Способы формирования однополосного сигнала

Методы формирования однополосного сигнала

Одним из основных методов формирования ОП сигнала является метод повторной балансной модуляции или, как его еще называют, метод последовательных преобразований, или фильтровой метод.

В основу метода положен принцип постепенного увеличения разности между верхней и нижней полосами частот, что при исключении в БМ несущей частоты упрощает задачу фильтрации. В возбудителе ОБП (рисунок 2.7) модулирующий сигнал F и пониженная (относительно требуемой рабочей) частота f1 (поднесущая) подаются на БМ1, на выходе которого выделяются две боковые частоты, одна из которых затем подавляется фильтром Ф1.

На БМ2 действуют сигналы более высокой поднесущей частоты f2 и модулирующей с выхода Ф1. В спектре на выходе БМ2 боковые частоты разнесены на 2 . Одну из боковых фильтруют фильтром Ф2.

Недостаток способа формирования сигнала ОБП методом повторной балансной модуляции состоит в большом числе БМ и фильтров (при высокой рабочей частоте), что усложняет возбудитель, и многократные преобразования частоты приводят к появлению комбинационных частот, особенно вредных в многоканальных системах радиосвязи.

Другой метод формирования ОБП носит название фазокомпенсационного.

При этом методе с помощью фазосдвигающих схем на суммирующее устройство подаются амплитудно-модулированные колебания без несущих так, чтобы колебания рабочей полосы приходили в фазе и складывались, а колебания нерабочей полосы поступали в противофазе и вычитались. Таким образом происходит выделение одной боковой.

На рисунке 2.8 приведена схема формирования ОП сигнала двухфазным методом.

Рисунок 2.8 Двухфазный метод формирования ОП сигнала.

Структурная схема (а), векторные диаграммы, поясняющие ее работу (б).

Фвч-фазовращатель на ВЧ-сигнала, Фнч-фазовращатель на НЧ сигнала.

Сигналы на входах БМ1 и БМ2:

, ,

.

Тогда на выходах БМ:

,

,

Достоинства фазокомпенсационного метода состоят в возможности формировать ОБП сигнал на заданной рабочей частоте. К недостаткам следует отнести трудности создания НЧ широкополосных фазовращателей.

Источник

Методы формирования однополосных сигналов

При ОМ генерируется в канал связи одна боковая полоса.

ОБП – сложная амплитудно-частотная модуляция.

Если имеется чистый тон: U=U_W cosWt

U=U_o(1+m cosWt) cos wt=

При ОБП – нет несущего колебания (1-ое слагаемое) и одной боковой полосы.

Для демодуляции такого сигнала, необходимо восстановить несущую. Поэтому при модуляции оставляют немного несущею гармонику

Преимущества: — более эффективное использование мощности передатчика: при m=1 в боковой полосе содержится мощности всего сигнала; при суммарной мощности – в БП – 1/6 мощности.

В однополосном сигнале основная мощность расходуется на создание информационного сигнала;

— ОБН модуляция занимает меньшую полосу частот, следовательно, на одном и том же участке можно разместить в 2 раза больше станций (каналов).

Недостатки: — для приема ОБП требуется восстановление несущей, т.е. дополнительная аппаратура в приемнике (гетеродин c f_n и фильтр на f_n);

— требуется повышенная стабильность частоты гетеродина приемника, и передатчика (10 -6 10 -8 );

— формирование ОБП – более сложное, чем АМ. осуществляется на малых уровнях Р, а затем усиливается сформированных ОБП сигнал.

Используется двухполосная модуляция – модуляция без несущей, тоже выгодны энергетически, но полоса больше.

1. Фильтровой метод формирования ОБП.

Сначала подают несущее колебание, т.к. его отфильтровать тяжело, оно мощное и близко расположено к боковой полосе.

Сделать фильтр полосовой, который вырежет ону боковую полосу.

чтобы убрать несущую из АМС необходимо перемножить 2 сигнала: и на выходе получить сигнал без несущей.

Используют 2 метода получения х:

1) основан на формировании двух модулированных колебаний: (противофазных)

— балансный модулятор.

Для более качественного подавления, используют . модуляторы (есть мост) должна быть обеспечена идентичность каналов.

2) основан на соотношении у=(a+b) 2 .

Если сумму или разность возвести в квадрат, то получим:

есть постоянная составляющая и гармоника с 2W

нужно возвести в квадрат, используем диоды или ПТ с квадратными характеристиками.

На выходе х двух сигналов.

После подавления несущей, необходима фильтрация одной боковой полосы.

ПФ – кварцевые, LC, пьезоэлеханические.

ПФ должен иметь большую крутизну скатов ЧХ вне полосы.

2-ую БП нужно подавить на 60 дБ.

Кварцевые фильтры можно использовать до 10МГц, но чем меньше частота, тем проще требования к фильтру, поэтому чаще всего делают многоступенчатые преобразования сигнала: в качестве поднесущего колебания 100-150 кГц, в качестве фильтров – электромеханические, требуемая крутизна подавления. Затем этот ОБП сигнал переносится на более высокую частоту.

— на выходе БМ₂ расстояние между полосами 2w₁ – большое, и для подавлении боковой полосы можно использовать LC-фильтры.

Иногда делают тройное преобразование, когда большая частота передатчика.

Дальше ставят усилители сигналов, т.к. мощность ОБП мала. К усилителям ОБП — сигналов предъявляют жесткие требования:

— поскольку информация заключена в амплитуде сигнала, которая может меняться от 0 до U_Wmax, то усилители должны иметь большой динамический диапазон и хорошую линейность.

В ламповых генераторах работают без сеточных токов, т.к. они имеют нелинейность, здесь недоиспользование АЭ по мощности на 20¸30%, работа в недонапяжённом режиме.

БТ, имеют нелинейные характеристики, их для усиления сигнала применять нежелательно, поэтому чаще используют ПТ.

А для увеличения ОБП разрабатываются приборы для увеличения крутизны, увеличения линейности характеристик.

В ОБП усилителях можно использовать только 2 угла отсечки:q=90 0 , q=180 0 .

2. Синтетический метод формирования ОБП.

Основан на синтезе ОБП сигнала на больших уровнях мощности.

Одновременно осуществляется АМ и ЧМ.

(не должно быть умножителей частоты).

Синтез сигнала осуществляется на требуемой рабочей частоте.

Недостаток: — АМС и ЧМС должны быть синфазными, расхождение приводит к изменению спектра

— так информация заложена в ЧМС, то умножители не применяют.

3. Фазокомпенцационный метод.

Несущее колебание и боковая полоса подавляются в результате подбора фазовых соотношений между АМ колебаниями. Используются несколько колебаний сдвинутых по фазе: 360 0 /n, n³3.

Трехфазная система: (сдвинуты на 120 0 ).

Достоинство метода: ОБП формируется на рабочей частоте.

Недостаток: — необходимы идентичные АМ (модуляторы).

— необходимо наличие фазовращателей, которые работают от 300 Гц до 3,5 кГц.

4. Фазоразностный метод формирования сигнала.

Устранение несущей колебания с помощью балансных модуляторов.

Изменение включения фазовращателя, можно получить вершину БП.

Точность подавления несущего колебания зависит от фазовых соотношений комбинированных колебаний.

нижняя боковая полоса.

Источник

Однополосная модуляция, основные способы формирования SSB сигнала

Фазовый и фазофильтровый методы формирования однополосного SSB сигнала.
Структурные схемы передатчиков, приёмников, трансиверов.

Вторым по распространённости выделения необходимой боковой полосы является фазовый или иными словами – фазокомпенсационный метод формирования однополосного SSB сигнала. Причём, если принять во внимание стремительно набирающую популярность аппаратуру с цифровой обработкой сигналов (выполненную в соответствии с SDR технологией), то подобные радиосистемы имеют все шансы занять лидирующее положение и стать основой в современной технологии радиосвязи.

К основным достоинствам фазового метода относятся: простота, приличное качество однополосного сигнала, связанное с компенсацией некоторых побочных продуктов преобразования, и возможность формирования однополосного сигнала непосредственно на рабочей частоте.

Рассмотрим фазовый формирователь SSB сигнала. Его структурная схема показана на Рис.1.

Рис.1 Структурная схема передатчика с фазовым формированием SSB модуляции

При формировании SSB сигнала фазовым методом подавление нерабочей боковой полосы обеспечивается в результате взаимной компенсации противофазных составляющих, при этом составляющие рабочей боковой полосы складываются синфазно.
Необходимый для такой компенсации фазовый сдвиг формируется с помощью низкочастотного (ФВ_НЧ) и высокочастотного (ФВ_ВЧ) фазовращателей.

Данное включение фазовращателей, указанное на рисунке Рис.1, соответствует выделению нижней боковой полосы сигнала. Переключение выводов одного из фазо­вращателей (не принципиально – низкочастотного или высокочастотного) приведёт к подавлению нижней и выделению верхней боковой полосы.

Степень подавления одной из боковых полос зависит от погрешности сдвига фаз от 90°, а также от степени различия амплитуд напряжений на выходах фазовращателей. Полная компенсация возможна лишь при условии, что амплитуды сигналов на входах двух балансных модуляторов (смесителей) равны, а фазовые сдвиги фазовращателей составляют точно 90°. На практике, разумеется, эти условия не выполняются и подавляемая боковая полоса компенсируется не полностью.

Владимир Тимофеевич Поляков в книге «Трансиверы прямого преобразования» приводит следующие ориентировочные значения допустимого разбаланса фазовращателей по амплитудам и фазам:

Подавление боковой полосы, дБ	60	50	40	30	20
Амплитудный разбаланс, %	0,2	0,6	2	6,5	22
Отклонение фаз, град	0,1	0,3	1,1	3,7	11,3

В любительской практике вполне достаточным является подавление нежелательной боковой полосы на 40 дБ, при котором значения амплитудного и фазового разбалансов могут составить 2% и 1,1° соответственно.

В SDR аппаратуре обработка низкочастотных сигналов происходит цифровыми методами, что на практике даёт более качественные результаты в идентичности амплитуд и постоянстве фазового сдвига и, как результат, в подавлении нежелательной боковой полосы.

Далее приведём структурную схему однополосного SSB приёмника, построенного на тех же модулях, что и передатчик (Рис.2).

Рис.2 Структурная схема однополосного SSB приёмника с фазовым подавлением боковой

При подаче на антенный вход приёмника однополосного SSB сигнала на его выходе выделяется демодулированный НЧ сигнал.
Причём, если на передачу формирователь (Рис.1) выделяет нижнюю боковую полосу, то при приёме (Рис.2) будет выделяться верхняя, и наоборот. Поэтому при построении реверсивного тракта по структурным схемам, приведённым выше, одновременно с переходом от приёма к передаче и наоборот следует производить переключение выходов одного из фазовращателей.

На практике реализация гетеродинных ВЧ фазовращателей не вызывает особых проблем и, как правило, выполняется с использованием быстродействующей логики – триггеров или регистров сдвига при четырёхкратной тактовой частоте. Поэтому основным мотивом, препятствующим широкому распространению автономных SSB устройств с фазовым подавлением боковой полосы, является сложность построения именно качественного широкополосного НЧ фазовращателя.
С целью устранения этого сложного в настройке узла (при сохранении достоинств фазового метода) привели к разработке фазофильтрового метода формирования однополосного сигнала.
По имени автора данный метод получил название: «фазофильтровый метод формирования SSB сигнала Д. Уивера«.

Структурная схема фазофильтрового передатчика приведена на Рис.3.

Рис.3 Структурная схема фазофильтрового SSB передатчика

Несмотря на кажущуюся сложность (по сравнению с предыдущими схемами), фазофильтровый формирователь SSB сигнала имеет ряд важных достоинств.
Опишем вкратце принцип действия данного устройства, а для желающих подробно ознакомиться с принципами формирования однополосного SSB сигнала фазофильтровым методом: с цифрами, спектральными диаграммами и т. д. и т. п., всё ж таки предлагаю обратиться к замечательной книге В. Полякова «Трансиверы прямого преобразования».

Как следует из Рис.3, фазофильтровый формирователь – это устройство с двойным преобразованием частоты, главной особенностью которого является то, что частота преобразования первых двух смесителей (балансных модуляторов мод1 и мод2) выбрана крайне низкой. Мало того, частота гетеродина G1 приходится на середину звукового диапазона и равна 1600 Гц.
Смесители мод3 и мод4 призваны перенести сигнал первой промежуточной частоты на рабочую частоту передатчика.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что за счёт фазовых сдвигов гетеродинных напряжений G1 и G2, происходит сложение сигналов, имеющих прямой спектр и вычитание (компенсация) сигналов с инвертированным спектром, в результате чего на выходе формируется сигнал верхней боковой полосы с частотой F_G2 — F_G1.
Переключение выводов одного из фазовращателей (любого) приведёт к тому, что будет выделяться инвертированный спектр, соответствующий нижней боковой полосе с частотой подавленной несущей F_G2 + F_G1.

Даже с простыми ФНЧ1 и ФНЧ2 2-го порядка подавление внеполосных излучений фазофильтрового передатчика получается на уровне фильтровых устройств и превышает 50 дБ.
Глубина подавления несущей зависит от точности балансировки модуляторов мод1 и мод2 и на низких частотах легко принимает значения от 50дБ и более. Дополнительно несущая с частотой 1600 Гц ослабляется фильтрами ФНЧ1 и ФНЧ2.
Неточность установки фазовых сдвигов фазовращателей, а также неидентичность амплитудных характеристик каналов приводит к неполному подавлению инвертированного спектра, наложенного на полезный. При этом спектр излучения не расширяется, а ухудшается лишь качество звукового сигнала. Экспериментально установлено, что при подавлении инвертированного сигнала всего на 20 дБ разборчивость речи ещё находится на приемлемом уровне.
Неточность балансировки модуляторов мод3 и мод4 приводит к появлению синусоидального сигнала в середине излучаемого спектра, который прослушивается при приёме как свист с частотой около 1,6 кГц.

Если поменять местами выходы гетеродинов, а вместо микрофона подключить антенну, то передатчик с фазофильтровым подавлением боковой превращается в фазофильтровый SSB приёмник (Рис.4).

Рис.4 Структурная схема фазофильтрового SSB приёмника

Поскольку радиоприёмник по сравнению с передатчиком – это устройство значительно более чувствительное как по отношению к принимаемым станциям, так и к разного рода неточностям балансировки и разбросам характеристик узлов, то и требования к этим узлам следует предъявлять повышенные. В противном случае качество приёма может серьёзно пострадать в связи с появлением в выходном спектре сигнала ещё одного, но инвертированного по частоте, либо возникновением немодулированной помехи с частотой первого гетеродина.

Источник