Модуляция; назначение, виды модуляции, параметры. Спектры модулированных сигналов

Радиопередающие устройства (РПДУ) предназначены для передачи

сообщений на значительные расстояния с помощью электромагнитных волн и обеспечивают выполнение следующих функций:

- генерирование электромагнитных колебаний;

- их модуляцию в соответствии с передаваемым сообщением;

- усиление сигналов и их фильтрацию.

РПДУ входит в состав радиотехнических систем и комплексов, содержащих антенны, радиоприёмные устройства, а также специальные вспомогательные устройства.

Структура и параметры РПДУ определяются:

1. Назначением систем связи или РТ-системы; назначение определяет диапазон рабочих частот на основе принятых международных и Государственных распределений радиочастот).

2. Обеспечением необходимого качества связи за счёт регламентации характеристик трактов, уровней нелинейных и частотных искажений.

3. Обеспечением ЭМС с другими радиоэлектронными средствами (ограничение по и уровням внеполосного и побочного паразитного излучения).

4. Условиями эксплуатации РПДУ, условиями климатических и механических воздействий, требованием по надёжности, наличием систем контроля и диагностики режима работы.

5. Проблемами экологии в отношении воздействия на биологические объекты, а также уменьшения выброса тепла в окружающую атмосферу.

6. Технико-экономическими показателями: стоимостью разработки, изготовления и эксплуатация РПДУ.

Классифицируются РПДУ по следующим признакам:

1. По назначению:

- связные, связные магистральные,

- связные с подвижными объектами,

- радиолокационные, радионавигационные, радиоуправления,

- телевизионные,

- радиотелефонные, аппаратура сотовых мобильных сетей.

2. По числу радиоканалов: - одноканальные, - многоканальные;

3. По видам уплотнения каналов: - FDMA, - TDMA, - CDMA;

4. По роду работы (видам модуляции и излучений):

- телеграфия, - телефония, - импульсные;

5. По виду сигналов: - аналоговые, - цифровые;

6. По виду носителей: - стационарные, - мобильные: бортовые, носимые;

7. По уровню выходной мощности P_вых:: мощные, средней мощности, маломощные.

Основные параметры РПДУ

1. Диапазон рабочих частот, полоса рабочих частот (полоса частот, в пределах которой значения параметров РПДУ не хуже, заданных ТУ).

2. Величина P_вых, определяющая дистанцию связи.

3. Общий КПД (отношение излучаемой мощности к мощности, потребляемой от источника питания, в том числе расходуемую и на охлаждение РПДУ).

4. Виды сигналов и способы их модуляций: АМ, ЧМ, ФМ, ИМ, цифровые виды модуляции; ширина спектра излучаемых сигналов.

5. Способ передачи сообщений (радиотелевещание, радиотелефонные каналы связи, линии радиоуправления и др.).

6. Уровни внеполосных (паразитных) излучений.

7. Быстродействие (скорость перестройки по частоте).

8. Параметры качества (уровни паразитной модуляции, перекрёстных помех, шумов и т.д.).

9. Удобство эксплуатации (степень автоматизации, сервиса и контроля, возможность взаимодействия с РС; надёжность и затраты на эксплуатацию; виды и способы охлаждения выходных каскадов).

Обобщенная структурная схема РПДУ представлена на рис.1.

Рис.1.Обобщенная структурная схема РПДУ

Основные энергетические параметры РПДУ – уровень выходной мощности и КПД – определяются видами и параметрами активных элементов оконечных каскадов усилителей мощности РПДУ. Достигнутые значения этих параметров современных биполярных и полевых транзисторов, ЛБВ, магнетронов, генераторных ламп (электровакуумных триодов и тетродов), полупроводниковых генераторных диодов для различных диапазонов частот приведены на рис.2а,2б.

Рис.2а

Рис.2б. Достигнутые значения параметров активных элементов

современных РПДУ

Рассмотрим конструкции и принципы действия таких генераторных (т.е. предназначенных для работы в выходных каскадах РПДУ) активных элементов.

Генераторные лампы (ГЛ)- мощные электровакуумные триоды, тетроды,

пентоды - так называемые «генераторные лампы» - являются основным мощным электронным прибором, используемым в мощных РПДУ ДВ, СВ, КВ, УКВ, частично ДЦМ диапазонов. Верхний предел мощности ГЛ в импульсном режиме работы может приближаться к МВт. Это триоды (3х-электродная лампа), тетроды (4х-электродная лампа), пентоды (5ти-электродная лампа) (рис.3а, 3б, 3в соответственно).

Рис.3а Рис.3б Рис.3в

Сами ГЛ являются усилительными приборами и процесс генерации в

генераторах на их основе реализуется схемными методами. Термин «генераторная» указывает лишь на область использования таких приборов.

Процесс усиления сигналов в ГЛ обеспечивается за счет модуляции электронного потока, распространяющегося в условиях вакуума под действием ускоряющего поля анода от катода к аноду ГЛ. Электронный поток образуется за счет термоэмиссии электронов с активированной поверхности катода.

Классифицируются современные ГЛ по уровню выходной мощности

следующим образом:

– маломощные Р_вых 25 Вт

– средней мощности 25 Вт Р_вых 1кВт,

– мощные Р_вых 1кВт.

Для обозначения ГЛ используется следующая нумерелогия:

1. «Г» – генераторная;

2. «К»-коротковолновый, «У»-УКВ, «С»- сантиметровый диапазон рабочих частот, «М»-модуляторные, «И»–импульсные.

3. – две цифры– номер заводской разработки.

4. Способ охлаждения анода: «А»–жидкостное (водяное) принудительное, «Б»–воздушное принудительное, «П»–пароводяное; при отсутствии буквы– естественный способ охлаждения.

Аноды мощных генераторных ламп выполняются из меди и для них используется принудительный воздушный или жидкостной способ охлаждения; анод при этом является частью баллона лампы, т.е. он расположен снаружи; сам баллон лампы выполняется или из стекла, или из керамики.

Аноды ламп средней и малой мощности обычно изготавливаются из тугоплавких металлов (Та, Мо, Zr) и размещаются внутри стеклянного баллона лампы.

Обычно генераторные лампы включаются по следующей схеме: анод подсоединен к корпусу, а на катод подано высокое напряжение отрицательной полярности. Типовая схема усилительного каскада на генераторном тетроде представлена на рис.4.

Параметры ГЛ:f_max; полезная мощность Р_~ном; предельно-допустимая мощность, рассеиваемая на аноде ГЛ (Р_адоп) (именно её необходимо отвести системой охлаждения); Р_сдоп; Р_эдоп; J_э– ток эмиссии катода; напряжение накала.

Типовой режим работы: используется режим класса В с сеточными токами; по степени напряженности – режим перенапряженный или граничный.

К достоинствам УМ на ГЛ следует отнести:

– стойкость к внешним воздействиям (в частности– к радиации);

–большой коэффициент усиления Кр;

–высокая линейность амплитудной характеристики;

–высокий уровень выходной мощности Рвых и КПД.

−высокая эффективность в импульсном режиме работы.

К недостаткам

– высокие значения питающих напряжений (единицы – десятки кВ), и как

следствие – сложность реализации источников питания и проблемы с ТБ;

- узкополосность усилительных каскадов; необходимость, как следствие,

использовать сложные системы перестройки большого числа контуров при работе в широкой полосе частот

- необходимость применения цепей накала;

- габариты и веса, уступающие твердотельной электронике.

Лампы бегущей волны (ЛБВ)

Принцип действия ЛБВ основан на взаимодействии электронного потока с замедленной волной электромагнитного поля, распространяющегося вдоль замедляющей системы в продольноммагнитном поле (рис.5). Электроны, вылетающие из катода в результате термоэлектронной эмиссии, дрейфуют от катода к аноду вдоль замедляющей системы (ЗС) под действием ускоряющего электрического поля анода, группируясь (фокусируясь) в тонкий циллиндрический пучек под действием продольного постоянного магнитного поля. На входе в ЗС под воздействием входного СВЧ сигнала электронный пучек модулируется по скорости, т.е. электроны приобретают различные скорости: ускоряются, если СВЧ поле их ускоряет дополнительно к полю анода; или замедляются, если СВЧ поле их тормозит относительно скорости, определяемой постоянным электрическим полем анода.

Рис.5

В пространстве дрейфа электронный поток группируется в «сгустки», которые, двигаясь к аноду, взаимодействуют с замедленной замедляющей системой электромагнитной волной.

Причем, «сгусток» электронного потока отдает энергию этому замедленному полю, тем самым усиливая его, лишь в том случае, если «сгустки» находятся в тормозящей фазе СВЧ поля. В ускоряющей фазе СВЧ поля электроны просто отсутствуют (дрейфует т.н. «разряженность» электронного потока); поэтому просто нечему отбирать энергию от СВЧ поля. Таким образом, в итоге происходит усиление входного СВЧ сигнала. А продольное постоянное магнитное поле компенсирует взаимное расталкивание электронов в «сгустках».

Параметры современных ЛБВ: рабочие диапазоны частот: 1–2ГГц, 2–4ГГц, 4–8ГГц; 8–12ГГц; 12–16ГГц; Р_вых ~100Вт; 1 кВт; К_р до 45дБ; КПД до 70%.

В современных ЛБВ фокусирующая магнитная система выполняется пакетированной (набирается пакет магнитов из ферритовых колец).

Области применения ЛБВ: 1) спецтехника СВЧ диапазона, 2) бортовые РПДУ спутникового телевещания (f=11–15ГГц; Рвых~100Вт).

Обозначение в КД: УВ и далее следует заводской номер.

Магнетроны (М)

Магнетрон представляет собой двухэлектродный СВЧ генераторный прибор (рис.6), основанный на взаимодействии e-потока с электромагнитным ВЧ полем при движении электронов от катода к аноду в поперечномпостоянном магнитном поле. Конфигурация анода магнетрона в поперечном сечении и варианты возможных траекторий движения электронов в поперечном магнитном поле представлены на рис.6 и 7. В аноде магнетрона прорезаны резонаторы (обычно 8–12 шт.). Частота выходного сигнала магнетрона определяется частотой настройки его резонаторов. Все они настроены на одну и ту же частоту. Все резонаторы связаны с областью дрейфа e-потока (пространством между анодом и катодом) щелью связи.

Все траектории движения электронов под действием двух постоянных полей: электрического ускоряющего (напряжение между анодом и катодом) и поперечного магнитного по своей математической сути есть циклоиды.

Если электрон, пролетая вдоль щели связи, попадает в тормозящую фазу СВЧ поля, возбужденного в резонаторе, он тормозится этим полем и отдает ему свою энергию–энергию источника питания, усиливая СВЧ поле. Если же электрон, пролетая вдоль щели связи, попадает в ускоряющую фазу СВЧ поля, он ускоряется этим полем, а следовательно, отбирает у него энергию.

За счет модуляции электронного потока по скорости (следовательно, и по плотности) электронное облако группируется в т.н. «спицы», представляющие собой вращающиеся «сгустки» и «разряженности» электронного потока. Число «спиц» при этом равно числу резонаторов анода. Если за счет выбора режима обеспечить синхронизм вращения электронного облака с изменением направления СВЧ поля на щелях резонаторов, так что «спица», представляющая собой «сгусток» электронов, будет всегда проходить щель при тормозящей фазе СВЧ поля на ней, то поле будет усиливаться, за счет чего возникнет генерация СВЧ поля на собственной частоте резонаторов анода магнетрона.

Рис.7

Магнетроны являются одним из самых мощных современных электронных генераторных приборов. В непрерывном режиме их мощность может достигать нескольких десятков кВт, в импульсном–несколько десятков МВт при очень высоких КПД (до 80%).

Основная область использования магнетронов–спецтехника (в частности–радиолокация). Но и в бытовой технике они используются чрезвычайно широко–в бытовых микроволновых печах СВЧ. Для этих целей налажен выпуск специальных магнетронов на частоту 2,45ГГц с уровнем выходной мощности ~800–900Вт.

Диоды Ганна и генераторы на диодах Ганна

Принцип действия диода Ганна (ДГ) основан на использовании эффекта регулярных пульсаций тока, вызванных объёмной нестабильностью заряда, появляющейся в полупроводниках высокой степени легирования в больших полях. В полупроводниках (обычно это GaAs) при определённой концентрации и подвижности носителей заряда при подаче постоянного напряжения может возникнуть ситуация, при которой образуется неоднородность плотности заряда, т.н. «домен», перемещающейся от катода к аноду полупроводникового образца со скоростью дрейфа V_др.о. Сам «домен» является неоднородностью пространственного заряда, на одной из границ которого накапливается отрицательный заряд, на другой границе–положительный заряд, что в свою очередь приводит к возрастанию напряженности поля внутри домена и снижению напряженности поля вне домена (рис. ). Т.е. образование домена приводит к перераспределению потенциала вдоль полупроводника. Т.к. напряженность поля вне домена ниже, чем внутри домена, это препятствует образованию второго домена, пока существует первый. Но как только первый домен, дрейфуя со скоростью V_др.о, достигнет анода, он исчезает, создавая импульс тока во внешней цепи. И тут же в районе катода возникает очередной домен и он точно также перемещается к аноду со скоростью V_др.о. Т.е. домен–образование устойчивое; необходимым условием его существования является поддержание определенного соотношения между скоростью и подвижностью носителей зарядов. Частота повторений импульсов тока во внешней цепи определяется временем дрейфа _др =L_обр /v_{др .} Для GaAs v_др = 10⁷ см/с. Следовательно f_пр = 1/ _др =100/ L_обр .

С этой частотой в образце полупроводника формируются пульсации потока электронов, что приводит к периодическому изменению тока во внешней цепи генератора с частотой f_пр, а эти частоты соответствуют СВЧ диапазону.

Итак, частота выходного сигнала генератора на диоде Ганна (ГДГ) определяется длиной области дрейфа L_обр и напряжением, приложенным к полупроводниковому образцу. Тем не менее на практике в схемы ГДГ для стабилизации частоты включается резонатор, обычно–диэлектрический, выполненный в виде шайбы из диэлектрического материала с высоким значением .В этом случае частота выходного сигнала ГДГ будет определяться также и частотой настройки резонатора.

Применение стабилизирующих резонаторов в ГДГ позволяет

–повысить долговременную стабильность частоты выходного сигнала,

–увеличить Рвых и КПД ГДГ,

–снизить уровни собственных шумов и высших гармоник в выходном сигнале ГДГ,

–уменьшить вероятность возбуждения колебаний на паразитных частотах.

Современная электронная промышленность выпускает ДГ в волноводном, коаксиальном и МПЛ–исполнениях на частоты до 40ГГц и уровни выходной мощность в доли Вт. КПД ГДГ обычно не превышает 10%, стабильность частоты при использовании ДР –очень высокая; диапазон перестройки может достигать октавы, а скорость электронной перестройки также очень высокая– до 2ГГц/мкс.

Примеры промышленных ДГ: 3А725А…Е (5–8ГГц, 0,25Вт), 3А726А…Е (8–16ГГц, 0,2Вт), 3А728А..В (25–37ГГц 0.05Вт) и аналогичные.

В современной РЭА ГДГ широко используются в качестве источников гетеродинных сигналов в аппаратуре СВЧ диапазона.

Генераторы на лавинно-пролетных диодах (ГЛПД)

Механизм работы лавинно-пролетного диода (ЛПД) основывается на двух явлениях:

1.Ударной лавинной ионизации, приводящей к генерации носителей заряда в полупроводнике,

2. Дрейфе этих носителей заряда через пролетную область, при этом время дрейфа в итоге определит частоты выходного сигнал ГЛПД.

Лавинный пробой при подаче на полупроводниковый образец напряжения большего напряжения пробоя возникает в месте максимальной напряженности поля, а именно в месте специально сформированного р⁺-n–перехода. Далее этот сгусток избыточных электронов, образованный в результате лавинного пробоя, дрейфует в направлении области с концентрацией n⁺. Размеры области дрейфа определяют время дрейфа и таким образом–частоту выходного сигнала ГЛПД.

Режим работы ЛПД устанавливается таким, чтобы пробой и образование лавины начинались в тот момент, когда сумма напряжений постоянного (напряжения питания) и амплитуды переменного напряжения СВЧ сигнала превысит напряжение пробоя полупроводника. В дальнейшем движущийся в области дрейфа сгусток электронов отдает энергию электромагнитному полю, в результате чего и возникает процесс генерации.

Для ЛПД частота выходного сигнала и размеры пространства дрейфа связаны соотношением f= v_др /2 . Тогда при скорости перемещения лавины в пространстве дрейфа равной 10⁷ см/с получим f= 50/ . Подставляя в мкм, получаем значение f в ГГц.

ГЛПД широко используются в качестве маломощных генераторов в диапазоне 5…100ГГц (диоды КА706, АА707, КА717 и др.). Уровень их выходной мощности может достигать единиц Вт (в импульсном режиме–до 30 Вт), КПД около 10%.

Модуляция; назначение, виды модуляции, параметры. Спектры модулированных сигналов.

Модуляцией называется процесс изменения одного из параметров ВЧ

сигнала (его амплитуды, частоты или фазы) в соответствии с передаваемым сообщением. Целью процесса модуляции является перенос информационного спектра сигнала сообщения на ВЧ сигнал несущей частоты, который сам по себе никакой информации не несёт. Результатом модуляции является появление ВЧ составляющих спектра, содержащих информацию сообщения.

Амплитудная модуляция (АМ) сводится к изменению амплитуды сигнала

несущей частоты в соответствии с передаваемым сообщением (рис.1).

Обозначая:

U_c = U_mc СosΩt – модулирующий сигнал,

U=U₀Сosωt- модулируемый сигнал,

ω-несущая частота,

Ω - частота модулирующего сигнала,

здесь ω>>Ω;

Тогда общее выражение для АМ-сигнала записывается в виде

Рис.1 U_AM = U₀(1+mСosΩt)Сosωt, (1)

где m–коэффициент модуляции, .

Преобразуя (1), получим

.

Отсюда видно, что АМ сигнал имеет три спектральных составляющих: несущую на частоте с амплитудой U_о; нижнюю боковую на частоте ( – ) и верхнюю боковую на частоте ( + ) с амплитудами U_о m/2.

Уровни мощности этих составляющих соответственно равны

P_AM = P_ω + P_ω+Ω + P_ω-Ω ~ U +2 .

несущая верхняя нижняя

боковая боковая составляющая спектра

На рис.2 представлен спектр АМ сигнала

Δω Рис.2

Δω – ширина спектра АМ сигнала,

-частота модулирующего сигнала.

Ширина спектра АМ сигнала равна Δω = 2Ω (или Δω = 2Ω_max, если модуляция осуществляется сигналом с шириной спектра Ω_min …Ω_max) (рис.2).

Уровни мощности составляющих спектра АМ сигнала - несущей,

нижней и верхней боковых его составляющих соответственно равны: ; ; .

Так как величина m всегда < 1, то P_ω+Ω и P_ω-Ω всегда меньше (много меньше) P_ω

Недостатки АМ:

- низкая эффективность использования мощности передатчика,

- широкая полоса частот, вдвое превышающая ширину спектра модулирующего сигнала .

Достоинства АМ:

- простые конструкции РПУ.

Однополосная модуляция (SSB модуляция)является вариантом АМ с

подавленной несущей и подавленной одной из боковых составляющих спектра (т.е. сохранена лишь одна из боковых составляющих спектра АМ).

Таким образом, спектр сигнала с однополосной модуляцией содержит только одну (верхнюю или нижнюю) боковую составляющую АМ сигнала (рис.3).

подавленная подавленная Рис.3

боковая несущая

Достоинства однополосной модуляции:

1. При однополосной модуляции (далее ОМ) мощность передатчика используется только для передачи полезного сигнала (сигнала, несущего информацию). Т.о. мощность боковой можно поднять до уровня полной мощности РПДУ, т.е. мощности несущей, за счет чего получить выигрыш в уровне сигнала как минимум в 4 раза.

2. За счет сужения полосы РПУ в два раза снижаются его шумы, т.е. ещё получается выигрыш в отношении сигнал/шум ещё в 2 раза.

Общий выигрыш в отношении сигнал/шум при однополосной модуляции в сравнении с АМ может составить 16 раз.

Недостатки:Неизвестно значение несущей частоты; поэтому при детектировании сигнала в РПУ её каким-то образом необходимо восстанавливать.

В реальных конструкциях ОМ-модуляторов подавление несущей обеспечивается самой схемой балансного ОМ-модулятора, подавление одной из боковых полос – фильтром (например, ФНЧ).

Рис.4

Здесь несущая подавляется, т.к. сигнал частоты ω в первичной обмотке трансформатора Т2 течет в противоположных направлениях, поэтому на выходе (во вторичной обмотке) будет отсутствовать (сигнал несущей частоты подается на Т2 синфазно, поэтому, вычитаясь, будет отсутствовать во второй обмотке Т2). Сигнал модулирующий (U_mСosΩt) подается на Т2 противофазно, но вычитаясь, суммируется во вторичной обмотке трансформатора Т2, поэтому обе боковые составляющие спектра сохраняются. Дальнейшее подавление одной из боковых обеспечивается фильтром. Для этого необходим фильтр с высокой крутизной ската АЧХ. Но такие фильтры существуют только на частотах до 1 МГц; это ПКФ, ЭМФ, кварцевые фильтры. Чтобы перейти на ВЧ, необходима повторная модуляция; и так несколько раз, переходя все на более и более высокие частоты.

Частотная, фазовая модуляции (ЧМ, ФМ) (угловые методы модуляции).

В этом случае амплитуда сигнала неизменна, а частота и фаза изменяются в соответствии с передаваемым сообщением.

Для ЧМ:

ω = ω₀ + K U_mc СosΩt = ω₀ + Δω_дев СosΩt,

U(t) = U₀ Сos(ω₀t + M SinΩt) =

= U₀ J₀ (M) Cosω₀t + U₀J₁(M) Cos(ω₀+Ω)t + U₀ J₁(M)Cos(ω₀ - Ω)t

+ U₀J₂(M) Cos(ω₀+2Ω)t + U₀ J₂(M) Cos(ω₀ - 2Ω)t + U₀ J₃(M) Cos(ω₀ - 3Ω)t +…

где M – индекс модуляции, ,

Δω_дев-девиация частоты (амплитуда отклонения частоты от среднего значения),

J_k-функция Бесселя порядка k.

Таким образом:

1. Спектр ЧМ бесконечен, составляющие спектра отстают друг от друга на частоту Ω.

2. Спектр зависит от величины индекса модуляции М:

при М > 1 ширина спектра Δω = Δω_дев,

при M < 1 ширина спектра Δω = 2Ω.

На практике за ширину спектра ЧМ сигнала принимают значение .

3. Амплитуда спектральных составляющих определяется функцией Бесселя J_k(M) порядка k.

Достоинством ЧМ (ФМ) по сравнению с АМ является более высокая помехоустойчивость угловых методов модуляции.

Помехи, возникающие при распространении сигнала в атмосфере, приводят в основном к изменению амплитуды принимаемого сигнала, но не его частоты; поэтому при АМ помеховый сигнал добавляется к полезному сигналу, искажая его, чего нет при ЧМ, т.к. при нем в РПУ используется амплитудный ограничитель, что позволяет избавиться от паразитной АМ (помеховой АМ). Использование ЧМ и ФМ – эффективное средство борьбы с паразитной АМ и достоинством ЧМ является возможность применения амплитудных ограничителей.

Использование ЧМ позволяет улучшить отношение на выходе частотного детектора в сравнении с отношением на его входе (по разному для разных величин М) (рис.5).

Рис.5

При ФМ фаза сигнала φ(е) = ω₀t + φ₀ + Δφ_max cos Ωt.

Спектры ЧМ и ФМ схожи, и амплитуды отдельных спектральных составляющих описываются функциями Бесселя.

Сравнивая ЧМ и ФМ, отметим:

- девиация частоты при ЧМ зависит от амплитуды модулирующего сигнала, но не от Ω;

- ЧМ с девиацией Δω_дев эквивалентна ФМ с девиацией фазы ;

- ФМ с девиацией Δ _max эквивалентна ЧМ с девиацией ;

- при ЧМ Δφ_max обратно пропорциональна Ω;

- при ФМ Δω_дев прямо пропорциональна Ω;

- при ЧМ Δω_дев зависит только от амплитуды, а Δφ_max от амплитуды и частоты Ω;

- при ФМ Δφ_max зависит только от амплитуды, а Δω_дев от амплитуды и частоты Ω;

Т.о. модуляция одного из параметров (ω или φ) неизбежно приводят к изменению другого. На этой основе возможно преобразование одного вида модуляции в другой, что и используется в схемотехнике модуляторов. Так, недостатком схем ЧМ-модулятора на варикапе является низкая стабильность частоты выходного сигнала из-за малой добротности контура генератора. В схеме ЧМ-модулятора на преобразовании ФМ-сигнала (рис.6) возможна

стабилизация частоты несущего сигнала, например, кварцевая,

Но Δφ_max в этой схеме невелика, следовательно, и Δω_дев мала. Для её повышения используются умножители частоты; в этом случае Δω_дев увеличивается в n раз, где n – коэффициент умножения частоты.

Достоинством схемы является стабильность частоты несущего колебания.

Здесь используются фазовые характеристики резонансного контура.

В пределах полосы пропускания контура фаза сигнала изменяется ±45⁰, а амплитуда от 1 до 0,7. При этом Δφ_max невелика; поэтому включают последовательно несколько контуров. Тогда Δφ_max ~ 1 радиан.

Импульсная модуляция (ИМ)

Параметры импульсов: - длительность, Т_р- период следования.

В РПДУ с импульсными режимами работы сначала модулируется импульсная последовательность, а затем осуществляется модуляция ВЧ генератора этой модулированной последовательностью.

Рис.8

Виды импульсной модуляции:

Рис.9

АИМ, амплитуда – var, _и- const, Т_р - const

ШИМ, амплитуда – const, _и- var, Т_р - const

ЧИМ, амплитуда – const, _и- const, Т_р - var

ФИМ, амплитуда – cjnst, _и- const, Т_р - const

Фаза импульсной последовательности - var

Спектры ИМ-сигналов

Рис.10

Ширина спектра (по первым нулям огибающей, так называемому главному лепестку).

АИМ характеризуется низкой помехоустойчивостью (так же, как и АМ).

ШИМ более помехоустойчива, но широкая полоса РПУ, соответствующая минимальной , приводит к возрастанию шумов, таким образом – к снижению помехоустойчивости.

ЧИМ, ФИМ в этом смысле являются наилучшим вариантом.

Импульсные режимы работы позволяют строить линии с временным уплотнением каналов.

Достоинством импульсных режимы работы активных элементов РПДУ является:

Для ЭВП:

- использование массивных анодов с большой тепловой инерцией; при этом

т.е. Р_ср – мала; поэтому легче охлаждать оконечный каскад РПДУ.

- активированные катоды в импульсе могут отдавать ток в 100 раз больший среднего значения тока;

- процесс пробоя за время не успевает развиться.

Для транзисторной элементной базы:

- Р_имп в 2-3 больше Р_{непрерывн},

- Е_{к доп имп} в 2 раза больше Е_{к доп непрерывн}., т.к. лавинный пробой за время не успевает развиться.

Виды модуляции для линий с двоичными (бинарными) сигналами (цифровых линий радиосвязи)

Параметром таких видов модуляции является скорость передачи двоичной информации , измеряемая в Бодах (1 Бод=1 бит/с); - длительность элементарной посылки

1. Амплитудная манипуляция (амплитудная телеграфия АТ)

АТ является частным случаем АМ, при котором глубина модуляции m =100%.

Сам сигнал имеет вид: лог.1 – сигнал есть; лог.0 – сигнала нет.

2. Частотная манипуляция (ЧТ): лог.1 передается на частоте f₁, лог.0

передается на частоте f_2; ширина спектра ЧТ Δf_ЧТ=2,6Δf_max+1,1F_m ;

здесь Δf_max = f₁ – f₂ ; F_m – частота следования двоичных битов.

3.Фазовая манипуляция (ФТ) : дискретное изменение фазы при неизменной амплитуде и частоте. Пример варианта реализации:

Достоинства ФТ: 1) более высокая помехоустойчивость, эквивалентна увеличению мощности РПДУ в 4 раза в сравнении с АТ, в 2 раза в сравнении с ЧТ.

2) подавленная несущая; 3) возможность передачи на одной несущей одновременно два сигнала без расширения спектра.

Недостаток – возникновение "Негативной работы" из-за сбоя фазы, ведь она в приемнике неизвестна. От этого недостатка свободна ОФТ (относительная фазовая телеграфия – манипуляция с использованием специальных способов кодирования).

Современные методы модуляции, используемые в цифровых линиях радиосвязи.

1. ОФМ-2– относительная фазовая π – манипуляция; фаза ВЧ сигнала принимает одно из двух значений: 0⁰ (для лог.1), 180⁰ (для лог.0). В спектре сигнала несущая отсутствует.

2. ОФМ-4 – квадратурная ОФМ-2, представляющая собой сумму двух ОФМ-2 сигналов, сдвинутых на 90⁰ (находящиеся в квадратуре, один из них Sin, другой Cos). Т.о. используются позиции фазы: .Тактовые частоты у ОФМ-4 в два раза ниже, чем у ОФМ-2; поэтому полоса радиоканала сужается в 2 раза.

3. ОФМ-8. Кроме изменения фазы, информация передается и изменением амплитуды по следующим позициям: +1; 0; -1. Ширина спектра сигнала при этом снижается, если его амплитуда принимает m значений уровня и составляет .

4. КАМ-16 (имеет 16 состояний сигнала в соответствии с 4^х–разрядным двоичным кодом; амплитуда сигнала при этом может иметь 4 различных уровня).

5. КАМ-64 – соответствующий аналог КАМ-16, но более многопозиционный.

Эффективность использования полосы радиоканала зависит от вида модуляции; здесь В – скорость передачи данных (бит/с), П – полоса сигнала, Гц.

Для рассматриваемых видов модуляции имеем:

ОФМ-2 S_п= 0,8

ОФМ-4 S_п= 1,8

ОФМ-8 S_п= 2,4

КАМ-16 S_п= 3,5

КАМ-64 S_п= 5

Дата добавления: 2014-07-11; просмотров: 2825; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!