЛ -EC КР E –ECМОЛ С E /C e. C t область НР I I К 1 Рис. Эпюры анодного выходного тока при модуляции напряжением смещения. К 0 область ПР -EБ ЗАПИР. 0 -EБ МОЛ -EБ КР EБ t Рис. Влияние ЕС на токи IА 1, IА 0, (IК 1, IК 0) отображается изменением угла отсечки q. Составляющие коллекторного тока IК 1, IК 0 при вариации напряжения смещения пропорциональны коэффициентам разложения g 1(q), g 0(q). IA 1, K 1=SUВХg 1(q) 25

600 q 1200 а) Рассмотрим статические модуляционные характеристики (СМХ) – зависимости IК 1, IК 0, Р 1, Р 0, h. Э от ЕС при UВХ, ЕП, RН=const. Эти зависимости принципиально нелинейные, и токи IК 1, IК 0 меняются только в недонапряженном режиме (HP). Т. к. –cos q =(EC-E’) /UBX линейно зависит от EC, то зависимости IК 1(ЕС) и IК 0(ЕС) аналогичны зависимостям g 1(-cosq), g 0(-cosq). Получить 100%-ную неискаженную модуляцию тока IК смещением не удается. Для оценки энергетических соотношений при модуляции в HP можно приближенно заменить зависимости IК 1(ЕС) и IК 0(ЕС) прямыми, соединяющими точку запирания (IК 1=IК 0=0, EСмин=Е'–Uвx) и точки критического режима (КР), а в перенапряженном режиме (ПР) считать токи IК 1, IК 0 постоянными (рис. а). СМХ УМ при модуляции смещением: а) – токи; б) – КПД; в) – мощности. 26

С помощью идеализированных СМХ токов построены СМХ электронного КПД и мощностей (рис. б, в). Мощность P 0, потребляемая от источника питания в цепи коллектора, (10) при Еп=const меняется подобно току IК 0(ЕС). Зависимость полезной мощности P 1, развиваемой в коллекторной цепи, от ЕС (11) имеет вид параболы. Мощность Pрac=P 0(ЕС)–P 1(ЕС), рассеиваемая АЭ, меняется тоже по параболе, но с вершиной при таком Ес, для которого h. Э=0, 5. б) 27

КПД коллекторной цепи h. Э=0, 5 g 1(q) , причем и g 1(q), и зависят от ЕС. (Для идеализированных СМХ на рис. а коэффициент формы g 1(q)=IК 1/IК 0=const. ) Коэффициент использования напряжения ЕП (его СМХ) =UН/EП=IКRН/EП подобна СМХ тока IК 1(ЕС), поэтому СМХ h. Э(Ес) пропорциональна (ЕС) и IК 1(ЕС). Для полного использования АЭ по мощности рекомендуется максимальный режим выбирать критическим, а режим молчания – посредине линейного участка СМХ IК 1(ЕС). Поскольку реальные СМХ нелинейные (см. рис. а), коэффициент модуляции при малых нелинейных искажениях получается не более m=0, 6. . . 0, 7. Для уменьшения искажений угол отсечки коллекторного тока в максимальном режиме выбирают q. МАКС=110… 120°. 28

Из рис. а, б, в видно, что IК 0, Р 0, и h. Э в режимах максимальном и молчания описываются теми же соотношениями, что и ток IК 1: IК 0 MAX=IК 0 МОЛ(1+m); P 0 MAX=P 0 Мол (1+m); MAX= МОЛ (1+m); h. Э MAX=h. Э МОЛ (1+m); (12) Мощность в режиме модуляции, усредненная за период модулирующего сигнала, равна мощности в режиме молчания Р 0 МОД=Р 0 МОЛ. На нее нужно рассчитывать источник питания EП. КПД в режиме модуляции увеличивается по сравнению с КПД в режиме молчания за счет мощности боковых полос, но незначительно, т. к. обычно среднее значение коэффициента модуляции m. СР 0, 3 h. ЭМОД= P 1 МОД/ P 0 МОД= h. ЭМОЛ (1+0. 5 m 2). (13) Наибольшая мощность рассеивается АЭ в режиме молчания, и необходимо проверять выполнение условия РРАСМОЛ < РКMAX. Для работы модулируемого каскада с минимальными искажениями номинальная полезная мощность АЭ должна быть не меньше мощности Р 1 МАКС в максимальном режиме: (14) 29

Модуляция смещением возможна в НР режиме ГВВ, и только для режима максимальной мощности (максимального режима) при 100% модуляции может быть допущен режим КР. (При заходе в режим ПР СМХ зависимости IA 1(EC), IA 0(EC), IК 1(ЕБ), IК 0(ЕБ) загибаются вниз и модуляция будет сопровождаться большими нелинейными искажениями). Мощность P модулятора невелика и составляет несколько процентов от Р 1 МОЛ. В этом достоинство модуляции смещением. Нелинейность модуляционной характеристики при модуляции смещением, а также низкий КПД препятствуют их широкому применению в радиовещании и системах профессиональной связи. Такой способ модуляции используется, например, в телевидении, где видеосигнал имеет широкую полосу (до 6 МГц). Поскольку широкополосный модулятор легче выполнить маломощным, приходится мириться с низким КПД передатчика. 30

УСИЛЕНИЕ МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ Модуляция возбуждением (усиление модулированных по амплитуде колебаний) широко применяется в однополосных радиопередатчиках. При усилении АМ ВЧ сигнала на вход АЭ подается модулированное напряжение возбуждения u. BX=UBXМОЛ(1+ m. BXcos t) cos t (15) где m. ВХ – коэффициент модуляции напряжения возбуждения. В общем случае коэффициент m. ВХ может отличаться от коэффициента модуляции m тока коллектора IК. Рассмотрим СМХ, определяющих режим УМ, от напряжения UBX при ЕП, RН=const. Ток IК, меняется от напряжения UBX, если АЭ работает в HP. В НР приближенно можно считать зависимость IК 1(UBX) близкой к линейной. Форма СМХ тока IК 1(UBX) в HP определяется выбором смещения. 90 o

1. Угол отсечки анодного (коллекторного) тока в режиме максимальной мощности θМАКС = 180° (режим А). i. А m=m. ВХ IA 0 ─E /С ─EС 0 АМ КОЛЕБАНИЕ t Рис. е. С Уравнение СМХ IA 1=g 1(q)SUВХ, т. к. g 1(180 о)=1=const, то IA 1=SUВХ. Очевидно, глубина модуляции анодного тока m равна глубине модуляции колебания во входной (сеточной) цепи m=m. ВХ. Линейность модуляционных характеристик и их большая крутизна SM являются достоинствами режима усиления АМ колебаний при θМАКС = 180°. Однако эти достоинства не могут быть использованы в мощных каскадах из-за низкого КПД анодной (коллекторной) цепи в таком режиме. Он применяется в маломощных усилителях с жёсткими требованиями к нелинейным искажениям, например, в маломощных ступенях многоканальных однополосных передатчиков. 32

2. Если EC=Е', ток угол отсечки тока IК q=90° и не зависит от UBX (g 1(90 o)=0. 5) , IК 1=0, 5 SUBX пропорционален ~UBX и СМХ представляет прямую, проходящую через начало координат. В этом случае возможно усиление модулированных колебаний с наименьшими искажениями (рис. а). Широко применяемый режим. i. А ─E /С 0 е. С АМ КОЛЕБАНИЕ t Рис. 3 (а). СМХ при усилении модулированных колебаний 33 при m=m. ВХ (линейное усиление)

3. Если ЕС<Е', q<90° и IК меняется от UBX. Для малых напряжений UBX m. ВХ (углубление модуляции) Зависимость IК 1(UBX) нелинейная, но с достаточно протяженным линейным участком. Режим применяют для углубления модуляции, так как вариации тока IК 1 от нуля до IКМАКС получаются при изменении UBX от UBXМИН до UВХМАКС. Коэффициент модуляции m тока коллектора IК 1 больше коэффициента модуляции m. ВХ напряжения возбуждения UBX (рис. б) m >m. ВХ. 34

o o 1 90

Для лучшего использования АЭ и повышения его КПД рекомендуется максимальный режим выбирать критическим, а режим молчания – на середине линейного участка IК 1(UBX). При q. МАКС<90° в максимальном режиме h. ЭМАКС 0, 7, а в режиме молчания h. ЭМОЛ 0, 35. Наиболее тяжелым для АЭ является режим молчания. Необходимо следить, чтобы РРАCМОЛ PКMАХ. АЭ выбирают так, чтобы он развивал мощность не меньше максимального значения P 1 MАХ Расчет режима АЭ начинают с расчета АЭ в КР на заданную мощность P 1 MAKC. Некоторая особенность состоит в выборе угла отсечки qмакс и определении коэффициента модуляции mвх напряжения возбуждения. Для реализации m=1 в цепи коллектора нужно иметь в цепи возбуждения (17) Значения UВХМАКС известны из расчета режима максимальной мощности, а UВXМИН=Е'–ЕС. 36

Затем рассчитывают режимы молчания и модуляции, как и при модуляции смещением. При усилении модулированных колебаний постоянная составляющая IВХ 0 МОД входного тока меняется в зависимости от коэффициента модуляции m. ВХ, поэтому необходимо применять фиксированное смещение от источника с малым внутренним сопротивлением. Прохождение боковых частот при модуляции смещением и усилении модулированных колебаний При AM кроме несущей 0 есть боковые частоты 0±. Модуль входного сопротивления ЦС на боковых частотах ZH ( 0± ) отличается от сопротивления на несущей RH. Модуляцию смещением и усиление модулированных колебаний реализуют в HP, где АЭ ведет себя как генератор тока, т. е. ток IК 1 не зависит от сопротивления ZH. Напряжения боковых частот на входе ЦС определяются произведением боковых составляющих тока IК 1 на сопротивление ZH ( 0± ), поэтому они зависят от модулирующей частоты: UН( 0± )= IК 1 ZH ( 0± ). В результате коэффициенты модуляции m коллекторного тока и m’ напряжения отличаются в отношении m'/m=ZH( 0± )/RH. 37

Частотные искажения коэффициента модуляции тока антенны будут такие же, как коэффициента m'( ) (рис. в, г). Характер частотных искажений заметно выражен в НЧ и СЧ диапазонах и TВ передатчиках (широкая полоса видеосигнала). В КВ передатчиках частотные искажения малы. Необходимо параметры ЦС рассчитывать так, чтобы эти искажения не превышали допустимых. Рис. 21. 4. Частотные характеристики входного сопротивления цепи согласования и коэффициента модуляции по напряжению для одного (а и в) и двух (б и г) связанных контуров 38