INTRODUZIONE

Il lavoro del corso viene svolto al fine di consolidare il materiale coperto dalla modulazione di ampiezza dei segnali, nonché di approfondire le conoscenze su questo tema. Nell'opera è necessario dare una definizione di modulazione di ampiezza, svelarne l'essenza, descriverne le forme principali. Successivamente, procedere alla considerazione degli algoritmi per impostare questo tipo di modulazione. Quindi scrivere un programma che dimostri una rappresentazione visiva della modulazione di ampiezza dei segnali. I segnali ricevuti devono essere digitalizzati ei risultati visualizzati sullo schermo. La programmazione avverrà Microsoft Visual Studio 2010 in Win Forms in C#. Al termine del lavoro, formulare le conclusioni.

Modulazione d'ampiezza

Il concetto e l'essenza della modulazione di ampiezza

Modulazione di ampiezza - un tipo di modulazione in cui il parametro variabile del segnale portante è la sua ampiezza.

La prima esperienza di trasmissione di voce e musica via radio utilizzando il metodo della modulazione di ampiezza fu fatta nel 1906 dall'ingegnere americano R. Fessenden. La frequenza portante di 50 kHz del trasmettitore radio è stata generata da un generatore di macchina (alternatore); per la sua modulazione è stato attivato un microfono a carbone tra il generatore e l'antenna, che ha modificato l'attenuazione del segnale nel circuito. Dal 1920, al posto degli alternatori, iniziarono ad essere utilizzati i generatori tubi elettronici. Nella seconda metà degli anni '30, come lo sviluppo onde ultracorte, la modulazione di ampiezza iniziò gradualmente a essere sostituita dalle trasmissioni e dalle comunicazioni radio su VHF mediante la modulazione di frequenza. Dalla metà del 20° secolo, la modulazione a banda laterale singola (SSB) è stata introdotta nel servizio e nelle comunicazioni radioamatoriali a tutte le frequenze, che ha una serie di vantaggi importanti prima del mattino. È stata sollevata la questione del trasferimento all'UBP e della messa in onda, ma ciò richiederebbe la sostituzione di tutti i ricevitori di diffusione con altri più complessi e costosi, pertanto non è stata attuata. Alla fine del 20° secolo, il passaggio a trasmissione digitale utilizzando i segnali di manipolazione dello spostamento di ampiezza.

Definizione

segnale informativo,

vibrazione del vettore.

Quindi il segnale modulato in ampiezza può essere scritto come segue:

Ecco una costante chiamata fattore di modulazione. La formula (1) descrive un segnale portante modulato in ampiezza da un segnale con un fattore di modulazione. Si presume inoltre che siano soddisfatte le seguenti condizioni:

Il soddisfacimento delle condizioni (2) è necessario affinché l'espressione in parentesi quadre in (1) era sempre positivo. Se può prendere valori negativi ad un certo punto si verifica la cosiddetta sovramodulazione (sovramodulazione). Semplici demodulatori (come un rivelatore quadratico) demodulano tale segnale con una forte distorsione.

Oscillazioni modulate in ampiezza e loro spettri

Lascia che l'oscillazione armonica sia usata come portante e il segnale modulante sia un'oscillazione armonica (a un tono) e la condizione sia soddisfatta. Quindi l'oscillazione AM è chiamata monotono. Quando abbiamo:

dove è il coefficiente di modulazione di ampiezza.

La composizione spettrale del segnale può essere ottenuta rappresentando il prodotto delle funzioni (1) in termini di somma delle oscillazioni armoniche. Quindi

Lo spettro di un'oscillazione AM a tono singolo è a forma di linea ed equidistante. Consiste di tre oscillazioni armoniche con frequenze vicine.

Figura 1 - Spettro di un'oscillazione AM a tono singolo

Modulazione di ampiezza di un'oscillazione armonica da un segnale arbitrario con uno spettro continuo nella regione basse frequenze, è accompagnata dalla formazione di due gruppi di oscillazioni laterali in prossimità dell'oscillazione portante (figura 1). Il gruppo di oscillazione superiore (da () a ()) è una copia esatta lo spettro del segnale modulante, spostato nella regione di radiofrequenza, e viene rappresentato il gruppo inferiore di oscillazioni riflesso speculare dello spettro del segnale modulante è relativamente, così come spostato nella regione delle radiofrequenze. Le oscillazioni con le frequenze di combinazione () e () sono disposte a coppie simmetricamente rispetto alla frequenza dell'onda portante. La larghezza di banda totale del processo AM è il doppio della larghezza di banda del segnale in banda base.

Un caso speciale di un segnale AM ​​multitono è un'oscillazione ad alta frequenza modulata in ampiezza da una sequenza di impulsi rettangolari.

Modulazione di ampiezza come processo non lineare

Con la modulazione di ampiezza dei segnali si moltiplicano due funzioni: un'oscillazione ad alta frequenza con una frequenza e un segnale armonico modulante o poliarmonico. Questa procedura può essere eseguita in un sistema non lineare impostando la somma dei segnali portanti e modulanti in ingresso ed estraendo il loro prodotto in uscita. Lo spettro del segnale di uscita contiene componenti con frequenze che erano assenti dalle oscillazioni originali. Il numero e le frequenze dei nuovi componenti dipendono dal tipo di elemento non lineare e dalla sua caratteristica corrente-tensione (CVC).

Le caratteristiche IV degli elementi non lineari (NE), ottenute sperimentalmente e presentate sotto forma di grafici o tabelle, sono scomode da utilizzare nei calcoli e per l'analisi teorica sono approssimate da funzioni analitiche. Le più diffuse in radioelettronica sono le approssimazioni di un polinomio di potenza e di una linea spezzata.

Segnali modulati in ampiezza (AM).

Formula generale Il segnale AM ​​è simile a:

Valore mÈ consuetudine chiamare il coefficiente di modulazione e mostra quale parte dell'ampiezza della tensione della frequenza portante U om è l'incremento dell'ampiezza della tensione modulata ΔU m .

Il diagramma temporale del segnale AM ​​è mostrato nella Figura 3.1.24.

La formula generale mostra che lo spettro di un segnale telefonico modulato in ampiezza (AM) è costituito dalla somma di tre oscillazioni (vedi anche Fig. 3.1.24):

− frequenza portante f 0 ;

− laterale superiore (VBP);

− banda laterale inferiore (LBS).

La larghezza dello spettro del segnale AM ​​è 2 F max(6,8 kHz), dove F max - frequenza massima nello spettro del segnale modulante a bassa frequenza (3,4 kHz). L'ampiezza dello spettro dei segnali AM delle emittenti può arrivare fino a 9-10 kHz.

Fig.3.1.24. Segnale AM ​​e suo spettro

Lo spettro del segnale AM ​​non è razionale sotto due aspetti.

Innanzitutto la presenza di una potente oscillazione della frequenza portante, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ viene utilizzata solo quando si rileva un segnale nel ricevitore. Con un fattore di modulazione del 100%, 2/3 della potenza del trasmettitore è nella frequenza portante e 1/3 nelle due bande laterali.

In secondo luogo, le bande laterali del segnale AM ​​si duplicano a vicenda. Per questo motivo è sufficiente trasmettere una banda laterale (superiore o inferiore - VBP o NBP), ᴛ.ᴇ. passare a una trasmissione telefonica unidirezionale.

Lo spettro di un segnale a banda laterale singola (Fig.3.1.25) occupa una banda di frequenza due volte più piccola della banda di frequenza di un segnale AM ​​convenzionale. Lo spettro di un segnale a banda laterale singola manca di una banda laterale e di una frequenza portante f 0 .

Fig.3.1.25. Segnali a banda laterale singola

In Fig.3.1.25. mostra lo spettro di un segnale TLF a banda laterale singola con un EFS con una portante completamente soppressa (a) e lo spettro di un segnale a banda laterale singola con un NBP con una portante parzialmente soppressa nel multiplexing secondario del canale di comunicazione con due canali TTL (b)

L'onda portante deve essere parzialmente (trasmissione pilota) o completamente soppressa. Per ricevere tali segnali, vengono utilizzati dispositivi di ricezione in cui viene ripristinata l'onda portante.

Le trasmissioni a banda laterale singola presentano una serie di vantaggi:

a) Lo spettro di frequenza per la trasmissione di un canale telefonico è la metà dello spettro di frequenza con AM. Ciò consente al ricevitore di avere una larghezza di banda ridotta, che migliora la qualità di ricezione, soprattutto in presenza di interferenze radio.

b) Viene aumentato il numero possibile di canali di comunicazione nella stessa gamma di frequenza.

c) Con la trasmissione single-sideband si ottiene un notevole guadagno di energia:

- all'estremità trasmittente si ottiene un guadagno che equivale ad un aumento di 4 volte della potenza del trasmettitore;

− la larghezza di banda del ricevitore viene ridotta di un fattore 2, che equivale a un guadagno di potenza di 2 volte;

− il consumo di energia da fonti di alimentazione da parte di un trasmettitore a banda laterale singola diminuisce per il fatto che al momento del silenzio dell'irraggiamento energia elettromagnetica No; questo dà un guadagno di potenza di un altro 25%;

− ad onde corte nel punto di ricezione con modulazione di ampiezza convenzionale, vengono violati i rapporti di fase tra la frequenza portante e le componenti laterali, ciò porta ad un'attenuazione del segnale; con le trasmissioni a banda laterale singola, questi sbiadimenti sono notevolmente ridotti, il che fornisce un guadagno di potenza del trasmettitore di circa 2 volte.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, per il funzionamento a banda singola del radiotelefono, si ottiene un guadagno nella potenza del trasmettitore rispetto all'AM convenzionale di circa 10-20 volte.

Le comunicazioni radiotelefoniche a banda laterale singola sono più difficili da intercettare e intercettare.

La trasmissione a banda laterale singola è a prova di rumore grazie a un aumento significativo della potenza del segnale utile.

I segnali AM e single-sideband vengono utilizzati principalmente nella banda HF. I segnali a banda laterale singola sono i principali segnali utilizzati nei sistemi di comunicazione militari, incl. con modifica del software frequenza operativa(PRFC).

Segnale modulato in frequenza– rappresenta un segnale RF, nello spettro di frequenza del quale è presente una frequenza portante fo e un insieme di frequenze laterali f o ± F; f o ± 2F; f o ± 3F, ecc. quando esposto a fo dal segnale di frequenza del tono F.

Se la modulazione influisce sullo spettro frequenze audio, quindi lo spettro delle oscillazioni FM (Fig. 3.1.26) sarà più ampio e l'intero spazio vuoto sarà riempito con frequenze di combinazione. Viene chiamato l'incremento massimo della frequenza del segnale radio (Δf m) rispetto al suo valore iniziale deviazione di frequenza. Il rapporto di ampiezza in questo spettro dipende dall'indice modulazione di frequenza M, che è determinato dalla formula:

Lo spettro del segnale telefonico FM è più ampio dello spettro del segnale modulato in ampiezza, dipende dall'indice di modulazione (dalla grandezza della tensione modulante di controllo) e dipende poco dalla larghezza di banda del segnale modulante.

2 Δf hm \u003d 2 (M + 1) F o 2 Δf hm =2 Δf max +2 F max

I segnali FM sono utilizzati principalmente nella banda VHF. Il diagramma temporale del segnale FM è mostrato anche in Fig. 3.1.26.

Fig.3.1.26. Segnale FM e suo spettro

modulazione di fase può essere considerato come una sorta di modulazione di frequenza. In modulazione di fase la fase dell'oscillazione ad alta frequenza cambia.

Può essere utilizzato come vettore di messaggi sequenza periodica impulsi radio, che è caratterizzato da ampiezza, durata, frequenza di ripetizione degli impulsi, posizione degli impulsi nel tempo rispetto alla posizione degli impulsi della sequenza non modulata, cioè la fase degli impulsi.

Modificando uno dei parametri elencati, puoi ottenere quattro visualizzazioni di base modulazione degli impulsi: modulazione dell'ampiezza dell'impulso (AIM), modulazione della frequenza dell'impulso (PFM), modulazione della fase dell'impulso (PPM), modulazione dell'ampiezza dell'impulso (DIM). Viste a impulsi le modulazioni sono ampiamente utilizzate nei relè radio multicanale e nelle linee di comunicazione troposferiche.

Le tipologie di trasmissione considerate sono attualmente le più semplici, non protette dalle intercettazioni radio per poter accedere alle informazioni, e i canali di comunicazione hanno un basso portata e immunità al rumore.

Oggi il ruolo di primo piano appartiene a modalità digitali connessioni. A caso generale, qualsiasi segnale deve essere convertito in sequenza segnali discreti– impulsi elettrici corrente continua (forma digitale), codificati con combinazioni di codici (crittografati), compressi e trasmessi su un canale di comunicazione. Al punto di accoglienza, trasformazione inversa e recupero del segnale, inclusa la correzione degli errori rilevati.

Le capacità dell'eccitatore sono determinate dal suo scopo. Il numero di tipi di segnali generati influisce in modo significativo sulla complessità dei dispositivi di condizionamento del segnale.

Intervallo di frequenza e spaziatura della griglia. La gamma di frequenza è determinata dallo scopo dell'eccitatore. Deve coprire le gamme di frequenza di tutti i trasmettitori per i quali l'eccitatore è destinato. Gli agenti patogeni moderni forniscono installazione discreta frequenze con un certo passo della griglia di intervallo. Il passo della griglia viene solitamente scelto come multiplo di 10 Hz: 10 Hz, 100 Hz. 1 kHz. La dimensione del passo della griglia è commisurata all'ampiezza dello spettro del segnale a banda stretta utilizzato nell'agente patogeno. Tale segnale è il segnale per la telegrafia di ampiezza (A-1). L'ampiezza del suo spettro ad una velocità telegrafica di 15-20 baud è di circa 45-60 Hz. È necessario che i segnali di due trasmettitori operanti su frequenze adiacenti siano ricevuti senza un'influenza notevole dai ricevitori dei loro corrispondenti. Per questo motivo, per molti eccitatori, è sufficiente avere una spaziatura della griglia di 100 Hz. Allo stesso tempo, se si suppone che la telegrafia venga utilizzata a velocità molto basse, una griglia di frequenza con un passo di 10 Hz può essere estremamente importante.

stabilità di frequenza. I requisiti per la stabilità in frequenza dell'eccitatore sono determinati principalmente dal tipo di segnali utilizzati. La massima stabilità di frequenza è necessaria quando si generano segnali a banda laterale singola, quando il canale telefonico è compresso dal telegrafo multicanale o da altre apparecchiature. In questo caso, la divergenza delle frequenze portanti nel collegamento radio non supera i 10-12 Hz. Pertanto, l'instabilità assoluta della frequenza dell'eccitatore dovrebbe essere dell'ordine di 5-6 Hz. La stabilità in frequenza dell'eccitatore è determinata dal sintetizzatore e, soprattutto, dall'oscillatore di riferimento in esso utilizzato.

Il livello delle vibrazioni laterali e del rumore. Considerando che il percorso di amplificazione del trasmettitore deve essere a banda larga, vengono imposti requisiti molto severi all'eccitatore per sopprimere oscillazioni spurie e rumore in uscita. Oscillazione in uscita di un eccitatore ideale. dovrebbe contenere solo una componente utile: il segnale. In assenza, la modulazione è un'oscillazione armonica, il cui spettro è costituito da un'unica riga spettrale. Lo spettro dell'oscillazione in uscita di un eccitatore reale include lo spettro del segnale utile, molti spettri a banda stretta di oscillazioni spurie e uno spettro continuo di rumore.

Le sorgenti di rumore e le oscillazioni laterali nell'eccitatore sono i sintetizzatori e il percorso per generare e convertire la frequenza del segnale. Particolarmente pericolose sono le oscillazioni laterali che si formano nell'ultimo miscelatore dell'eccitatore, poiché la loro soppressione nei circuiti di uscita dell'eccitatore è irta di grandi difficoltà.

Secondo gli standard esistenti, la soppressione delle oscillazioni del rumore laterale dovrebbe essere di almeno 80 dB nella regione di frequenza adiacente alla frequenza operativa dell'eccitatore (con un detuning da + - 3,5 kHz a + - 25 kHz, con grandi detuning, la soppressione dovrebbe aumentare a 100-140 dB.

Tempo di ristrutturazione. Negli eccitatori dove viene utilizzata la memorizzazione di più frequenze operative e transizione automatica da una frequenza operativa all'altra, il tempo di sintonizzazione è compreso tra 0,3-1 s. Il tempo di sintonizzazione è determinato principalmente dal sintetizzatore e dipende dal suo tipo e struttura, dal metodo di impostazione della frequenza e dal sistema utilizzato. controllo automatico patogeno.

Metodi di sintesi di frequenza di base

Nei sintetizzatori di frequenza utilizzati nella tecnologia di comunicazione radio, la frequenza dell'oscillazione dell'uscita assume molti valori discreti con un intervallo uniforme: un passo della griglia.

Nelle prime lavorazioni, per creare un insieme discreto di frequenze operative, è stato utilizzato lo stesso insieme di risonatori al quarzo, commutati nel circuito dell'oscillatore, a seconda della frequenza operativa richiesta. Questo principio di stabilizzazione del quarzo nella gamma di frequenza era chiamato "onda di quarzo", poiché per ciascuna frequenza operativa veniva utilizzato un risonatore al quarzo separato.
Ospitato su ref.rf
Gli svantaggi di questo metodo sono evidenti: è richiesto un gran numero di risonatori al quarzo e in questo casoè impossibile garantire la stabilità ad alta frequenza delle oscillazioni generate.

Negli sviluppi successivi, hanno cercato di ridurre il numero di risonatori al quarzo convertendo la frequenza delle oscillazioni in ingresso, costruiti secondo il cosiddetto schema di interpolazione. Schemi strutturali del dispositivo, visualizzazione questo metodo sintesi sono mostrati in Fig.3.1.27, 3.1.28.

Fig.3.1.27. Circuiti di interpolazione di oscillatori a cristallo

Fig.3.1.28. Modellazione della griglia di frequenza

Si può dimostrare che l'instabilità relativa della frequenza dell'oscillazione di uscita è determinata principalmente dall'instabilità relativa del generatore di frequenza più alta (G1). Ciò significa che i requisiti per la stabilità di frequenza di un generatore ad alta frequenza inferiore (G2) sono meno stringenti rispetto al generatore G1. Per questo motivo, quando si sintetizzano le frequenze nel circuito di Fig. 3.1.27. a volte un generatore convenzionale viene utilizzato come generatore G2 LC- generatore di portata regolare (GPA) (Fig.3.1.29).

Fig.3.1.29. Schema con un generatore di portata regolare

In questo caso, viene fornita una variazione continua della frequenza dell'oscillazione in uscita senza un significativo deterioramento della stabilità di frequenza raggiunta nel generatore G1. Lo svantaggio del sintetizzatore, assemblato secondo lo schema di Fig. 3.1.27 - 3.1.29, è utilizzato un numero abbastanza elevato di risonatori al quarzo. Con questo metodo di sintesi della frequenza, è difficile fornire un'instabilità relativa della frequenza di oscillazione in uscita inferiore a 10 -5 - 10 -6. Nel caso in cui sia richiesta una maggiore stabilità di frequenza, risulta essere molto più semplice ed economico da utilizzare in un sintetizzatore di frequenza uno auto-oscillatore di riferimento al quarzo altamente stabile.

Schemi pratici i sintetizzatori di frequenza sviluppati finora sono molto diversi, ma in base al metodo di generazione dell'oscillazione in uscita, possono essere suddivisi in due gruppi principali: sintetizzatori basati sul metodo sintesi diretta e sintetizzatori basati sul metodo sintesi indiretta. Un sintetizzatore di frequenza si considera realizzato sulla base del metodo della sintesi diretta se non contiene auto-oscillatori e le sue oscillazioni in uscita sono ottenute sommando, moltiplicando e dividendo la frequenza delle oscillazioni in ingresso provenienti da un oscillatore di riferimento o sensori di frequenza di riferimento. Un altro nome per questo metodo è sintesi di frequenza passiva.

Con la sintesi indiretta, l'oscillazione in uscita del sintetizzatore crea un oscillatore, la cui instabilità di frequenza viene eliminata. A tal fine, la frequenza dell'oscillatore viene convertita nella frequenza di un determinato riferimento utilizzando un sistema di riduzione (percorso), rispetto a questo riferimento, e l'errore risultante viene utilizzato per eliminare l'instabilità dell'oscillatore. Negli schemi frequenza di sintonizzazione automatica questo generatore è chiamato controllato e in circuiti con compensazione dell'instabilità di frequenza- ausiliario. Un altro nome per il metodo di sintesi indiretta è sintesi attiva.

Nei sintetizzatori a sintesi indiretta, la frequenza dell'oscillatore può essere portata allo standard mediante una serie di conversioni di frequenza, dove, con l'ausilio delle oscillazioni dei sensori di frequenza di riferimento, la frequenza viene successivamente ridotta (sottratta). Tale percorso di riduzione è chiamato percorso di sottrazione di frequenza.

Portare la frequenza del generatore allo standard può essere fatto anche dividendo la frequenza e attualmente come divisori di frequenza vengono utilizzati divisori come i contatori di impulsi costruiti sulla base di circuiti integrati digitali. Per questo motivo, i sintetizzatori con un percorso di divisione di frequenza sono comunemente chiamati digitali.

Il circuito più semplice di un sintetizzatore assemblato con il metodo di sintesi diretta è mostrato in fig. 3.1.30. Il sintetizzatore contiene diversi sensori di frequenza di riferimento, ognuno dei quali fornisce in uscita un'oscillazione di una delle dieci frequenze. Le oscillazioni dei sensori vengono inviate al mixer, all'uscita del mixer, utilizzando un filtro passa-banda, viene selezionata l'oscillazione combinata della frequenza somma.

Fig.3.1.30. Sintetizzatore a sintesi diretta

Schema strutturale un sintetizzatore basato sul metodo della sintesi indiretta e contenente un percorso di sottrazione è mostrato in Fig. 3.1 31. L'oscillazione in uscita del sintetizzatore crea un GPA. Nel percorso per portare la frequenza GPA allo standard, la frequenza GPA viene ridotta. Il rivelatore di fase (PD) confronta la frequenza convertita del GPA e la frequenza dell'oscillazione di riferimento.

Fig.3.1.31. Sintetizzatore indiretto

Il sintetizzatore, realizzato con il metodo della sintesi indiretta, consente di ottenere un livello inferiore di emissioni spurie, poiché il loro filtraggio è più facile da implementare.

Qualsiasi sintetizzatore contiene frequenze di riferimento del sensore. Secondo il suo scopo, il sensore è anche un sintetizzatore, solo le sue funzioni sono limitate alla formazione di sole dieci frequenze. I sensori sono costruiti, così come il sintetizzatore nel suo insieme, sulla base di metodi di sintesi diretta o indiretta. Il più comunemente usato circuiti semplici sintesi diretta, ad esempio moltiplicatori di frequenza. A volte i sensori formano 100 o più frequenze di riferimento, quindi il loro dispositivo diventa più complicato e per la costruzione vengono utilizzati entrambi i metodi di sintesi delle frequenze.

Nei sintetizzatori costruiti utilizzando il metodo della sintesi indiretta, il cosiddetto dispositivo di ricerca viene utilizzato per la sintonizzazione automatica del GPA, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ cambia la frequenza del GPA fino a quando non entra nella banda di cattura del sistema FAP (o CHAP). Il dispositivo di ricerca di solito genera una tensione a dente di sega, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ viene alimentato all'elemento reattivo del GPA e cambia la frequenza del GPA su un ampio intervallo. Si accende a grandi scostamenti, quando non c'è componente di tensione continua all'uscita del rivelatore di fase. Dopo l'instaurazione del sincronismo nel sistema, il dispositivo di ricerca viene spento, ma la tensione di controllo corrispondente alla fine della ricerca viene memorizzata e applicata all'elemento reattivo del GPA. In occasione ulteriori lavori la frequenza iniziale del GPA (la frequenza del GPA con un anello PLL aperto può cambiare in una banda più ampia, la cui banda di cattura, ma non dovrebbe andare oltre i confini della banda di attesa.

Nei moderni sintetizzatori, la ristrutturazione GPA viene effettuata utilizzando varicap e i suoi limiti sono limitati. In realtà, la larghezza di banda di sintonizzazione è del 10-30% della frequenza media del GPA, in relazione a ciò, i sintetizzatori a banda larga utilizzano non uno, ma più oscillatori controllati. Ognuno di essi lavora in una determinata parte della gamma di frequenza, la commutazione dei generatori avviene automaticamente, in base alla frequenza impostata.

Il principio di compensazione e il suo utilizzo nella costruzione di sintetizzatori.

In un certo numero di moderni eccitatori e ricevitori radio, il metodo di compensazione viene utilizzato nella costruzione del percorso di stabilizzazione della frequenza. L'essenza di questo metodo è che un oscillatore ausiliario non stabilizzato è coinvolto nella creazione di una griglia di frequenze stabili, il cui errore di sintonia viene compensato quando si forma la frequenza del segnale di uscita.

Schemi strutturali dei più dispositivo semplice, dove viene utilizzato il metodo di compensazione, sono mostrati nelle figure 3.1.32, 3.1.33. Tale circuito viene spesso definito circuito di compensazione o di conversione a doppia frequenza e fornisce un efficace filtraggio della forma d'onda utile.

Compito questo dispositivo consiste nel seguente: viene fornita in ingresso un'oscillazione armonica a frequenza stabile, è estremamente importante ottenere l'armonica di questa oscillazione con il numero K in uscita.

Nel dispositivo di formatura, da un'oscillazione armonica viene creata una sequenza di brevi impulsi con un periodo di To = 1/fo. Il filtro F1 svolge un ruolo ausiliario in questo circuito. Questo filtro fornisce una selezione preliminare di un gruppo di armoniche vicino all'armonica con il numero K e, soprattutto, fornisce la soppressione di quelle armoniche che possono fungere da rumore speculare per il dispositivo in questione.

L'oscillatore ausiliario è sintonizzato in modo tale che nel mixer CM-1 l'armonica Kfo venga convertita in una frequenza intermedia fpr \u003d fg -Kfo, che si trova nella banda passante del filtro F2 (Fig. 3.1.34).

In questo caso, le armoniche vicine con i numeri (K + 1) e (K-1) hanno frequenze intermedie che si trovano al di fuori della larghezza di banda del filtro e quindi sono effettivamente soppresse.

Il filtro F2 è sintonizzato su una frequenza fissa fpr, deve avere un'ampiezza di banda passante non superiore a fo e un'attenuazione sufficientemente ampia al di fuori di questa banda.

Durante la seconda conversione di frequenza in SM2 si seleziona un'oscillazione con frequenza fout = fg - fpr, ma dato che fpr = fg - Kfo, allora fout = Kfo. Il filtro F3 è sintonizzato sulla frequenza Kfo ed è progettato per sopprimere le oscillazioni laterali che si verificano all'uscita di CM2.

Per modificare la frequenza dell'oscillazione in uscita, è sufficiente ricostruire l'oscillatore ausiliario.

Sintetizzatore di frequenza digitale

Dietro l'anno scorso Si sono diffusi sintetizzatori realizzati sulla base del metodo di sintesi indiretta con un percorso di divisione di frequenza e un anello ad impulso-fase bloccato di un generatore di gamma liscia. In questi sintetizzatori, la maggior parte degli elementi viene eseguita su elementi integrati digitali, in relazione a ciò, i sintetizzatori con un percorso di divisione di frequenza sono comunemente chiamati digitali.

Lo schema a blocchi del sintetizzatore digitale è mostrato in Fig.3.1.35.

In questo diagramma, il GPA è un generatore controllato che crea vibrazioni armoniche; qualeè la frequenza di confronto.

Le oscillazioni GPA convertite in una sequenza di impulsi con una frequenza di ripetizione fg entrano nel DPKD, dove la frequenza di ripetizione dell'impulso viene divisa. All'uscita del DPCD, che ha un fattore di divisione N, viene formata una nuova sequenza con una frequenza di ripetizione degli impulsi fg / N, che viene alimentata a uno degli ingressi dell'IFD. Una sequenza di impulsi con frequenza di riferimento seguente fo.

Nell'IFD, queste fluttuazioni vengono confrontate. A modalità stazionaria quando si verifica sincronismo nel sistema, è assicurata l'uguaglianza delle frequenze delle sequenze di impulsi di ingresso fо=fг/ N.

L'adeguamento del GPA alla frequenza nominale fg = fо N avviene automaticamente in quanto l'IFD crea una tensione di controllo che dipende dalla differenza di fase delle oscillazioni confrontate.

Per modificare la frequenza del GPA è sufficiente modificare il fattore di divisione. Quando il coefficiente di divisione del DPKD cambia da Nmin a Nmax, la frequenza dell'oscillazione di uscita del sintetizzatore cambia nell'intervallo da fgmin \u003d N min fo a fmax \u003d N max fo (con passo fo).

Sulla fig. 3.1.36 mostra altri possibili schemi di eccitatori di banda con controllo automatico della frequenza (frequenza - CHAP e fase - FAP). Sulla fig. 3.1.36: LPF - filtro passa basso; FH - rilevatore di frequenza; GPA - generatore di portata regolare; SM - miscelatore; UU - dispositivo di controllo; PD - rivelatore di fase.

Amplificatori di potenza

Gli amplificatori di potenza ad alta frequenza sono sintonizzabili e non sintonizzabili in frequenza.

Nel circuito di un amplificatore risonante sintonizzabile elemento obbligatorioè un circuito oscillatorio con elementi per abbinare il collegamento con l'antenna, la cui ristrutturazione avviene variando l'induttanza delle bobine o le capacità dei condensatori del sistema risonante comune. Per ottenere il massimo guadagno, il circuito oscillatorio viene sintonizzato manualmente o automaticamente sulla frequenza del segnale dell'eccitatore, che riduce la velocità della stazione e consente la soppressione ad una sola frequenza. Tali amplificatori sono stati utilizzati nelle stazioni di jamming del vecchio parco.

Gli amplificatori di potenza a banda larga (BPA) sono risparmiati da questo inconveniente, che sono utilizzati in tutte le moderne stazioni jammer seriali e sono realizzati secondo lo schema dell'amplificatore a guadagno distribuito (URA) e sono amplificatore ad onde viaggianti(Tsykin G.S. Amplificatori di segnali elettrici. - 2a ed., rivista. - M .: Energy, 1969. - 384 pp.: ill.).

Nel silo i segnali dell'eccitatore vengono amplificati senza sintonizzarsi su tutto il range operativo, il che aumenta la velocità di qualsiasi tipo di stazione e consente di creare interferenze quasi simultanee a più frequenze. In questo caso, per escludere l'emissione di segnali laterali (armoniche della frequenza fondamentale), vengono attivati ​​filtri di soppressione armonica (PSF) all'uscita dell'amplificatore. Il numero di filtri determina il numero di sottobande trasmittenti. Οʜᴎ vengono commutati utilizzando relè ad alta frequenza automaticamente o manualmente.

Viene spiegato il principio di costruzione del percorso di amplificazione principale di tali trasmettitori schema elettrico URU (Fig. 3.1.37). Il modo più semplice è costruire amplificatori con un carico sotto forma di un filtro passa basso: amplificatori con guadagno distribuito .

URU è un dispositivo con collegamento in parallelo di lampade amplificatrici tramite linee artificiali. Le capacità di ingresso e di uscita dei tubi sono incluse come elementi di linee lunghe e non hanno un effetto limitante sulla frequenza della banda passante superiore dell'amplificatore. Gli amplificatori sono costruiti secondo schemi a ciclo singolo e push-pull.

L'amplificatore ha due linee di trasmissione (griglia e anodo) ed elementi amplificatori, le cui potenze di uscita sono riassunte da carico totale. I segmenti di linea di trasmissione possono essere realizzati come filtri passa-basso, come mostrato in figura, o come filtri passa-banda.

Il segnale applicato all'ingresso del circuito si propaga lungo la linea di trasmissione della rete da filtri identici formati da induttori L con e contenitori C con. Le griglie delle lampade corrispondenti sono attaccate a ciascuna sezione della linea.

La linea della griglia alla fine è carica di resistenza R con, uguale all'onda

Ciò fornisce una modalità ad onda mobile nella linea e l'impedenza di ingresso della linea rimane costante nella gamma di frequenza operativa dell'amplificatore.

La linea dell'anodo è simile alla linea della griglia e la resistenza dell'onda è determinata dall'induttanza LA e capacità S A.

Entrambe le estremità della linea dell'anodo sono caricate con resistenze R A1 = R A2 =, in relazione a ciò, nella linea dell'anodo si verifica una modalità d'onda viaggiante su due lati.

L'onda del segnale in ingresso, che si propaga lungo la linea della griglia, eccita due onde da ciascuna lampada nella linea dell'anodo. Una di queste onde si propaga a sinistra (secondo lo schema) ed è assorbita dalla resistenza corrispondente (zavorra). R A1 e il secondo raggiunge la resistenza di carico R A2 e gli assegna potenza utile. Condizione necessaria dovrebbe essere il lavoro contemporaneamente ritardi di segnale dell'anodo e delle linee di griglia.

In presenza di accoppiamento bidirezionale della linea anodica, avviene l'addizione in fase delle correnti di ciascuna linea nel carico. Poiché la corrente di ciascuna lampada si dirama, la corrente totale totale (da tutte le lampade) della prima armonica nel carico sarà la metà.

Nel circuito URU i guadagni delle cascate vengono sommati e non moltiplicati. Per motivi energetici, si consiglia di utilizzare un gran numero di lampade nell'URU.

L'ampiezza della tensione al carico non dipende dal numero di tubi nell'amplificatore e non può superare il valore Un \u003d I A.

Gli URU hanno una maggiore affidabilità, poiché rimangono operativi quando le singole lampade si guastano. Allo stesso tempo, le caratteristiche ampiezza-frequenza si deteriorano alquanto a causa di una variazione della capacità della lampada collegata alla linea.

Speciali trasformatori di bilanciamento e adattamento vengono utilizzati come elementi di abbinamento dell'URU con un'antenna (sotto forma di "uscita-ingresso" e dalle impedenze di uscita e ingresso).

Gli amplificatori di potenza utilizzano uno speciale dispositivo di controllo, blocco e segnalazione (UBS).

UBS offre:

− inclusione forzata(spegnimento) tensioni di alimentazione in sequenza rigorosa;

− interruzione delle tensioni di alimentazione a regimi pericolosi(sovracorrente degli alimentatori, rotture o corto circuito nel percorso di trasmissione di potenza RF, non lavoro efficace sistema obbligatorio raffreddamento);

− protezione del personale di servizio dall'accesso alle parti in tensione in alta tensione;

− segnalazione di operazioni eseguite e malfunzionamenti, ecc.

domande di prova

1. A cosa servono i requisiti dispositivi di trasmissione radio? 2. Perché è estremamente importante utilizzare uno schema multistadio per la costruzione di trasmettitori HF?

3. Quali sono le caratteristiche della costruzione di circuiti eccitatori per trasmettitori HF e VHF?

4. Fornire una classificazione dei circuiti del generatore con autoeccitazione.

5. Quali sono le proprietà dei risonatori al quarzo?

Segnali a modulazione di ampiezza (AM) - concetto e tipi. Classificazione e caratteristiche della categoria "Segnali a modulazione di ampiezza (AM)" 2017, 2018.

Continuiamo una serie di articoli didattici generali, sotto il titolo generale "Teoria delle onde radio".
In articoli precedenti abbiamo fatto conoscenza con le onde radio e le antenne: Diamo un'occhiata più da vicino alla modulazione del segnale radio.

Nell'ambito di questo articolo, sarà considerato modulazione analogica i seguenti tipi:

• Modulazione d'ampiezza
• Modulazione di ampiezza con una banda laterale
• Modulazione di frequenza
• Modulazione di frequenza lineare
• Modulazione di fase
• Modulazione di fase differenziale

Modulazione d'ampiezza

Con la modulazione di ampiezza, l'inviluppo di ampiezza dell'oscillazione della portante cambia secondo una legge che coincide con la legge messaggio trasmesso. La frequenza e la fase dell'oscillazione della portante non cambiano.

Uno dei parametri principali di AM è il fattore di modulazione (M).
Il coefficiente di modulazione è il rapporto tra la differenza tra i valori massimo e minimo delle ampiezze del segnale modulato e la somma di questi valori (%).
In poche parole, questo coefficiente mostra quanto è forte il valore dell'ampiezza dell'onda portante questo momento devia dalla media.
Quando il fattore di modulazione è maggiore di 1, si verifica un effetto di sovramodulazione, con conseguente distorsione del segnale.

Spettro AM

Questo spettro è caratteristico di un'oscillazione modulante di frequenza costante.

Sul grafico, l'asse x rappresenta la frequenza, l'asse y rappresenta l'ampiezza.
Per AM, oltre all'ampiezza della frequenza fondamentale situata al centro, vengono presentati anche i valori delle ampiezze a destra e a sinistra della frequenza portante. Queste sono le cosiddette corsie laterali sinistra e destra. Sono separati dalla frequenza portante da una distanza uguale alla frequenza modulazione.
Viene chiamata la distanza dalla banda laterale sinistra a quella destra larghezza dello spettro.
Nel caso normale, con un fattore di modulazione<=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.
Le informazioni utili sono contenute solo nelle bande laterali superiori o inferiori dello spettro. Il principale componente spettrale, il vettore, non contiene informazioni utili. La potenza del trasmettitore durante la modulazione dell'ampiezza viene spesa principalmente per il "riscaldamento dell'aria", a causa del contenuto non informativo dell'elemento più elementare dello spettro.

Modulazione di ampiezza con una banda laterale

A causa dell'inefficienza della modulazione di ampiezza classica, è stata inventata la modulazione di ampiezza con una singola banda laterale.
La sua essenza è rimuovere la portante e una delle bande laterali dallo spettro, mentre tutte le informazioni necessarie vengono trasmesse sulla banda laterale rimanente.

Ma nella sua forma pura, questa specie non ha messo radici nelle trasmissioni dei consumatori, perché. nel ricevitore è necessario sintetizzare la portante con una precisione molto elevata. Utilizzato in apparecchiature di compattazione e radioamatori.
Nella trasmissione, viene utilizzata più spesso AM con una banda laterale e portante parzialmente soppressa:

Con questa modulazione si ottiene al meglio il rapporto qualità/efficienza.

Modulazione di frequenza

Un tipo di modulazione analogica in cui la frequenza portante cambia secondo la legge di un segnale modulante a bassa frequenza. L'ampiezza rimane costante.

a) - frequenza portante, b) segnale modulante, c) risultato della modulazione

Viene chiamata la deviazione più grande della frequenza dal valore medio deviazione.
Idealmente, la deviazione dovrebbe essere direttamente proporzionale all'ampiezza dell'oscillazione modulante.

Lo spettro con modulazione di frequenza si presenta così:

È costituito dalla portante e dalle armoniche delle bande laterali che si trovano simmetricamente indietro a destra ea sinistra, di un multiplo di frequenza della frequenza dell'oscillazione modulante.
Questo spettro rappresenta un'oscillazione armonica. Nel caso della modulazione reale, lo spettro ha contorni più complessi.
Distinguere tra modulazione FM a banda larga e banda stretta.
Nella banda larga - lo spettro di frequenza supera significativamente la frequenza del segnale modulante. Utilizzato nelle trasmissioni FM.
Nelle stazioni radio viene utilizzata principalmente la modulazione FM a banda stretta, che richiede una sintonizzazione più precisa del ricevitore e, di conseguenza, è più protetta dalle interferenze.
Gli spettri di FM a banda larga e banda stretta sono mostrati di seguito.

Lo spettro dell'FM a banda stretta assomiglia alla modulazione di ampiezza, ma se si tiene conto della fase delle bande laterali, si scopre che queste onde hanno un'ampiezza costante e una frequenza variabile, e non una frequenza costante e un'ampiezza variabile (AM). Con FM a banda larga, l'ampiezza della portante può essere molto piccola, con conseguente elevata efficienza FM; ciò significa che la maggior parte dell'energia trasmessa è contenuta nelle bande laterali che trasportano le informazioni.

I principali vantaggi di FM rispetto ad AM sono l'efficienza energetica e l'immunità al rumore.

Come una sorta di FM, alloca la modulazione di frequenza lineare.
La sua essenza sta nel fatto che la frequenza del segnale portante cambia secondo una legge lineare.

Il significato pratico dei segnali a modulazione di frequenza lineare (chirp) risiede nella possibilità di una significativa compressione del segnale alla ricezione con un aumento della sua ampiezza al di sopra del livello di rumore.
LFM trova applicazione nel radar.

Modulazione di fase

In realtà, il termine manipolazione di fase è più comunemente usato, poiché producono principalmente modulazione di segnali discreti.
Il significato di FM è tale che la fase della portante cambia bruscamente quando arriva il successivo segnale discreto, che è diverso dal precedente.

Dallo spettro si può notare l'assenza quasi completa di carrier, che indica un'elevata efficienza energetica.
Lo svantaggio di questa modulazione è che un errore in un simbolo può portare alla ricezione errata di tutti quelli successivi.

Codifica di fase differenziale

Nel caso di questa modulazione, la fase non cambia ad ogni variazione del valore dell'impulso modulante, ma ad una variazione della differenza. In questo esempio, con l'arrivo di ogni "1".

Il vantaggio di questo tipo di modulazione è che in caso di errore casuale in un simbolo, ciò non comporta un'ulteriore catena di errori.

Vale la pena notare che esistono anche chiavi di spostamento di fase come la quadratura, che utilizza il cambiamento di fase entro 90 gradi e PM di ordine superiore, ma la loro considerazione va oltre lo scopo di questo articolo.

PS: Voglio sottolineare ancora una volta che lo scopo degli articoli non è quello di sostituire il libro di testo, ma di raccontare "con le dita" le basi della radio.
Vengono considerati solo i principali tipi di modulazioni per creare un'idea dell'argomento per il lettore.

La modulazione di ampiezza è il processo di generazione di un segnale modulato in ampiezza, ad es. un segnale la cui ampiezza cambia secondo la legge del segnale modulante (messaggio trasmesso). Questo processo è implementato da un modulatore di ampiezza.

Il modulatore di ampiezza deve formare un'oscillazione ad alta frequenza, l'espressione analitica per la quale nel caso generale ha la forma

dov'è l'inviluppo dell'oscillazione modulata, descritto da una funzione che caratterizza la legge del cambiamento di ampiezza;

segnale modulante;

E - la frequenza e la fase iniziale dell'oscillazione ad alta frequenza.

Per ottenere un tale segnale, è necessario moltiplicare l'oscillazione ad alta frequenza (portante) e il segnale modulante a bassa frequenza in modo tale da formare un inviluppo della forma. La presenza di una componente costante nella struttura dell'involucro garantisce l'unipolarità del suo cambiamento, il coefficiente esclude la sovramodulazione, ad es. fornisce profondità di modulazione. È chiaro che tale operazione di moltiplicazione sarà accompagnata da una trasformazione spettrale, che consente di considerare la modulazione di ampiezza come un processo essenzialmente non lineare o parametrico.

La struttura del modulatore di ampiezza nel caso di utilizzo di un elemento non lineare è mostrata in fig. 8.4.

Riso. 8.4. Schema strutturale del modulatore di ampiezza

L'elemento non lineare converte l'onda portante e il segnale modulante, a seguito del quale si forma una corrente (o tensione), il cui spettro contiene componenti nella banda di frequenza da a , e - la frequenza più alta nello spettro di il segnale modulante. Il filtro passa banda separa queste componenti dello spettro, producendo un segnale modulato in ampiezza in uscita.

La moltiplicazione di due segnali può essere effettuata utilizzando un elemento non lineare, la cui caratteristica è approssimata da un polinomio contenente un termine quadratico. A causa di ciò, si forma il quadrato della somma di due segnali, contenente il loro prodotto.

L'essenza di quanto detto e l'idea generale della formazione di un'oscillazione modulata in ampiezza è illustrata da trasformazioni matematiche abbastanza semplici partendo dal presupposto che venga eseguita la modulazione tonale (una frequenza).

1. Come elemento non lineare utilizziamo un transistor, il cui CVC è approssimato da un polinomio di secondo grado .

2. All'ingresso dell'elemento non lineare viene applicata una tensione pari alla somma di due oscillazioni: portante e modulante, cioè

3. La composizione spettrale della corrente è determinata come segue:

Nell'espressione risultante, le componenti spettrali sono disposte in ordine crescente rispetto alle loro frequenze. Tra questi ci sono componenti con frequenze , e , che formano un'oscillazione modulata in ampiezza, cioè

Nei trasmettitori, i processi di modulazione e amplificazione sono solitamente combinati, il che garantisce una distorsione minima dei segnali modulati. A tale scopo, i modulatori di ampiezza sono costruiti secondo lo schema degli amplificatori di potenza risonanti, in cui si ottiene una variazione dell'ampiezza delle oscillazioni ad alta frequenza modificando la posizione del punto operativo secondo la legge del segnale modulante.

Schema e modalità di funzionamento del modulatore di ampiezza

Il circuito di un modulatore di ampiezza basato su un amplificatore risonante è mostrato in fig. 8.5.

Riso. 8.5. Circuito modulatore di ampiezza basato su un amplificatore risonante

All'ingresso di un amplificatore risonante operante in modalità non lineare si applicano:

oscillazione della portante da un auto-oscillatore che utilizza una connessione del trasformatore ad alta frequenza del circuito del circuito di ingresso con la base del transistor;

segnale modulante utilizzando un trasformatore a bassa frequenza.

Condensatori e - blocco, forniscono il disaccoppiamento dei circuiti di ingresso in base alle frequenze dell'oscillazione della portante e del segnale modulante, ad es. disaccoppiamento ad alta e bassa frequenza. Il circuito oscillatorio nel circuito del collettore è sintonizzato sulla frequenza dell'oscillazione della portante, il fattore di qualità del circuito fornisce la larghezza di banda, dove è la frequenza più alta nello spettro del segnale modulante.

La scelta del punto di funzionamento determina la modalità di funzionamento del modulatore. Sono possibili due modalità: modalità segnale piccolo e modalità segnale grande.

un. Modalità ingresso piccolo

Questa modalità viene impostata selezionando il punto di lavoro al centro della sezione quadratica della caratteristica corrente-tensione del transistor. La scelta dell'ampiezza dell'oscillazione della portante garantisce il funzionamento del modulatore all'interno di questa sezione (Fig. 8.6).

Riso. 8.6. Modalità ingresso piccolo AM

L'ampiezza della tensione sul circuito oscillatorio, la cui frequenza di risonanza è uguale alla frequenza portante, è determinata dall'ampiezza della prima armonica della corrente, ad es. , dove è la resistenza di risonanza del circuito. Tenendo conto che la pendenza media del CVC all'interno della sezione di lavoro è uguale al rapporto tra l'ampiezza della prima armonica e l'ampiezza dell'oscillazione della portante, cioè , può essere scritto

.

Sotto l'influenza della tensione modulante applicata alla base del transistor, la posizione del punto operativo cambierà, il che significa che cambierà anche la pendenza media del CVC. Poiché l'ampiezza della tensione sul circuito oscillatorio è proporzionale alla pendenza media, quindi per garantire la modulazione dell'ampiezza dell'oscillazione della portante, è necessario garantire una dipendenza lineare della pendenza dal segnale modulante. Dimostriamo che ciò è possibile utilizzando la sezione di lavoro della caratteristica corrente-tensione, approssimata da un polinomio di secondo grado.

Quindi, all'interno della sezione quadratica del CVC descritta dal polinomio, c'è una tensione di ingresso pari alla somma di due oscillazioni: portante e modulante, cioè

La composizione spettrale della corrente del collettore è determinata come segue:

Selezioniamo la prima armonica della corrente:

Pertanto, l'ampiezza della prima armonica è:

Come si può vedere dall'espressione ottenuta, l'ampiezza della prima armonica di corrente dipende linearmente dalla tensione modulante. Pertanto, anche la pendenza media dipenderà linearmente dalla tensione modulante.

Quindi la tensione sul circuito oscillatorio sarà uguale a:

Pertanto, all'uscita del modulatore considerato, si forma un segnale modulato in ampiezza della forma:

Ecco il coefficiente di profondità di modulazione;

- l'ampiezza dell'oscillazione ad alta frequenza all'uscita del modulatore in assenza di modulazione, cioè A .

Quando si progettano sistemi di trasmissione, un requisito importante è la formazione di oscillazioni modulate in ampiezza ad alta potenza con efficienza sufficiente. È ovvio che il modo di funzionamento del modulatore in esame non può soddisfare questi requisiti, in particolare il primo di essi. Pertanto, viene spesso utilizzata la cosiddetta modalità di segnale grande.

b. Modalità di input grande

Questa modalità viene impostata selezionando il punto operativo sulla caratteristica I-V del transistor, in cui l'amplificatore opera con interruzione di corrente. A sua volta, la scelta dell'ampiezza dell'oscillazione portante prevede una variazione dell'ampiezza degli impulsi di corrente del collettore secondo la legge del segnale modulante (Fig. 8.7). Ciò comporta una variazione simile dell'ampiezza della prima armonica della corrente di collettore e, di conseguenza, una variazione dell'ampiezza della tensione sul circuito oscillatorio del modulatore, poiché

e .

Riso. 8.7. AM Modalità di ingresso grande

Una variazione nel tempo dell'ampiezza della tensione ad alta frequenza di ingresso è accompagnata da una variazione dell'angolo di cutoff, e quindi del coefficiente . Di conseguenza, la forma dell'inviluppo di tensione sul circuito può differire dalla forma del segnale modulante, il che è uno svantaggio del metodo di modulazione considerato. Per garantire una distorsione minima, è necessario impostare alcuni limiti per modificare l'angolo di taglio e lavorare con un fattore di modulazione non troppo alto.

Nel circuito modulatore di ampiezza mostrato in fig. 8.8, il segnale modulante viene applicato alla base del transistor del generatore di corrente stabile. Il valore di questa corrente è proporzionale alla tensione di ingresso. Per piccoli valori di tensioni di ingresso, l'ampiezza della tensione di uscita dipenderà dal segnale modulante come segue

dove sono i coefficienti di proporzionalità.

Caratteristiche del modulatore di ampiezza

Per selezionare la modalità di funzionamento del modulatore e valutare la qualità del suo lavoro, vengono utilizzate varie caratteristiche, le principali delle quali sono: risposta di modulazione statica, risposta di modulazione dinamica e risposta in frequenza.

Riso. 8.8. Circuito modulatore di ampiezza con generatore di corrente

un. Risposta di modulazione statica

Risposta di modulazione statica (SMC)è la dipendenza dell'ampiezza della tensione di uscita del modulatore dalla tensione di polarizzazione ad un'ampiezza costante della tensione di frequenza portante all'ingresso, cioè .

Nella determinazione sperimentale della caratteristica di modulazione statica, all'ingresso del modulatore viene applicata solo la tensione di frequenza portante (il segnale modulante non viene applicato), il valore cambia (come se la variazione del segnale modulante in statica fosse simulata) e il la variazione dell'ampiezza dell'oscillazione portante all'uscita è fissa. Il tipo di caratteristica (Fig. 8.9, a) è determinato dalla dinamica della variazione della pendenza media del CVC con una variazione della tensione di polarizzazione. La sezione lineare crescente dell'SMX corrisponde alla sezione quadratica del CVC, poiché in questa sezione la pendenza media aumenta all'aumentare della tensione di polarizzazione. La sezione orizzontale dell'SMX corrisponde alla sezione lineare della caratteristica I–V, cioè tratto con pendenza media costante. Quando il transistor passa alla modalità di saturazione, viene visualizzata una sezione orizzontale della caratteristica I–V con pendenza zero, che viene riflessa da una caduta nel CMX

La caratteristica di modulazione statica consente di determinare l'entità della tensione di polarizzazione e l'intervallo di variazione accettabile del segnale modulante al fine di garantirne la dipendenza lineare dalla tensione di uscita. Il funzionamento del modulatore deve avvenire all'interno della sezione lineare dell'SMX. Il valore della tensione di polarizzazione deve corrispondere al centro della sezione lineare e il valore massimo del segnale modulante non deve superare la sezione lineare del CMX. È inoltre possibile determinare il fattore di modulazione massimo in corrispondenza del quale non vi è ancora distorsione. Il suo valore è .

Riso. 8.9. Caratteristiche del modulatore di ampiezza

b. Risposta di modulazione dinamica

Risposta di modulazione dinamica (DMX)è la dipendenza del coefficiente di modulazione dall'ampiezza del segnale modulante, cioè . Questa caratteristica può essere ottenuta sperimentalmente, oppure secondo la caratteristica di modulazione statica. Il tipo di DMH è mostrato in fig. 8.9b. La sezione lineare della caratteristica corrisponde al funzionamento del modulatore all'interno della sezione lineare dell'SMX.

in. risposta in frequenza

risposta in frequenzaè la dipendenza del coefficiente di modulazione dalla frequenza del segnale modulante, cioè . L'influenza del trasformatore di ingresso porta a un collasso della caratteristica alle basse frequenze (Fig. 8.9, c). All'aumentare della frequenza del segnale modulante, le componenti laterali dell'oscillazione modulata in ampiezza si allontanano dalla frequenza portante. Ciò porta ad una loro minore amplificazione a causa delle proprietà selettive del circuito oscillatorio, che provoca un blocco della caratteristica alle frequenze più alte. Se la larghezza di banda occupata dal segnale modulante è all'interno della porzione orizzontale della risposta in frequenza, la distorsione della modulazione sarà minima.

Modulatore di ampiezza bilanciato

Per un uso efficiente della potenza del trasmettitore, viene utilizzata la modulazione di ampiezza bilanciata. In questo caso, si forma un segnale modulato in ampiezza, nel cui spettro non è presente alcuna componente alla frequenza portante.

Il circuito del modulatore bilanciato (Fig. 8.10) è una combinazione di due tipici circuiti del modulatore di ampiezza con connessioni specifiche per i loro ingressi e uscite. Gli ingressi a frequenza portante sono collegati in parallelo e le uscite sono collegate con inversione l'una rispetto all'altra, formando una differenza nelle tensioni di uscita. Il segnale modulante viene inviato ai modulatori in antifase. Di conseguenza, alle uscite del modulatore abbiamo

E , e all'uscita del modulatore bilanciato

Riso. 8.10. Circuito modulatore di ampiezza bilanciato

Pertanto, lo spettro del segnale di uscita contiene componenti con frequenze e . Non esiste una componente di frequenza portante.

Per trasmettere il suono nell'aria, è necessaria un'onda portante ad alta frequenza, o semplicemente una portante, su cui vengono sovrapposte vibrazioni sonore a bassa frequenza utilizzando il processo di modulazione.

La portante è generata da un oscillatore master operante alla frequenza assegnata alla stazione radio (Fig. 1.21) ed avente una stabilità molto elevata. Le sue oscillazioni sinusoidali 1 entrano nel modulatore, dove interagiscono con le oscillazioni sonore 2, formando un segnale modulato 3. Quest'ultimo viene inviato all'amplificatore di potenza e dalla sua uscita all'antenna della stazione radio.

Molto spesso, la modulazione di ampiezza (AM) viene effettuata direttamente nell'amplificatore di potenza, variando la tensione di alimentazione a tempo con le vibrazioni sonore.

Ovviamente con una semionda negativa della tensione sonora l'ampiezza non può che scendere a zero, e con una semionda positiva può aumentare non più di due volte (altrimenti si avrà sovramodulazione e distorsione). Ciò corrisponde al coefficiente di modulazione (il rapporto tra l'ampiezza delle oscillazioni della frequenza audio e l'ampiezza della portante) m = 1. Questa situazione è possibile solo ai picchi del segnale audio, in media la modulazione risulta essere poco profondo, a m ‹‹ 1. Durante il test, il monitoraggio e la sintonizzazione dei trasmettitori utilizzando un segnale sonoro sinusoidale, impostare m = 0,3.

Analizziamo ora gli spettri dei segnali con modulazione di ampiezza. Dicono che la stazione radiofonica funzioni su una certa frequenza, ad esempio 549 kHz ("Mayak" nella banda MW). Ma è solo questa frequenza che occupa il segnale della stazione radio? Si scopre di no. La stazione radio occupa una certa banda di frequenza attorno a quella indicata nei manuali e negli orari delle onde. Per una considerazione più dettagliata di questo problema, assumiamo che la modulazione sia eseguita da un tono puro, cioè un segnale audio con una sola frequenza F.

In questa sezione sarà più conveniente per noi utilizzare non le frequenze cicliche f e F, corrispondenti al numero di oscillazioni al secondo, ma le frequenze angolari ω e Ω, associate a semplici relazioni cicliche: ω = 2πf e Ω = 2πF. Il segnale AM ​​modulato è scritto come: s(t) = (1 + m cos Ω t) cos ω t, dove m è il fattore di modulazione, m< 1. Это выражение в точности описывает форму сигнала 3 на рис. 1.21. Но его можно представить и в другой форме, раскрыв скобки и воспользовавшись известными тригонометрическими формулами для произведения двух косинусов:

s(t) = cos ω t + (m/2) cos (ω + Ω) t + (m/2) cos (ω - Ω) t.

Ora vediamo che non viene emesso un segnale, ma tre, secondo i tre termini di questa espressione.

Il diagramma spettrale del segnale emesso è mostrato in fig. 1.22. A sinistra di esso, la frequenza del suono F è mostrata come una linea verticale, al centro - la frequenza portante f 0 corrispondente al primo termine, e ai lati ci sono altre due frequenze corrispondenti ai termini rimanenti, a frequenze f 0 + F e f 0 - F. Loro così lo chiamano: frequenze laterali, superiori e inferiori. Non ci sono frequenze laterali in assenza di modulazione quando m = 0, ma aumentano a metà del livello della portante (che, per semplicità di ragionamento, viene preso come unità) con piena modulazione, quando m = 1. La potenza di ciascuno di le frequenze laterali sono proporzionali al quadrato della loro ampiezza e cambiano con l'aumentare del coefficiente di modulazione da zero a un quarto della potenza portante.

Cosa succede se la portante viene modulata non con un tono puro, ma con un certo spettro di frequenze audio corrispondenti al parlato o alla musica? Ciascun componente dello spettro audio genera la propria coppia di bande laterali, risultando in uno spettro di segnali modulato complesso contenente le bande laterali portante, superiore e inferiore, come mostrato in Fig. 1.23. La banda laterale superiore (TSB) corrisponde esattamente allo spettro delle frequenze audio (AF), ma viene spostata verso l'alto lungo l'asse delle frequenze di un intervallo corrispondente al valore della portante.

Anche la banda laterale inferiore (LSB) riflette accuratamente lo spettro audio, ma è invertita, cioè rispecchia la banda laterale superiore rispetto alla portante. Come prima, le bande laterali scompaiono in assenza di modulazione e la loro potenza totale aumenta fino alla metà della potenza portante ai picchi di modulazione.

Ora possiamo finalmente rispondere con certezza alla domanda su quale banda di frequenza occupa il segnale della stazione radio. I libri di riferimento indicano la frequenza della portante f 0 situata al centro dello spettro del segnale AM ​​e la larghezza di banda totale del segnale corrisponde al doppio della frequenza modulante superiore F B . In conformità con i GOST domestici, si presume che la frequenza di modulazione superiore sia 10 kHz, quindi l'ampiezza dello spettro di frequenza del segnale della stazione radio è 20 kHz.