8.2.2 Фазоразностный способ формирования
однополосного сигнала
Фильтровый способ формирования однополосного сигнала, благодаря эффективному подавлению нерабочей боковой полосы и стабильным эксплуатационным параметрам, нашёл самое широкое применение, как в системах радиосвязи, так и везде, где необходимо формирование многоканального группового сигнала. Основные недостатки способа связаны с некоторой сложностью схемы и необходимостью использования сложных фильтров при первом, а иногда и втором преобразованиях.
В тех случаях, когда связь осуществляется с использованием одного канала, формирование однополосного сигнала возможно без применения фильтров, так называемым фазоразностным способом.
Суть этого способа полностью отражает следующее преобразование выражения для однополосного сигнала при модуляции одним тоном
uo(t) = Uocos(ω+Ω)t = 0,5Uo(cosωt·cosΩt - sinωt·sinΩt) (8.8)
Сравнивая (8.8) и (8.6) можно сделать вывод, что слагаемые выражения в скобках представляют собой результат балансной модуляции несущего колебания, причём во втором слагаемом модулирующий сигнал и несущее колебание сдвинуты по фазе на 900.
В соответствии с этим выводом, структурная схема фазоразностного способа формирования однополосного сигнала представлена на рисунке 8.7.
Рисунок 8.7 – Фазоразностный способ формирования
однополосного сигнала
На этом рисунке: G – синтезатор несущей частоты; Σ – сумматор;
ФВвч, ФВнч – фазовращатели высоких и низких частот.
Несмотря на простоту схемы и отсутствие сложных фильтров, этот способ находит лишь ограниченное применение. Это связано с тем, что различие амплитуд сигналов на выходах балансных модуляторов в 2% не позволяет получить подавление нерабочей боковой полосы лучше, чем -40дБ.
Аналогичные последствия имеют место при погрешности фазового сдвига в 1 ÷ 20 на выходе фазовращателей. В процессе эксплуатации, за счёт изменения параметров схемы под воздействием окружающей среды, реально удаётся поддерживать подавление нерабочей боковой на уровне порядка -25 ÷ -30 дБ. Этого совершенно недостаточно при многоканальной работе.
При реализации фазоразностного способа наибольшие трудности возникают при разработке фазовращателя низких частот, который с высокой точностью должен обеспечить поворот фазы на 900 всех составляющих спектра информационного сигнала, т.е. должен быть широкополосным и, следовательно, достаточно сложным.
8.2.3 Раздельный способ усиления мощности составляющих однополосного сигнала
Поскольку однополосный сигнал формируется на относительно низком уровне мощности и является колебанием с амплитудной и фазовой модуляцией, однополосный передатчик обычно представляет собой усилитель модулированных колебаний. Следовательно, как было установлено в главе 7, каскады передатчика должны работать в недонапряженном режиме с углом отсечки 900. Если же учесть, что среднестатистический коэффициент амплитудной модуляции не превышает 30 ÷ 50% (а при многоканальной работе ещё меньше), то к.п.д. однополосного передатчика оказывается на уровне «паровоза» 8 ÷ 10%.
Попытки найти способ увеличения промышленного к.п.д. передатчика привели к разработке раздельного метода усиления составляющих однополосного сигнала, предложенного М.В.Верзуновым [13]. Структурная схема передатчика представлена на рисунке 8.8.
Рисунок 8.8 – Схема передатчика с раздельным усилением
составляющих однополосного сигнала
Здесь использованы следующие обозначения: ОПВ – однополосный возбудитель; АО – амплитудный ограничитель; АД – амплитудный детектор; М – модулятор; ВУМ – выходной усилитель мощности; U1 – амплитуда усиленной фазомодулированной составляющей; Кр – коэффициент усиления передатчика.
Поскольку высокий к.п.д. генератора при меняющейся амплитуде удаётся получить только при коллекторной (анодной, стоковой) модуляции, автор предложил сформированный в возбудителе однополосный сигнал подвергнуть глубокому ограничению по амплитуде и выделить, таким образом, фазомодулированную составляющую с постоянной амплитудой. Одновременно однополосный сигнал в другом тракте передатчика детектируется и из него выделяется огибающая амплитуды. Далее каждый сигнал усиливается в своем тракте до уровня выходной мощности передатчика; в выходных ступенях передатчика фазомодулированная составляющая модулируется по амплитуде огибающей. В результате на выходе передатчика однополосный сигнал полностью восстанавливается.
Проблемы реализации этой схемы аналогичны проблемам фазоразностного формирователя однополосного сигнала. Эффективное подавление нерабочей боковой полосы возможно только при максимальном соответствии амплитудных и фазовых характеристик высокочастотного и низкочастотного трактов, что на практике трудно осуществимо. Кроме того, огибающая однополосного сигнала содержит постоянную составляющую, поэтому мощный модулятор должен быть усилителем постоянного тока. В качестве такого модулятора может быть использован усилитель мощности класса «D» с промежуточной широтно-импульсной модуляцией [7].