Файл: 1 Классификация и физический механизм работы вч и свч генераторов.docx

Рисунок 11.2 – Амплитудная манипуляция

 

Спектр импульсов прямоугольной формы теоретически бесконечен и не пригоден для передачи по каналам с ограниченной полосой. Поэтому импульсы «скругляют» существенно ограничивая полосу их спектра с помощью фильтров нижних частот. В качестве таких фильтров часто используют фильтры с «гауссовской» характеристикой, которые превращают прямоугольные импульсы в колоколообразные, как показано на рисунке 11.3.

Спектр амплитудной манипуляции формируется также как спектр амплитудной модуляции.



Рисунок 11.3 – Спектры при амплитудной манипуляции

 

В передатчике амплитудную манипуляцию осуществляют одновременно в двух ступенях усилительного тракта по цепи смещения на управляю-

 

щем электроде АЭ. Это необходимо в связи с тем, что при манипуляции одной ступени на управляющем электроде АЭ остаётся немодулированное напряжение возбуждения, которое через проходную ёмкость закрытого АЭ проходит к последующим усилительным каскадам и в результате значительного усиления может полностью перекрыть паузу между радиоимпульсами. При манипуляции в двух ступенях на входе второй из них возбуждение практически отсутствует; в результате обеспечивается надежное запирание в паузах всего передатчика.

Режим работы усилительных каскадов передатчика при АТ выбирают слабо перенапряжённым, в котором происходит ограничение сигнала по амплитуде выходного напряжения. Тем самым обеспечивается стабильность уровня радиоимпульсов и устраняется фоновая модуляция по управляющему электроду АЭ. При этом, однако, существенно повышаются требования к характеристикам источника коллекторного питания выходной ступени, т.к. переходные процессы в фильтре выпрямителя могут привести к значительному искажению формы радиоимпульса, а при колебательном переходном процессе возможно даже его дробление. Эта особенность иллюстрируется рисунком 11.4.



Рисунок 11.4 – Переходный процесс в источнике

---

коллекторного питания

 

К достоинствам АТ можно отнести простоту практической реализации. Основной недостаток - очень низкая помехоустойчивость, т.к. в паузах радиосигнала помеха может изменить значение бита информации ( например, с 0 на 1).

 

Частотная манипуляция

При частотной манипуляции (ЧТ, FSK) 0 и 1 соответствуют различные значения несущей частоты при постоянной амплитуде. Отсутствие пауз в сигнале существенно повышает отношение сигнал/помеха, что и определяет преимущество ЧТ перед АТ.

Простейший вариант реализации ЧТ представлен на рисунке 11.5.


Рисунок 11.5 – Частотная манипуляция

Телеграфный ключ S в соответствии с последовательностью 0 и 1 переключает на вход усилителя мощности частоты генераторов f1, f2. Причём 0 обычно соответствует меньшая из них. Поскольку генераторы в такой схеме работают независимо друг от друга, в момент перехода от одной частоты к другой происходит скачкообразное изменение фазы, т.е. помимо частотной манипуляции возникает паразитная фазовая манипуляция. Это приводит к заметному расширению полосы частот занимаемых сигналом.

На практике используется другая схема ЧТ, в которой исключается разрыв фазы в момент изменения частоты. Такая схема представлена на рисунке 11.6.



Рисунок 11.6 – Схема ЧТ без разрыва фазы

 

На вход смесителя (СМ) от высокостабильного возбудителя подаются две частоты f и Δf. На выходе смесителя получают две частоты со сдвигом 2Δf. Информационный битовый поток переключает эти частоты с помощью электронного коммутатора (ЭК). В результате на выходе ЭК ( в узле «а»)частотная манипуляция ни чем не отличается от ЧТ в схеме на рисунке 11.5, т.е. манипуляция происходит с разрывом фазы. Чтобы устранить скачки фазы в моменты перехода с одной частоты на другую, в схему введён управляемый автогенератор (ГПД), частота которого приводится к частотам f ±Δf c помощью системы автоподстройки, включающей смеситель (СМ), фильтр нижних частот (Ф) и управляющий элемент (

---

УЭ). Аналогичные системы автоподстройки частоты уже рассматривались в разделах 5 и 9.

Поскольку контур автогенератора является инерционной системой, напряжение на его выходе не может измениться скачком при смене частоты. В результате паразитная фазовая модуляция устраняется.

Для анализа спектра частотной манипуляции представим сигнал ЧТ в виде суммы двух сигналов с амплитудной манипуляцией (см. рисунок 11.7) на разных несущих частотах. Спектр каждого из этих сигналов нам известен из раздела 11.1. Суммируя спектры сигналов с АТ, получим спектр частотной манипуляции.



Рисунок 11.7 – Спектр частотной манипуляции

 

Анализируя спектр ЧТ, можно сделать вывод, что сдвиг частот 2Δf не должен превышать полосы частот, занимаемых спектром составляющих его сигналов АТ’ и АТ”. В противном случае, наложение спектров 0 и 1 друг на друга будет создавать взаимные помехи при приёме.

Наложение спектров допустимо лишь в случае ортогональности сигналов АТ’ и АТ”на интервале Т. Для этого необходимо выполнить условие



Вычисляя интеграл, получим



Поскольку (ω2+ω1) >> (ω2 -ω1), вторым слагаемым в полученном выражении можно пренебречь. В результате получаем условие ортогональности (взаимной независимости) сигналов АТ’ и АТ” в виде.

sin2π(f2 -f1)T = sin4πΔf∙T=0 или

2Δf=n/2T (11.2)

Здесь n – любое целое число. Таким образом, минимальный сдвиг частот, при котором обеспечивается ортогональность сигналов АТ’ и АТ” равен 1/2Т (напомним, что Т – длительность элементарной посылки).

Частотная манипуляция с таким сдвигом частот получила название «минимальная частотная манипуляция» (MSK). Этот вид манипуляции широко используется в системах мобильной радиосвязи (GSM, DECT).

При передаче двух сообщений методом ЧТ в соседних каналах, передатчик излучает одновременно две частоты из четырёх, принадлежащих разным каналам. В результате биения этих частот, возникает амплитудная модуляция выходного колебания. Таким образом, как и при амплитудной модуляции, такая двухканальная манипуляция приведёт к существенному снижению помехоустойчивости приёма, т.е. будет утрачено основное достоинство частотной манипуляции.

---

Двухканальная частотная манипуляция (ДЧТ), применяемая на практике, существенно отличается от приведенного примера. Чтобы амплитудная модуляция не возникала, каждой ситуации в соседних каналах приписывают определённое значение частоты передатчика (см. Табл.11.1).

 

Таблица 11.1

Канал 1	Канал 2	Частота
		f1
		f2
		f3
		f4

 

 

В результате в любой момент времени передатчик излучает только одну частоту из четырёх и амплитуда колебаний остаётся постоянной. Тем самым, обеспечивается высокая помехоустойчивость при ДЧТ. Частота f1 самая низкая, а f4 самая высокая. Интервал между соседними частотами определяет сдвиг частот 2Δf.

При ДЧТ битовые последовательности в каналах должны быть синхронизированы, т.е. переходы от 0 к 1 и наоборот, должны происходить в одни и те же моменты времени. В противном случае частота переключений резко возрастает (см. рисунок 11.8), соответственно увеличивается полоса занимаемых частот и возрастает вероятность пропадания узких импульсов из-за конечной длительности фронтов.



Рисунок 11.8 – ДЧТ при синхронной и асинхронной

передаче информации в каналах

Один из возможных вариантов реализации ДЧТ в упрощенном виде представлен на рисунке 11.9.



Рисунок 11.9 – Структурная схема ДЧТ

На вход первого смесителя от высокостабильного возбудителя поступают частота несущей f и частоты определяющие величину сдвига Δf и 3Δf. На электронный коммутатор (ЭК) поступают частоты f1 ÷ f4 , которые в зависимости от состояния каналов, переключаются в соответствии с табл.11.1. Разрыв фазы в моменты коммутации устраняется системой автоподстройки частоты подобно схеме

---

ЧТ.

 

 

---