Лекция № 4

Тема лекции:

«Радиосигналы с амплитудной и импульсной модуляцией. Радиосигналы с частотной и фазовой модуляцией» План лекции

Е. А. Москатов Основы телевидения, 2005р. - 162 с

РАДИОСИГНАЛЫ С АМПЛИТУДОЙ

И ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Общие сведения.

По признаку управляемого параметра PC делятся на три группы: А − с амплитудным, Р − с импульсным и F − с частотным управлением. Свойства АМС, выясненные в предыдущей подтеме, являются основой для изучения сходных по структуре непрерывных PC группы А и импульсных − группы Р.

Для обозначения PC будем использовать четырехэлементную буквенно-цифровую маркировку, в которой первый элемент (цифра) соответствует ширине спектра в килогерцах; второй (буква А, Р или F) − группе РС; третий (цифра) − номеру сигнала в группе, т. е. виду сигнала, четвертый и не обязательный (буква) − варианту PC данного вида. Например: 20А3 − АМС, Ш_с = 20 кГц.

Логичной представляется такая последовательность рассмотрения: телефонные − телеграфные − импульсные − телевизионные PC.

Телефонные радиосигналы подгруппы A3.

Идея совершенствования АМС. Анализ недостатков АМС, выясненных в предыдущем параграфе, должен открыть пути к их устранению. Еще раз внимательно рассмотрим структуру спектра АМС (рис. 4.1, д). Как видим, любая из боковых полос (например, верхняя − ВБП) является точной копией спектра УС, а следовательно, содержит полную информацию о нем и может быть использована как самостоятельный однополосный (ОПС) сигнал. В этом и состоит идея. Предполагается, что причина основных недостатков АМС − наличие в его спектре "лишних" составляющих − несущего колебания (НК) и одной из боковых полос (например, НБП), т. е. избыточность спектра. Выясним, как отразится на свойствах PC устранение избыточности, т. е. переход от АМС к ОПС: 1

1. Ширина спектра и динамический диапазон уменьшаются вдвое: . Поэтому К_опс = V . 1

2. Энергетические соотношения ОПС улучшаются за счет устранения НК. Если сохранить такой же, как для АМС, то это позволит увеличить амплитуду ОПС в 2 раза, а мощность − в 4 раза. При этом эффективность использования мощности составит , а для АМС она равна 0,01.

3. Селективные замирания ОПС маловероятны, так как нет НК, по отношению к которому можно обнаружить изменение фазы ОПС.

4. Помехозащищенность ОПС выше, чем АМС, за счет сужения спектра. Это позволяет сузить и ослабить уровень помех. Недостаток, связанный с изменением амплитуды, сохраняется.

Как показывает анализ, переход от АМС к ОПС позволяет увеличить в 4 раза дальность радиосвязи, не наращивая мощность РПДУ, что особенно важно для бортовых СРСТ, где режим ОПС является основным.

Несущее колебание А0. На рис. 4.4, а даны обозначения, временные и спектральные диаграммы, названы процессы формирования и основные области применения телефонных радиосигналов подгруппы A3. Исходным для формирования любого PC является НК. Оно формируется задающим генератором РПДУ и определяет положение спектра PC на оси частот. Чем насыщеннее диапазон РВ, тем стабильнее должны быть .

Амплитудно-модулированный сигнал А3. Спектр сигнала А3 состоит из НК, ВБП и НБП. На рис. 4.4, а показана символическая огибающая боковых полос и два боковых колебания, соответствующих тональному АМС. Применяется АМС в основном для связи, вещания и навигации.

Двухполосный сигнал А3В. Двухполосный сигнал (ДПС) А3В состоит их двух боковых полос без НК. При его формировании из спектра АМС "изымается" НК. Временная диаграмма ДПС может быть получена путем вычитания НК из АМС. В результате получим график огибающей с амплитудой . Фаза ее изменяется на 180° при проходе через нулевые значения. Используют ДПС как промежуточный сигнал при формировании ОПС, а также для синтеза АМС в АРК.

В результате такого синтеза можно получить АМС, у которого низкочастотная огибающая изменяет фазу на 180° при изменении на 180° фазы ДПС. Таким образом, изменение фазы PC переносится на низкочастотный УС. Этот эффект позволяет управлять положением направленной антенны АРК и автоматически измерять курсовой угол радиостанции.

Однополосные сигналы A3j и А3А. Однополосный сигнал A3j получают из ДПС путем подавления одной из боковых полос (рис. 4.4, а − нижней) и выделения другой. На рис. 4.4, а временная диаграмма ОПС соответствует модуляции гармоническим сигналом и представляет собой график гармонического колебания частоты . Сигнал А3А отличается наличием так называемого пилот-сигнала (ПС) несущей частоты с сильно (в 10 раз) ослабленной амплитудой. Пилот-сигнал используется как опорный, на частоту которого производится автоматическая подстройка частоты (АПЧ) РПУ. Однополосные сигналы широко используются для телефонной радиосвязи на большие расстояния. Бортовые СРСТ "Микрон" и "Ядро" являются однополосными.

Телеграфные радиосигналы.

Амплитудно-манипулированный сигнал (АМТС) А1 (рис 4.4, б) можно рассматривать как результат амплитудной модуляции НК управляющим сигналом прямоугольной формы при т = 1. В простейшем случае, когда передается чередование 1-0-1-0..., управляющий сигнал является меандром, п оэтому ВВП и НБП формируются спектрами, содержащими только нечетные гармоники.

Как отмечалось, для удовлетворительного воспроизведения формы сигнала достаточно ограничиться 1-й и 3-й гармониками. Поэтому − скорость в бодах. Достоинство АМТС в его узком спектре. Например, для передачи АМТС со скоростью речи одно слово в секунду, если принять в слове пять букв, а в букве пять знаков, получим . Для сравнения: . Узкополосность АМТС позволяет значительно увеличить число телеграфных каналов в данном диапазоне по сравнению с телефонными. Использование узкополосных РПУ для приема АМТС позволяет резко повысить помехоустойчивость.

Второе достоинство АМТС − постоянство амплитуды. Это позволяет при излучении использовать РПДУ на полную мощность. В сочетании эти два достоинства обусловили увеличение дальности связи с помощью АМТС по сравнению с АМС.

Недостаток АМТС − пассивная пауза между посылками, во время которой интенсивно действуют помехи. Амплитудно-манипулированные телеграфные сигналы используются в каналах дальней радиосвязи. Режим АМТС предусмотрен и в бортовых СРСТ, но применяется ограниченно, так как практически такую же дальность можно обеспечить при телефонной однополосной связи, ведение которой доступно любому члену экипажа ВС.

Тональный телеграфный сигнал(ТТС)A2(рис. 4.4, б) отличается от АМТС наличием амплитудной модуляции телеграфных посылок, что позволяет принимать их на слух, как и АМС. Однако у ТТС − тональная частота модуляции. При и утрачивается главное достоинство АМТС − узкополосность. Поэтому ТТС не используются для дальней связи. Они применяются для передачи позывных сигналов, например, в ПРС или МРМ.

Радиоимпульсные сигналы.

Периодическая последовательность прямоугольных радиоимпульсов (рис. 4.4, в) постоянной амплитуды и длительности (Р0) может рассматриваться как исходный сигнал. Кроме того, радиоимпульсный сигнал (РИС) можно рассматривать как результат AM несущего колебания видеоимпульсами (ВИС) при . Параметрами РИС являются амплитуда длительность , период и частота повторения и скважность , форма огибающей и частота несущего колебания . Правило формирования спектра неизменно. Спектр ВИС располагается справа от НК, а инвертированный − слева. При этом ,удваивается. Если для ВИС была принята , то для РИС . Например, для РЛС с . Такие РИС находят широкое применение в панорамных РЛС и импульсных РВ.

Модулированные РИС (группа Р3) отличаются наличием модуляции ВИС по одному из параметров (рис 3.17, в). Это приводит к аналогичной модуляции РИС. Например, РИС с АИМ маркируется Р3Д, с ШИМ – Р3Е, с ФИМ − P3F. Как отмечалось, эти сигналы используются в РРЛ. Радиоимпульсные сигналы с дельта- и импульсно-кодовой модуляцией (в основном цифровые сигналы) наряду с РРЛ широко применяются в РЭО ВС. В частности, в РСБН используется ИКМ, в СО УВД − ЦС.

Телевизионный сигнал.

Телевизионный сигнал (ТВС) А5С (рис. 4.4, г) представляет собой сочетание нескольких сигналов. Он состоит из сигнала черно-белого изображения − это АМС с частично подавленной НБП, внутри спектра которого расположен спектр ЧМ сигналов цветности, а справа к нему примыкает спектр ЧМ сигнала звукового сопровождения. Ширина полного спектра составляет 8 МГц.

Временная диаграмма соответствует передаче одной строки черно-белого изображения. Плавное изменение уровня пропорционально изменению яркости вдоль строки, причем чем больше яркость, тем ниже уровень (негативная передача). В конце строки, на уровне черного, передается импульс, гасящий засветку экрана на время обратного хода луча. На нем, как на пьедестале, находится импульс синхронизации, управляющий запуском генератора строчной развертки.