Способ многократной балансной модуляции
Как правило, однополосный сигнал формируется из сигнала с амплитудной модуляцией. Для этого необходимо подавить несущее колебание и нерабочую боковую полосу частот.
Подавление несущего колебания осуществляется с помощью балансного амплитудного модулятора. Чтобы объяснить, как это происходит, рассмотрим форму АМ сигнала с подавленной несущей. На основании (7.4), колебание двухполосного сигнала без несущей имеет вид
u(t)= U·mcosΩt·cosωt (8.6)
Рисунок 8.2 иллюстрирует выражение (8.6). Частота огибающей этого колебания в два раза выше частоты модулирующего сигнала.
Рисунок 8.2 – Двухполосный сигнал
Схема балансного модулятора и диаграмма, поясняющая его работу, представлены на рисунке 8.3. Для нормальной работы балансного модулятора напряжение несущего колебания должно быть значительно больше модулирующего напряжения
U >>UΩ (8.7)
При этом условии коммутация диодов осуществляется напряжением несущей. В случае полярности напряжения U, показанной на рисунке 8.3, открываются параллельные диоды, и напряжение модулирующего сигнала проходит непосредственно на выход модулятора. После смены знака напряжения U, параллельные диоды запираются и открываются диагональные. В результате модулирующее напряжение проходит на выход, также меняя знак. Выходное напряжение балансного модулятора аналогично двухполосному сигналу, но имеет форму меандра. Поскольку за балансным модулято-
ром включается полосовой фильтр для подавления нерабочей боковой полосы, высшие гармоники прямоугольных импульсов подавляются и однополосный сигнал после фильтра будет иметь гармоническую форму.
Рисунок 8.3 – Балансный модулятор
Отсутствие несущего колебания на выходе балансного модулятора обусловлено взаимной компенсацией магнитных полей, созданных токами несущей частоты в первичной обмотке выходного трансформатора. При этом степень подавления несущего колебания в значительной мере зависит от идентичности параметров диодов. В связи с этим, в балансных модуляторах целесообразно использовать интегральные микросборки диодов, или выполнять балансный модулятор полностью в интегральном исполнении.
В современной однополосной аппаратуре нерабочая боковая полоса должна быть подавлена до уровня - 60дБ по отношению к рабочей полосе.
Добиться этого очень не просто, т.к. интервал частот между боковыми полосами определяется величиной минимальной частоты (Fмин ) модулирующего сигнала, и составляет 2Fмин . Например, для стандартного телефонного сигнала с полосой 300 ÷ 3400Гц , расстояние между боковыми полосами составит 600Гц. Для обеспечения требуемого затухания фильтра в 60 дБ на несущей частоте 1МГц от фильтра потребуется крутизна кривой затухания не менее 0,1 дБ/Гц. Подобные характеристики способны обеспечить только кварцевые и электромеханические фильтры. Однако такие фильтры невозможно сделать перестраиваемыми, поэтому однополосный сигнал формируется только на фиксированной поднесущей частоте (ω1), обычно не превышающей 0,5 ÷ 1МГц.
Для переноса однополосного сигнала в рабочий диапазон используется повторная балансная модуляция второй поднесущей частоты (ω2) однополосным сигналом, как показано на рисунке 8.4. Поскольку интервал частот между двумя боковыми после повторной модуляции равен ≈ 2ω1, в качестве полосового фильтра (ПФ2) можно использовать обычный контур. Выходную частоту однополосного сигнала теперь можно менять, используя в качестве генератора G2 перестраиваемый синтезатор частоты. Одновременно с синтезатором перестраивается и фильтр ПФ2. Фиксированную частоту ω1 также получают от этого синтезатора.
Спектральная картина формирования однополосного сигнала представлена на рисунке 8.4б. Описанный способ в литературе получил название фильтрового способа, или способа многократной балансной модуляции.
Рисунок 8.4 – Фильтровый способ формирования однополосного сигнала
Если при повторном преобразовании не удаётся получить эффективное подавление нерабочей полосы, частоту ω2 фиксируют при значении, обеспечивающем требуемое подавление, а на рабочую частоту однополосный сигнал переносится третьим преобразованием.
Фильтровый способ позволяет осуществлять многоканальную передачу сигналов. На рисунке 8.5 представлен вариант 4-х канальной передачи [9].
Рисунок 8.5 – 4-х канальная однополосная модуляция
На этом рисунке ВУ – входное устройство, которое ограничивает полосу
и динамический диапазон информационного сигнала, а также обеспечивает согласование линии с балансным модулятором. Кроме того, во входном устройстве имеется усилитель и аттенюатор;
АТТ – аттенюатор, регулирующий уровень пилот-сигнала;
Σ – сумматор.
Выбор частот и размещение каналов на выходе устройства иллюстрируется рисунком 8.6. При использовании стандартного телефонного канала с полосой 250 ÷ 3000Гц, поднесущие частоты f1 , f2 , f3 выбираются с интервалом 3000 Гц. Каналы, расположенные рядом с f1 , обозначаются А1 и В1 . Остальные соответственно А2 и В2. Многоканальный (групповой) сигнал на выходе сумматора поступает на усилитель, назначение которого - компенсация затухания сигналов в балансных модуляторах и фильтрах. Для переноса группового сигнала на рабочую частоту используется повторное балансное преобразование.
Рисунок 8.6 – Спектр группового сигнала
Каждый канал группового сигнала может быть дополнительно уплотнён несколькими узкополосными каналами, несущими информацию в цифровой форме.