Способы формирования однополосного сигнала

Формирование ОПС всегда осуществляется на малом уровне мощности. Это выполняется в блоке формирования видов работ, который включается в состав возбудителя передатчика. Причина такого построения заключается в том, что блоки формирования ОПС работают с очень малым КПД. Кроме того, при малых уровнях мощностей разработчик имеет в своем распоряжении большой ассортимент элементной базы как аналогового, так и цифрового вида. Однако для получения требуемой мощности на выходе передатчика сформированный ОПС необходимо усилить с помощью линейного усилителя.

В настоящее время разработано не менее 10 методов формирования ОПС. Однако на практике находят применение три основных метода:

1. Фильтровой метод с несколькими преобразованиями.

2. Метод фазокомпенсационный.

3. Цифровой метод с трансформатором Гильберта.

Фильтровой метод с несколькими преобразованиями

На рисунке представлена структурная схема формирования ОПС фильтровым методом с несколькими преобразованиями. В схеме использованы следующие сокращения: КУРЧ – команда установки рабочей частоты; БМ – балансный модулятор; БУ – буферный усилитель; У.атт. – управляемый аттенюатор; Кв. Ф. – кварцевый фильтр.

Балансный модулятор это амплитудный модулятор, на выходе которого имеет место АМ сигнал с подавленной несущей частотой.

Балансные модуляторы

Рассмотрим принцип работы БМ, построенного на базе транзисторного амплитудного модулятора смещением.

Как видно из рисунка, возбуждающий ВЧ сигнал поступает на базы транзисторов в фазе, а модулирующий сигнал – в противофазе. Коллекторы транзисторов подключаются к нагрузочному контуру симметрично по отношению к корпусу.

Будем полагать, что резонансная ЦС обладает высокой избирательностью и настроена на первую гармонику тока коллекторов. Влиянием постоянной составляющей и всех высших гармоник тока коллекторов на выходной сигнал можно пренебречь.

Если использовать линейный участок СМХ каждого плеча схемы, то изменение тока коллектора плеч можно представить в виде

;

.

Ток, определяющий напряжение на нагрузке, равен разности токов верхнего и нижнего плеч

Выполнив тригонометрическое преобразование, получим

Как следует из полученного выражения, в токе выходного сигнала отсутствует спектральная составляющая с частотой несущего колебания , и присутствуют спектральные составляющие нижней и верхней боковых частот.

Постоянная составляющая коллекторного тока каждого из плеч складываются в общей ветви

.

Мощность, потребляемая от источника питания, составит

.

Чтобы оценить электронный КПД балансного модулятора необходимо рассчитать среднюю колебательную мощность на выходе и разделить ее на мощность потребления. Выполнив эту операцию, получим

.

При передаче речевого сигнала КПД балансного модулятора составит

.

Такой низкий электронный КПД не позволяет использовать балансные модуляторы на большом уровне мощности.

На практике широкое применение находят балансные модуляторы, выполненные на ВЧ диодах (диодные БМ и кольцевые диодные БМ) и на аналоговых микросхемах, выполняющих функцию перемножения сигналов. Схемы БМ на диодах показаны на рисунках. Принцип их работы и энергетические показатели такие же, как и у рассмотренного БМ на транзисторах.

Диодный БМ

Кольцевой диодный БМ

Приведенные схемы не охватывают всего многообразия балансных модуляторов. При подборе параметров элементов БМ степень подавления несущей частоты достигает (30÷40) дБ. Такая же степень подавления несущей частоты достигается при применении сборок и микросхем.

Рисунки, поясняющие принцип работы формирования ОПС фильтровым методом с несколькими преобразованиями.

Спектр модулирующего сигнала

Спектр сигнала на выходе 1-ого БМ

Спектр сигнала на выходе кварцевого фильтра

Спектр сигнала на выходе сумматора и входе 2-ого БМ

Спектр сигнала на выходе 2-ого БМ

Спектр сигнала на выходе не перестраиваемого LC-фильтра и входе БП

Спектр сигнала на выходе блока переноса

Фильтр БП

Таким образом, на выходе БП сформирован однополосный сигнал типа А3А без инверсии спектра.

Используя управляемый аттенюатор, на выходе БП можно получить любой тип ОПС: А3А, А3Н, А3J.

Для формирования амплитудно-модулированного сигнала достаточно перемкнуть кварцевый фильтр и восстановить несущую с помощью управляемого аттенюатора.

Частота первого преобразования определяется возможностями кварцевого фильтра. Промышленностью выпускаются кварцевые фильтры с требуемыми параметрами по подавлению нерабочей боковой полосы в диапазоне частот от 100 кГц до 500 кГц. Иногда вместо кварцевых фильтров используются электромеханические фильтры.

Частота второго преобразования обычно выбирается в интервале от 5 МГц до 20 МГц. Подавление нерабочей боковой полосы здесь может быть получено с требуемыми качественными характеристиками с помощью LC-фильтров.

При необходимости блок переноса обеспечивает третье преобразование.

Фильтровой метод формирования с несколькими преобразованиями считается наиболее качественным методом формирования ОПС. Он без особых трудностей позволяет добиться подавления нерабочей боковой полосы до уровней, оговариваемых ГОСТ.