Амплитудная модуляция

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева

Г.И. Ильин, Ю.Л. Комаров

Устройства формирования радиосигналов

Учебное пособие

Казань 2013 г.

Введение

Настоящее время является временем информационных технологий и коммуникационных систем. Основным носителем информации являются сигналы. Сигнал как физический процесс предназначен для передачи сообщений, содержащих информацию. Радиосвязь, радиовещание, телевидение, радиолокация и многие другие технические отрасли радиотехники базируются на передаче сигналов с помощью электромагнитных волн излучаемых через антенну. Длина волны излучаемых колебаний соизмерима с геометрическими размерами антенны. Звуковая информация и видеосигналы содержатся в диапазоне низких частот от единиц герц до десятков килогерц. Поэтому для передачи информации используются высокочастотные колебания как переносчика полезного сообщения. Процесс переноса спектра колебаний, несущих в себе информацию, осуществляется управлением низкочастотными колебаниями высокочастотных. Управляющий сигнал изменяет параметры высокочастотного сигнала по закону передаваемой информации. В высокочастотном колебании могут изменяться амплитуда, частота, фаза или их комбинация. Процесс управления амплитудой высокочастотных колебаний называется амплитудной модуляцией. Процесс управления частотой или фазой высокочастотных колебаний называется угловой модуляцией. Передача информации с помощью импульсной модуляции сообщение может содержаться в амплитуде, длительности импульсов, а также в частоте следования их или в количестве импульсов в кодовой последовательности.

Модуляцию можно рассматривать как процесс наложения одного колебания на другое.

Передаваемый сигнал, содержащий информацию, называют модулирующим или управляющим, а высокочастотные колебания, переносчики информации, называются управляемыми или модулируемыми.

Частота модулирующего сигнала должна быть на один и более порядков ниже модулируемого.

Число ступеней модуляции: одноступенчатая, двухступенчатая, трёхступенчатая.

Передаваемая информация осуществляется аналоговым, цифровым или импульсным радиосигналом.

Непрерывная информация, со скачкообразным изменением управляемого параметра называют манипуляцией.

Особый интерес представляют фазовые РТС, содержащие узкополосные линейные системы, в которых фаза гармонического колебания изменяется скачком на заданную величину в диапазоне от 0⁰ до 360⁰ . К ним относятся системы передачи информации, радиолокации, спутниковой навигации. В фазовых РТС искажению подвергаются как фазовая структура радиосигнала, так и его огибающая, что приводит к межсимвольным искажениям. Поскольку символьная синхронизация радиосигнала осуществляется по амплитуде огибающей, то стабильность символьной частоты в итоге и определяет вероятность ошибки на 1 бит.

Важнейшими параметрами, характеризирующими различные виды модуляции, являются:

- спектр частот, определяющий полосу сигнала;

- стабильность несущей частоты;

- КПД устройства;

- помехоустойчивость.

Высокочастотное колебание, модулированное полезным сообщением, называется радиосигналом. Формирование радиосигнала осуществляется в радиопередатчике, который содержит высокочастотный и низкочастотный каналы.

В высокочастотном канале создаются высокочастотные колебания несущей частоты, умножение, усиление по мощности до требуемого уровня.

В низкочастотном канале вырабатывается колебания, изменяющиеся по закону передаваемой информации, которые управляют высокочастотными колебаниями.

Описание модулированных сигналов возможно в рамках временного и спектрального методов. Для неискажённого приёма модулированного сигнала полоса пропускания всех высокочастотных каналов должна быть равна или шире спектра излучаемого сигнала. Спектр модулированного сигнала не должен выходить за выделенную данному каналу полосу излучения.

Излучения, находящиеся за полосой излучаемого сигнала, называются внеполосными. Уровень внеполосных излучений не должен превышать строго нормированной величины.

Если на одной частоте несущих колебаний f_нес требуется передавать информацию от нескольких источников, то используется многоступенчатая модуляция. В этом случае каждое сообщение модулирует свою индивидуальную частоту, называемую поднесущей частотой. Далее все разные поднесущие частоты объединяются в общий групповой сигнал, модулирующий основную несущую частоту канала (рис. 1 ).

-. -. -. -. -. -.- -. -. -. -. -. -. -. -.

-. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -.

Рис. 1. Структурная схема многоступенчатой модуляции.

Каждая поднесущая частота может управляться разными видами модуляции, а также возможны варианты комбинированной модуляции, т.е. ЧМ-ФМ; ЧМ-ЧМ; ФМ-ФМ и др.

ГЛАВА 1

1.1 Общее положение

Передаваемое сообщение может быть речевая, телевизионная, факсимильная, телеметрическая и другая информация, в том числе и считываемая с компьютера. Сообщение может передаваться в форме аналогового или цифрового сигнала. При аналоговом сообщении. основным параметром является полоса частот, занимаемая сигналом,- при цифровом – число бит в секунду, т.е. количество единиц цифровой информации в секунду. Любое сообщение передаётся управляющим сигналом, который принято называть модулирующим. Процесс модуляции заключается в наложении на несущее колебание исходного сообщения. При этом модулирующий сигнал должен точно соответствовать передаваемому сообщению, т.е. полезной информации.

Таким образом, модуляцией называется процесс управления одним или несколькими параметрами колебаний высокой частоты в соответствии с законом передаваемой информации. Передаваемое сообщение трансформируется в сигнал, управляющий высокочастотными колебаниями. При передаче аналогового сигнала частота модулирующих колебание должна быть на один и более порядков ниже высокочастотного колебания, т. е. несущей частоты.

В общем виде излучаемый сигнал записывается:

U_ВЫХ=U(t)Cos[ωt+Ψ(t)+Ψ₀].

В зависимости от того какой параметр сигнала изменяется, различают:

- амплитудная модуляция (АМ)- изменяется U(t);

- частотная модуляция (ЧМ) – изменяется ω(t);

- фазовая модуляция (ФМ) – изменяется Ψ(t);

- импульсная модуляция (ИМ) – соответствует амплитудной модуляции со скачкообразным изменением амплитуды;

- однополосная модуляция (ОМ).

Непрерывное сообщение со скачкообразным изменением управляемого параметра называется манипуляцией.

Для неискажённой радиосвязи полоса пропускания всех высокочастотных трактов радиопередатчика и приёмника должна быть больше или равна ширине спектра излучаемого сигнала. Спектр модулирующего сигнала не должен выходить за выделенную каналу допустимую полосу частот излучения.

Излучения, лежащие за пределами выделенной полосы частот для передачи информации, называются внеполосными. Их уровень не должен превышать строго нормированной величины, чтобы не создавать помехи другим радиостанциям, работающим на частотах соседних каналов.

Ширина спектра модулированного высокочастотного сигнала Δω зависит от полосы спектра передаваемой информации и от вида модуляции. Параметр, позволяющий сравнивать различные виды модуляции, является база сигнала:

В= Т Δω,

где Т – длительность элементарной посылки (элемента посылки).

При передаче аналоговой информации верхняя частота спектра F связана с параметром Т (длительностью сигнала), соотношением Т=1/2F, поэтому база сигнала принимает вид:

В= Δω/2F.

При передаче цифровой информации двоичным кодом, состоящим из логических 1 и 0, величина длительности элементарной посылки равна Т=1/V. В этом случае база сигнала определяется:

В= Δω/V,

где V – скорость передачи элементарных посылок.

При базе сигнала В=1 высокочастотный модулированный сигнал называется узкополосным, при В>>1 называется широкополосным.

Вид модуляции и значение базы сигнала В оказывают существенное влияние на помехоустойчивость радиотехнической системы, а также на получение необходимого соотношения сигнал/шум, для надёжного распознавания целей и устойчивой радиосвязи.

В идеальном случае радиопередатчик должен излучать сигнал на несущей частоте со спектром, укладывающимся в выделенную полосу частот канала. Однако, вследствие характера нелинейных процессов, протекающих в каскадах радиопередатчика, в спектре излучаемого сигнала появляются побочные составляющие, лежащие за пределами, но вблизи выделенной полосы частот, которые называются внеполосными. Кроме того радиопередатчик может излучать гармоники основной частоты, т. е. 2ω,3ω и т.д., а также субгармоники, т.е. на более низких частотах ω/n.

Исключить полностью побочные излучения невозможно, поэтому устанавливается норма на их уровень, как правило, в относительных единицах к мощности полезного излучения. Обычно эта норма составляет более 60 дБ по мощности. Эти требования определяются электромагнитным полем, образуемымся вокруг Земли и «диктуются» проблемой электромагнитной совместимостью, т.е. с одновременной работой нескольких радиотехнических систем без взаимного влияния друг на друга. Кроме того на Землю приходят сигналы из космоса и от спутников, на каждом из которых установлено по несколько радиостанций. Только систем дальней спутниковой - космической радиосвязи в мире насчитывается более 50. При этом следует рассматривать электромагнитную совместимость радиотехнической аппаратуры, работающей в пределах одного объекта.

На современных объектах: самолётах, кораблях, танках, бронетранспортёрах, спутниках располагаются разнообразная радиотехническая аппаратура, относящаяся к разным системам и работающая в разных частотных диапазонах. Все радиотехнические системы содержат радиопередатчики и радиоприёмники, которые не должны влиять друг на друга при одновременной работе. Только при условии выполнения требований на допустимые нормы побочного излучения может быть решена проблема электромагнитной совместимости различных систем радиоаппаратуры, работающей на одном объекте или в ограниченном пространстве.

Космическая радиосвязь со спутниками охватывает обширную территорию Земли, например, Россию. Поэтому, чтобы радиоизлучения со спутников не влияли на наземные средства радиосвязи, мощность спутникового радиопередатчика ограничивается. Вводится норма на плотность потока мощности, создаваемого излучениями спутника у поверхности Земли, которая не должна превышать – 152 дБ Вт/м² в полосе 4 кГц.

Одновременно вводятся жёсткие требования на побочные излучения радиовещательных и телевизионных наземных радиопередатчиков для исключения взаимного влияния друг на друга.

В каждой стране созданы государственные службы, регламентирующие весь комплекс вопросов, связанных с радиоизлучением. Эти службы выдают лицензии фирмам на право работать в определённом диапазоне на строго фиксированных частотах, регламентируют нормы на параметры радиоэлектронных систем, в том числе на допустимые побочные излучения радиопередатчиков. Выходить в эфир без разрешения этих служб запрещено и уголовно наказуемо. Распределением частот, вопросами нормирования параметров радиоэлектронных систем, исследованием всего комплекса технических характеристик, связанных с передачей и приёмом радиосигналов, занимается Международный союз электросвязи (МСЭ), членом которого является Россия. МСЭ, исследует технические проблемы, относящиеся к космической, воздушной, морской и наземной подвижной и стационарной радиосвязи, радионавигации и радиолокации. Он разрабатывает рекомендации по организации всемирной службы передачи стандартных частот, сигналов времени и др. Существует частота для передачи срочных, аварийных сообщений. В УКВ радиосвязи «аварийная частота» равна 121,5 МГц.

При амплитудной модуляции сигнал всегда является узкополосным, при фазовой и частотной может быть узкополосным или широкополосным в зависимости от индекса модуляции.

Радиоизлучения во всех системах должны соответствовать международным нормам.

1.2 Амплитудно – модулированные колебания.

При АМ колебание амплитуды, как мы уже сказали, является функцией времени вида I_m(t)= I_m[1+f(t)]. Функция f(t), выражающая изменение параметра в такт с модулирующим сигналом, называется модулирующей функцией.

Амплитудно – модулирующий ток можно получить различными способами. Самым простым, (наглядным) путем является изменения в такт с модулирующим сигналом сопротивления, к которому приложено напряжение высокой частоты. Выражение АМ колебаний записывается в общем виде следующим образом i = I_m[1+f(t)]cos(ω₀t + φ₀).

Колебание, представленное членом I_m cos(ω₀t + φ₀) называется несущим, а ω₀ является несущей частотой. Самое простое выражение модулирующей функции f(t) – синусоидальная функция времени f(t)=mcos(Ωt + φ_Ω). В этом случае амплитудно – модулированное колебание может быть представлено выражением:

i = I_m[1+ mcos(Ωt + φ_Ω) cos(ω₀t + φ₀),

где m –индекс модуляции (глубина модуляции), Ω – частота модуляции.

1.3 Фазово – модулированные колебания.

В ФМ колебаниях фазовый угол φ изменяется во времени согласно выражению: φ = φ₀ + φ(t), где φ₀ – постоянная величина, и φ(t) – изменяющаяся во времени функция того же вида, что и модулирующий сигнал.

Выражение колебаний с фазовой модуляцией имеет вид: i = I_mcos[ω₀t + φ(t) + φ₀], где I_m – амплитуда, постоянная величина, а фазовый угол φ(t) изменяется во времени по закону передаваемой информации, ω₀ – несущая частота, φ₀ - начальная фаза.

Если предположить, что модулирующий сигнал изменяется во времени по синусоидальному закону, то фаза сигнала запишется φ(t) = φ₀ + ∆φcos(Ωt + φ_Ω). В этом случае выражение фазово – модулированного колебания будет иметь вид:

i = I_mcos[ω₀t + ∆φcos(Ωt + φ_Ω) +φ₀],

где ∆φ – значение изменения фазы при модуляции, пропорциональное амплитуде модулирующего сигнала.

1.4 Частотно – модулированные колебания.

При частотно – модулированном колебании мгновенная частота будет определяться выражением ω(t) = ω₀ + f(t), т.е. мгновенная частота ω(t) изменяется во времени в соответствии с передаваемой информацией. Частота в ЧМ сигнале выражается через интеграл, т.е. ∫ω(t)dt = ∫[ω₀ + f(t)]dt. Поэтому выражение частотно – модулированного колебания запишется:

i = I_mcos[ω₀t + ∫f(t)dt + φ₀].

Если модулирующий сигнал имеет синусоидальный закон изменения во времени, т. е.

ω(t) = ω₀ + ∆ωcos(Ωt + φ_Ω), то в в общем виде колебание буде иметь вид:

i = I_mcos[ω₀t + ∆ωsin(Ωt + φ_Ω)/Ω + φ₀]

Величина ∆ω- называется девиацией частоты, она пропорциональна интенсивности модулирующего сигнала. Отношение β = ∆ω/Ω – называется индексом частотной модуляции, следовательно, индекс модуляции β обратно пропорционален частоте модуляции.

ГЛАВА 2

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Амплитудная модуляция (АМ) осуществляется изменением напряжения на одном или нескольких электродах активного элемента модулируемого каскада в соответствии с законом передаваемой информации. Задающий генератор не модулируют, так как изменение режима автогенератора неизбежно приводит к нестабильности частоты автоколебаний.

2.1. Общие вопросы амплитудной модуляции.

Методы осуществления АМ можно разделить на две группы:

1. Методы, при которых напряжение на выходном электроде модулируемого каскада во время модуляции остаётся постоянным. К этой группе относятся все разновидности модуляций по управляющему электроду.

2. Методы, при которых напряжение на выходном электроде в процессе модуляции изменяется по закону управляющего сигнала. К этой группе относятся все виды модуляции по выходному электроду.

В передатчиках длинных, средних и коротких волн применяется почти исключительно АМ. При АМ амплитуда колебаний отклоняется от своего среднего значения пропорционально величине в каждый данный момент времени модулирующего напряжения (тока), по закону передаваемого сигнала. АМ осуществляется генераторов с внешним возбуждением по изменению напряжения на выходном или предоконечном каскаде. В простейшем случае, при модуляции одной частотой Ω, высокочастотный ток будет иметь вид:

i = (I_{1 m} + I_ΩcosΩt)cosω₀t или i_a = I_{1 m}(1 + mcosΩt)cosω₀t, (2.1)

где m = I_Ω/I_{1 m} –индекс модуляции (глубина);

I_1m - амплитуда тока несущей частоты, т.е. амплитуда первой гармоники тока активного элемента на частоте ω₁;

I_Ω – амплитуда тока модулирующего сигнала (амплитуда огибающей высокой частоты).

Согласно (2.1) временная диаграмма амплитудно – модулированного колебания будет иметь вид:

Если обозначить через I_max и I_min максимальную и минимальную амплитуду колебаний во время модуляции, а через I_а1 – амплитуду тока при отсутствии модуляции, то в выражении (2.1) получим их значения:

• При Ωt = 2kπ (где k=0,1,2,3..) I_1max = I_a1(1 + m) (2.2)

• При Ωt = (2k + 1)π, амплитуда колебаний I_1min = I_a1(1 – m) (2.3)

Из (2) и (3) имеем:

m = ( I_a1max – I_a1min )/(I_a1max + I_a1min ) (2.4)

I_1min=0, при m=1, a I_1mak = 2I₁

В этом случае говорят, что глубина модуляции равно 100%. При m>1 возникают искажения передаваемых сигналов. Поэтому модуляция более > чем 100% в передатчиках не желательна (не допускается).

Раскрыв в выражении (2.1) скобки и воспользовавшись тригонометрической формулой cosα*cosβ = ½ cos(α - β) + ½ cos(α + β), получим выражение для амплитудно – модулированного колебания:

i = I_a1cosω₀t + mI_{1 m}cos(ω – Ω)t + mI_{1 m}cos(ω + Ω)t. (2.5)

Первый член, совпадающий с выражением для немодулированного тока (m=0), называют несущим колебанием. Второй и третий члены имеют место только при наличии модуляции. Соответственно их называют колебания нижней и верхней боковой частоты.

Спектр модулированных колебаний высокой частоты гармоническим сигналом имеет вид:

Если модуляция производится не гармоническим, а более сложным колебанием (речь, музыка), то имеет место не боковые частоты, а боковые полосы частот модуляции. При любом способе АМ различают три основных режима работы: молчания (или несущей), максимальный и минимальный. В режиме несущей частоты мощность передатчика равна Р1Н = ½ I21 mRoe. В тот момент времени, когда амплитуда первой гармоники входного тока проходит через максимум (I1max) мощность колебаний высокой частоты достигает максимальной величины.

При проектировании передатчиков активные элементы выбираются из условия обеспечения максимальной мощности.

P_1max= ½ I²_{1 max}Roe = ½ I²_a1 (1 + m)^2*Roe = P_1H(1 + m)²,

отсюда видно, что при m=1, P_1max=4P_1H, т.е. максимальная мощность, развиваемая активным элементом, равна учетверенной мощности в режиме молчания, т.е. несущей частоты.

P_1min= ½ I²_{1 min}Roe = ½ I _а1(1 – m)^2*Roe = P_1H(1 – m)².

При m= 1, Р _min = 0.

Средняя мощность за период модулирующей частоты определяется следующим образом:

P_1cp = .

Выражение m²P_1H/2 характеризует мощность, приходящуюся на боковые полосы модуляции. При возрастании глубины модуляции от 0 до 100%, P_1cp возрастает в 1,5 раза.

Для повышения уровня сигнала в приемниках передатчики выгодно проектировать с глубиной модуляции 100% ..

Необходимость обеспечить при m=1 пиковой мощности, в четыре раза превосходящей мощность в режиме молчания, и соблюдение линейности статической модуляционной характеристики - два трудновыполнимых требования. В пиковой точке максимальной мощности все параметры активного элемента не должны превышать предельно допустимых параметров на данный активный элемент.

Uвых = Еист.пит.(1+έ_макс)(1+m),

где έ_макс- коэффициент использования источника питания по выходному электроду.

При m = 1 и έ _макс близким к 1, напряжение питания для АЭ следует устанавливать не более 25% от допустимого Е.

Однако, при передаче речи, и особенно музыки, средняя глубина модуляции спектра модулирующих сигналов на много меньше 100%, порядка 20 – 30%, что снижает энергетическую эффективность передатчика.

Качество передаваемых сигналов определяется тремя основными факторами:

1. Коэффициентом нелинейных искажений;

2. Частотной модуляционной характеристикой;

3. Уровнем фона.

Для определения степени нелинейных искажений, возникающих в генераторе, могут служить статические модуляционные характеристики, изображающие зависимость амплитуды высокой частоты от модулирующего фактора. Они представляет собой зависимость первой гармоники тока (I₁) от модулирующего фактора (напряжения).

Статические модуляционные характеристики для выходной и входной цепей модуляции имеют вид:

Модуляция по входной цепи Модуляция по выходной цепи

Статическая модуляционная характеристика (СМХ) показывает, что при ее снятии процесс модуляции отсутствует, а напряжение на электрической цепи U плавно изменяется вручную.

Для полного отсутствия нелинейных искажений амплитуда колебания должна отклоняться от своего начального значения строго пропорционально изменению модулирующего фактора. Поэтому неискаженная модуляция имеет место только в пределах прямолинейного участка наклонной части СМХ.

Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений

В случае передачи речи, при возрастании коэффициента нелинейных искажений (К), сначала возникают искажения тембра голоса (при К = 4 - 5%), а затем появляются хрипы ( при К= 10 – 15%).

СМХ не позволяют учесть искажений связанных с частотой передаваемых сигналов. Для этой цели служат динамические модуляционные характеристики (ДМХ), снимаемые обычно для всего передатчика в целом, включая и модулирующее устройство.

ДМХ характеризуют зависимость коэффициента модуляции (m) на выходе передатчика от изменения амплитуды и частоты модулирующего напряжения на входе передатчика. Характер динамических модуляционных характеристик имеют вид:

Для передачи художественной телефонии требуется горизонтальность характеристик в пределах от 20 30Гц до 6 8кГц с точностью ±(1 - 1,5дБ), т.е. ±(12–19%) по амплитуде. Частотные искажения – это уменьшение глубины модуляции со стороны низких и высоких частот.

Фон – это паразитные модуляции, вызванные, например, вследствие неполного сглаживания пульсации выпрямителей напряжений источников питания, а также при питании переменным током накальных цепей генераторных ламп (в случае прямого накала).

В пентодном усилителе ток анода является функцией следующих напряжений:

I_a=f(Ea;Ес₃; Ес₂ ;Е_см)

Поэтому АМ в усилителе можно осуществить, изменяя напряжение на любом из электродов активного элемента или изменением нагрузки.

Изменением напряжения Е_см осуществляют так называемую модуляцию смещением – сеточную, базовую модуляции.

Изменением Ес₂ осуществляют экранную модуляцию. Экранная модуляция используется, главным образом, в комбинации с другими способами.

Изменением Ес₃ осуществляется модуляция на защитную сетку (ее часто называют пентодной модуляцией).

Изменение Еа получают модуляцию по выходному электроду (коллектору, аноду). Этот способ модуляции широко применяется в современных вещательных передатчиках большой и средней мощностей в комбинации с другими видами модуляции.

2.2. Модуляция по входному электроду.

Схемы управления по входному электроду (сетке и базе) представлены ниже.

11

Модуляция смещением осуществляется изменением с низкой модулирующей частотной величины напряжения смещения Е_см, подаваемого на управляющий электрод активного элемента генератора высокочастотных колебаний с внешним возбуждением. Т.е. мгновенное значение напряжения на управляющем электроде равно:

U_вх = E_см + U_дΩcosΩt + U_дcosωt,

где напряжение смешения E₁(Ωt) = E_см + U_дΩcosΩt. изменяется в такт с частотой модулирующего сигнала.

Амплитудная модуляция смещением в режиме А принципиально невозможна, поскольку в этом случае меняется только постоянная составляющая тока, а амплитуда I₁ первой гармоники остается постоянной. Изменение смещения в режиме с отсечкой приводит к изменению тока i_выч и угла отсечки θ, а, следовательно, и составляющих I₁ и I₀, т.е.

I₁ = α₁i_max = f(E₁)

I₀ = α₀i_max = f(E₁)

Представим для наглядности графики АМ со смещением:

На графиках представлены: а) слева статическая характеристика АЭ; б) в центре импульсы тока, соответствующие различным напряжениям смещения при постоянной амплитуде напряжения возбуждения; в) справа статическая модуляционная характеристика СМХ.

С уменьшением отрицательного смещения на управляющем электроде увеличивается угол отсечки, максимальное значение амплитуды тока первой гармоники и постоянная составляющая тока, т.е.I₁ и I₀.

Нарастание импульсов токов с некоторого момента замедляется, а затем и прекращается. Это происходит из-за перехода усилителя в перенапряженный режим, при котором из-за появления седловины в импульсе тока прекращается рост I₁ и I₀. Т.е. АМ смещение возможно только при работе усилителя в недонапряжённом режиме. Поэтому, во избежание нелинейных искажений за счет верхнего загиба СМХ, рабочую точку выбирают так, чтобы максимальное напряжение модуляции оставалась либо в граничном режиме, либо в недонапряженном, но близком к граничному режиму.

СМХ практически близки к линейному закону при углах отсечки импульса тока 60^о ≤ θ ≤ 120^о. При θ 60^o и θ > 120^о появляется загиб в СМХ и соответственно появляются нелинейные искажения передаваемого сигнала. Т.е. при модуляции по входному электроду, энергетический режим генератора не выгоден, т.к. низкий К.П.Д. из-за работы в недонапряженном режиме. Из-за больших нелинейных искажений нельзя получить коэффициент модуляции m = 1..

Активный элемент модулируемого каскада должен быть выбран на максимальную мощность Р_max= P_n(1+m)². Мощность модулятора при сеточной и базовой модуляции на 1-2 порядка меньше, чем при анодной и коллекторной модуляции соответственно.

Коэффициент полезного действия (КПД) во время модуляции меняется, поскольку изменяется коэффициент использования источника питания по выходному электроду = . Величина тока выходного электрода изменяется по закону управляющего сигнала U_вых= I_выхR_н. Величина КПД равна = _max , т.е. вдвое меньше, чем в максимальном режиме.

В виду малых амплитуд тока и напряжения на выходе модулятора, т.е. в цепи управления генератора высокочастотных колебаний модуляторы могут рассчитываться на сравнительно малые мощности. Это достоинство.

2.3. Модуляция по выходному электроду

Схемы управления по выходному электроду (аноду и коллектору) представлены ниже.

Модуляция по выходному электроду производится в перенапряжённом режиме. Модуляционная характеристика практически линейна за исключением небольшого участка в начале характеристики.

Для обеспечения линейности модуляционной характеристики используют двойную модуляцию по выходному и входному электродам за счёт автоматического смещения на управляющем электроде. Величину сопротивления автоматического смещения R_см рассчитывают в максимальном режиме модуляции. Величин ёмкости блокирующего конденсатора С_см в цепи автоматического смещения должна быть выбрана так, чтобы на верхней модулирующей частоте Ω_в удовлетворялось неравенство 1/2 Ω_вС_см R_см. Мощность возбуждения предыдущего каскада рассчитывают в максимальном режиме, где ток входного электрода наибольший.

В радиовещательных передатчиках большой мощности используется тройная модуляция, при которой модулируют предыдущий каскад. Глубина модуляции этого каскада не критична, индекс модуляции m=0,8 0,95. При тройной модуляции электронный режим активного элемента во время модуляции мало меняется. Наибольшее значение входного тока намного меньше, чем при двойной модуляции в максимальном режиме и в этом режиме рассчитывают мощность возбуждения.

Мощность модулятора велика, она равна мощности выходного генератора высокой частоты Р_вых = 0,5I₁²R_ое.

Основными недостатками модуляции по выходному электроду являются чрезвычайно низкие энергетические показатели и недостаточная помехоустойчивость.

Достоинствами являются возможность обеспечения сколь угодно высокой стабильности частоты и сравнительно узкая полоса частот, занимаемая радиосигналом.

Для повышения энергетической эффективности радиовещательных передатчиков в настоящее время используется динамическое управление уровнем несущей частоты, при котором амплитуда несущей частоты изменяется в соответствии с передаваемой информацией. При этом мощность, потребляемая модулируемым каскадом, уменьшается почти вдвое при неизменной мощности боковых полос. Расчёт генератора высокочастотных колебаний при всех видах АМ начинается с максимального режима. По напряжённости этот режим во всех случаях является граничным. Затем рассчитывается режим молчания и определяется требуемая мощность амплитудного модулятора.

2.4. Автоматическое регулирование линеаризации процесса при АМ.

Снизить коэффициент нелинейных искажений можно с помощью схемы автоматического регулирования процесса амплитудной модуляции. Структурная схема приведена на рис.2.1. В схеме происходит сравнение двух сигналов: входного модулирующего и выходного, снимаемого с линейного амплитудного детектора. В результате сравнения выделяется сигнал ошибки U_{ош ,} который подаётся на регулируемый аттенюатор, с помощью которого вносятся предыскажения во входной модулирующий сигнал. Таким образом, автоматически компенсируются все нелинейные искажения сигнала при его дальнейших преобразованиях, тем самым снижается значение коэффициента нелинейных искажений К_нел.

Р₁

Р_воз

U(t )

Рис.2.1.

2.5. Амплитудная манипуляция тонально модулированных колебаний.

В этом случае несущая частота модулируется по амплитуде тоном. Этот способ телеграфирования выгоден при слуховом приеме телеграфных сигна­лов. Частота модуляции выбирается в пределах (400-1000) Гц с коэффициентом модуляции близким к 100%. Чистота звука, слышимого в приемнике, зависит толь­ко от частоты модуляции. Формируются колебания со 100% амплитудной модуляцией и огибающей, имеющей форму прямоуголь­ных импульсов. Частота повторения этих импульсов F = 0.5N бод. Спектр сигнала линейчатый. Если амплитуду высокочастотных колебаний в режиме нажатия ключа принять за единицу, то амплитуда составляющих спектра будут определяться как коэффициенты ряда Фурье:

a₀= 0.5,

Колебания занимают широкую полосу частот.

Для n =31

Полоса частот на уровне 0,01 составит 6кГц.

Слуховой прием таких сигналов возможен при наличии помех от других станций.

Недостаток - уменьшение мощности передатчика и расширение полосы частот.

По помехоустойчивости АМ существенно уступает частотной и фазовой модуляциям.