Структурная схема канала связи. Схемные решения AM модуляторов. Расчет статической модуляционной характеристики, страница 8

функциям Бесселя будет меняться, т.е. спектр ЧМ колебаний при больших индексах модуляции будет содержать большое число гармоник, при этом ширина спектра может быть найдена

Δω = 2(М + l) Ω = 2Δω + 2Ω ≈ 2Δf                                                                                                                                                                   (2.8)

т.е. ширина спектра ЧМ примерно вдвое превышает девиацию частоты. На На рисунке 2.10 приведен спектр ЧМ колебания при М=1.

Рисунок 2.10

Необходимо отметить, что с энергетической точки зрения наилучшее различие сигналов «0» и «1» обеспечивает фазовая модуляция. Разность уровней энергии сигналов «0» и «1» и есть тот полезный эффект, который и позволяет их распознать в дальнейшем.

Векторные диаграммы сигналов 0 и 1 при различных видах модуляции приведены на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11

При AM вектор U₀ = 0, при ЧМ они ортогональны (чтобы однозначно различать эти сигналы), а при ФМ – противофазны. Тогда квадрат разности U₁ и U₀ для АМ=1, ЧМ=2, а ФМ=4. фазовая модуляция в 4 раза превышает AM по энергетике. Но осуществить ФМ удается только для импульсных, бинарных

сигналов.  Для случая непрерывных сигналов, когда максимальной амплитуде соответствует Δφ_тах =180 , а минимальные возможные амплитуды в 10100 раз меньше, осуществить ФМ во всем диапазоне плавно от единиц градусов до 180° невозможно. Флуктуации ФЧХ канала связи составляет величину ≈ ±20 и происходит их «накопление» со временем.

2.5 Расчет статистической модуляционной характеристики

Очень часто, при исследовании схем с нелинейными элементами при гармоническом воздействии U(t) с большими амплитудами (а при модуляции в передатчике это имеет место) вольтамперную характеристику аппроксимируют ломаной линией (рисунок 2.12).

Рисунок 2.12.

Т.о. ток через нелинейный элемент может быть записан:

где U_omc – напряжение отсечки;

Е – напряжение смещения (рабочая точка СМХ);

S = tgφ – крутизна характеристики транзистора (или диода);

Е_б – ЭДС базы (входное напряжение диода).

Ток   в   цепи   нелинейного   элемента   при   этом   будет   иметь   форму

«усеченной» синусоиды с углом отсечки θ.  При этом Е + U_m cos θ = U_omc, откуда

 ,                                                                                                                                                                         (2.9)

Задаваясь значениями: E_min = U_omc – U_m и Е_тах = U_omc + U_m, получим ряд значений θ от 0 до π радиан. Количество промежуточных точек 7-10, чтобы получить достаточно плавную кривую СМХ, которая строится путем нахождения первой гармоники тока по коэффициенту Берга:

При этом θ, как указано выше, принимает 7-10 значений от 0 до π. В формуле γ₁(θ) все величины в радианах.

И затем вычисляют ряд значений первой гармоники тока: i₁ = SU_m · γ₁(θ). Полученный график зависимости i₁ от Е_б и носит название СМХ, (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13

Рабочая точка модулятора «Е₀» выбирается посредине линейного участка «АВ» СМХ с тем, чтобы не было нелинейных искажений. При этом амплитуда U_Ω  полезного информационного сообщения не должна превышать этот линейный участок. Таким образом, зная характеристики нелинейного элемента (S, U_omc) и амплитуду U_m ВЧ колебания можно определить рабочую точку и допустимую величину сигнала U_Ω. При этом легко определятся фактический коэффициент  модуляции   и  соответственно   спектр  AM  колебания (рисунок 2.2).

3 ДЕМОДУЛЯЦИЯ (ДЕТЕКТИРОВАНИЕ) ВЧ СИГНАЛОВ

В канале связи помимо модуляции – наложение НЧ информации на ВЧ несущую, совершенно необходимо обратное преобразование ВЧ сигнала с выделением полезной низкочастотной информации (рисунок 1.1). Т.к. входной спектр AM колебаний (рисунок 2.3) надо преобразовать так, чтобы «убрать» ω₀и вновь получить НЧ ТЛФ спектр, то в качестве амплитудных детекторов чаще всего используется диодное детектирование (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1

При таком включении, если  и  на сопротивлении выделится одна низкочастотная составляющая. Если сопротивление открытого диода , то необходимо, чтобы R_H >> R_id. Полезная частота U_Ωдолжна выделятся на R_H и лишь незначительная ее часть – подать на R_id . Это отношение U'_Ωк максимальному значению амплитуды носит название коэффициент передачи детектора и обычно ≈ 0,9 .

Работа диодного детектора подробно рассматривалась ранее в курсе ОТЦ, вкратце можно напомнить, что напряжение на нагрузке детектора за половину периода:

где S – крутизна характеристики диода,

, где R_iд – сопротивление открытого диода.