Файл: Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие].pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 292

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Из рис.

1.106

видно, что общая ширина спектра

AM колебаний

зависит от

Й м а к с .

т. е. от максимального значения

частоты моду­

лирующего сигнала, и может быть определена по формуле

 

 

2Дш = 2 2 м а к с .

(1.86)

Ширину спектра AM колебаний учитывают при выборе полосы пропускания усилительных каскадов как в оконечных ступенях

передатчика, так и в приемнике. Очевидно,

что для неискажен­

ного усиления

AM колебаний полоса пропускания усилительных

каскадов должна быть не

менее 2QMaKC.

 

 

 

Спектр AM

колебании

Спектр

 

 

 

 

мобулирующеео

 

 

 

 

сигнала

 

 

 

 

'^мин

^ MUXQ

 

 

 

-00

Щ-Яма%

г

W0-Q„UH

Ufc-SWI

 

 

 

и -'тип

—и —лшл

Рис. 1.106. Образование боковых полос при амплитудной модуля­ ции сложным модулирующим сигналом (для упрощения коэффи­ циент модуляции т принят равным единице для всех составляю­ щих модулирующего сигнала)

Б а л а н с м о щ н о с т и п р и

а м п л и т у д н о й

м о д у л я ц и

и

Предположим, что амплитудно-модулированный ток проходит через цепь с активным сопротивлением R. Тогда мощность колеба; ний несущей частоты, выделяемая в этой цепи, определится по

формуле

Рн = ~

PmliR.

 

 

 

 

Мощности колебаний верхней и нижней боковых частот соот­

ветственно

равняются:

 

 

 

 

 

РВ. б. ч

= 4" (~Тт1тнУ%=

" Т Г ^ Н ^

 

 

П

Р

т*

72 О

 

 

'

н. б. ч

*

в. б. ч — g

1 тН^-'

 

Таким

образом,

мощность

колебаний

каждой

из боковых ча­

стот составляет всегда -^-г от мощности .колебаний несущей часто­ ты. Так как коэффициент модуляции никогда не превышает еди­ ницы, мощность колебаний каждой из боковых частот не может превышать 25% мощности колебаний несущей частоты,

135


Максимальная амплитуда AM колебаний

W макс= ( 1 + » ) ' я н .

поэтому максимальное значение выходной мощности равняется

Я " Н а к с = ^ ( 1 + ' ? г ) 2 / - Н ^ -

О - 8 7 )

Это в (1+т)2 больше, чем среднее значение мощности колеба­ ний несущей частоты РЦ. При стопроцентной модуляции, т. е. при m = 1

 

 

 

 

 

Р

"макс

= ' 4 Я Н .

 

 

(1.88)

 

 

 

 

 

 

Н

 

4

'

Поэтому каскады передатчика, работающего в режиме ампли­

тудной

модуляции,

должны

рассчитываться

на максимальную (пи­

ковую)

мощность,

в четыре

раза

большую,

чем мощность колеба­

ний

несущей частоты.

 

 

 

 

 

Можно

показать, что при наличии амплитудной

модуляции уве­

личивается не только

пиковая, но также и средняя

мощность ко­

лебаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительно,

полная средняя мощность A M колебаний опре­

деляется

следующим

образом:

 

 

 

 

 

 

 

Л р AM=

 

+ Л . в. ч + Ль б. ч = ~2 7 m H R +

 

+ ^

W

+ " Г " Ън*

= 4 - Р'пп R (1 + т г ) = Рн (1 +

)• (1 - 8 9 )

или

при /п= 1 / > С р л м = 1,5Рн- Отсюда видно, что при возрастании

пикового значения мощности в четыре раза по сравнению с мощ­

ностью

немодулированных

колебаний среднее значение излучае­

мой мощности возрастает

лишь в полтора раза.

Это

приводит к тому, что лампы передатчиков с амплитудной

модуляцией, рассчитанные на пиковые значения мощности, будут работать с почти трехкратной недогрузкой. Столь низкое исполь­

зование ламп по

мощности является существенным недостатком

схем амплитудной

модуляции.

 

О д н о п о л о с н а я а м п л и т у д н а я

м о д у л я ц и я

Ряд недостатков амплитудной модуляции, в частности плохое использование ламп радиопередатчика, может быть устранен с по­ мощью так называемой однополосной передачи. При однополос­ ной передаче излучается только одна из боковых полос A M коле­ баний. В месте приема с помощью специального гетеродина к уси­ ленным приемником колебаниям боковых частот добавляются ко­ лебания несущей частоты.

При однополосной передаче использование ламп по мощности улучшается в несколько раз по сравнению с передачей полного спектра A M колебаний, так как мощность каждой из боковых

136


частот составляет не более 25% мощности колебаний несущей ча­ стоты.

Кроме того, однополосная передача позволяет сузить

спектр пе­

редаваемых

частот более

чем вдвое,

что, во-первых, разгружает

эфир и, во-вторых, позволяет сузить

полосу

пропускания прием­

ника; последнее

повышает реальную

чувствительность

приемни­

ка, так как увеличивается

отношение

сигнала

к шуму.

 

Важным

достоинством

однополосных

передатчиков,

особенно

при использовании их в линиях войсковой радиосвязи,

является

трудность подслушивания

однополосных

передач.

 

К недостаткам однополосной передачи следует отнести слож­

ность обеспечения точного равенства несущей частоты

передат­

чика и частоты гетеродина, воссоздающего колебания

несущей

частоты в месте

приема.

Кроме

того, схема

радиопередающего

устройства,

работающего

по принципу

однополосной

передачи,

значительно

сложнее обычных

схем.

 

 

 

 

В настоящее время однополосная передача широко использует­ ся в стационарных линиях многоканальной радиосвязи, для ко­

ротковолновой радиотелефонной связи,

а также в телевидении.

Р а д и о т е л е г р а ф н . а я

м о д у л я ц и я

Радиотелеграфной модуляцией, или манипуляцией, называется передача сообщений по радио с помощью условного кода. Раз­

лична

•'мод

Рис. 1.107. Форма колебаний тока в антенне (г'л) и огибающая радиотелеграфного сигнала ("мод)

при передаче буквы «р» кодом азбуки Морзе

личают два основных вида телеграфных кодов: азбуку Морзе и равнозначный код.

В азбуке Морзе (рис. 1.107) применяют неравномерный код, В котором буквы состоят из сигналов различной продолжительно-

137


сти (точки if тире). Азбука Морзе применяется при слуховой ра­ диотелеграфной связи, при которой управление передатчиком осу­ ществляется с помощью ручного ключа, а прием радиотелеграф­ ных сигналов — на слух.

Манипулированные. колебания являются частным случаем ам- плитудно-модулированных колебаний. Огибающая манипулиро-

ванного

колебания

несинусоидальна и может

быть

представлена

в виде

бесконечного

числа

гармонических

составляющих,

каждая

из которых является для манипулированного

колебания

модули­

рующим

сигналом

и создает в спектре

радиотелеграфного

сигнала

две

боковые частоты. Поэтому

спектр

радиотелеграфного сигнала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рис. 1.108)

содержит

бес­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

конечное

число

боковых ча­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стот.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однако

радиотелеграф­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ный

сигнал

 

удовлетвори­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тельно воспроизводится, да­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

же если

в спектре

его пре­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

небречь

боковыми

частота­

 

 

,

. 1,11,111 . 1! .

 

I..

 

ми,

созданными

модулиру­

 

 

 

f

ющими гармониками,

номер

 

 

"

" " "

II I ' »

II I. и „

II II II

 

 

 

 

которых

выше

 

трех. При

 

 

 

«5 Ю Ч- Ю<М ^ f0 _ ^ „

у ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С С С С С С С

С С С С С С С

 

этом

допущении

необходи­

Р и с

1.108. Частотный

спектр

 

радиотеле­

мая

полоса пропускания ра­

 

диопередающего

и

радио­

графного амплитудно-модулнрованного сиг­

нала.

AF—полоса

пропускания,

необходи­

приемного устройств

может

мая

для неискаженного

усиления сигнала

быть вычислена

по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AF — 3N,

где N — число слов,

передаваемых

в

минуту.

 

Максимальная

скорость

ручной

пере­

дачи не превышает

30 слов в минуту. Поэтому необходимая для

воспроизведения

телеграфного

сигнала полоса

частот

Д.Р не пре­

вышает

100 гц, что в десятки

раз меньше

полосы

частот,

зани­

маемой

обычным

(телефонным) амплитудно-модулированным ко­

лебанием. Сужение полосы способствует повышению помехоустой­

чивости радиосвязи. Кроме

того, существенным преимуществом

телеграфного режима является

работа

передатчика

незатухаю­

щими

колебаниями

постоянной

амплитуды,

что позволяет улуч­

шить

использование

ламп

передатчика

по

мощности,

т. е. по­

высить дальность действия

радиостанции

по сравнению

с телефон­

ным режимом.

 

 

 

 

 

 

Основным недостатком ручного телеграфирования является низкая скорость передачи ключом и приема на слух. Поэтому в настоящее время радиотелеграфная связь в основном осуще­ ствляется с помощью быстродействующей буквопечатающей аппа­ ратуры, позволяющей увеличить скорость телеграфирования до 400 и более слов в минуту. При использовании буквопечатающих аппаратов в качестве кода применяют равнозначный или равнобуквенный код, в котором каждая буква кода состоит из пяти или шести элементарных знаков. Из-за увеличения скорости телегра-

138


фирования в быстродействующей аппаратуре полоса частот, зани­ маемая радиотелеграфным сигналом, расширяется до нескольких килогерц. Помехоустойчивость радиосвязи при этом несколько снижается. Поэтому в буквопечатающей радиотелеграфии (в осо­ бенности на магистральных радиолиниях) часто применяется ча­ стотная манипуляция, которая, как будет показано ниже (см. § 11), обладает значительно большей помехоустойчивостью, чем амплитудная модуляция и манипуляция.

В последнее время для целей дальней и космической радио­ связи передаваемая информация часто кодируется числами в си­ стеме двоичного исчисления. Двоичный код является разновидно­

стью

равнозначного

ко­

 

 

да.

Радиопередача

в

 

 

двоичном

коде

 

сводится

 

 

к излучению

 

радиоим­

 

 

пульсов, соответствующих

 

 

единице;

нулю

соответст­

 

 

вует

отсутствие

сигнала.

 

 

Простота

такого

кода по­

 

 

вышает

помехоустойчи­

 

 

вость

и

надежность

ра­

 

 

диосвязи. Особенно высо­

 

 

ка

помехоустойчивость

 

 

радиосвязи

при

сочета­

Рис. 1.109. Фазовая

манипуляция:

нии двоичного

кода

с ча­

и, — код передаваемого сигнала; и2 — фазоманипули ­

стотной или

фазовой

ма­

рованный

сигнал

 

 

нипуляцией. При частотной манипуляции излучение на одной ча­ стоте соответствует нулю, а на другой — единице. При фазовой манипуляции в соответствии с кодом передаваемого сигнала из­ меняется фаза передаваемого сигнала. На рис. 1.109 показан фазоманипулированный сигнал, у которого фаза несущих колеба­ ний изменяется на 180° при передаче каждой единицы.

При космической радиосвязи часто применяют также замедле­ ние передачи информации. При замедленной манипуляции сужает­ ся полоса и увеличивается энергия сигнала. Это приводит к уве­ личению отношения сигнала к шуму, т. е. повышает дальность радиосвязи.

Мо д у л я ц и о н н ы е х а р а к т е р и с т и к и

"Для анализа работы передатчика в режиме амплитудной мо­ дуляции используются следующие характеристики: статическая модуляционная характеристика, амплитудная модуляционная и частотная модуляционная.

С т а т и ч е с к о й м о д у л я ц и о н н о й

х а р а к т е р и с т и к о й

называется зависимость

амплитуды

тока

в антенне 1ЩА О Т вели­

чины

модулирующего

напряжения

.Емод>

т. е. 1ТА=!(Емоц):

По­

скольку ток в антенне пропорционален первой гармонике

анод­

ного

тока, под статической модуляционной

характеристикой

часто

139