Лекция 3 Тема : Методы формирования и обработки аналоговых радиосигналов в

радиосвязи
Учебные вопросы:
1. Аналоговые сигналы радиосвязи. Методы формирования и обработки.
2.

Системы радиосвязи с аналоговыми видами модуляции. Сравнительная оценка. Область применения.

учеб. пособие для вузов - М. : Горячая линия -

Телеком, 2007. - 384 с.
2. Куликов Г. В. Радиовещательные приёмники : учеб. пособие для вузов / Г. В. Куликов, А. А. Парамонов - М. : Горячая линия - Телеком, 2011. - 120 с.
3. Ситников В.А. - Ростов н/Д : РАС ЮРГУЭС, 2009. - 196 с. Устройства приема и обработки сигналов : крат. текст лекций для студ. всех форм обучения МТФ по спец. "БРА" и "САСКТ".

амплитудной модуляцией.
Математическая модель АМС.
Коэффициент глубины модуляции.
Достоинства и недостатки АМС.
Схема РПДУ

с умножением частоты.
Схема РПДУ с переносом частоты.
Спектр АМ сигнала.
Математическая модель сигнала с угловой модуляцией.
График ЧМ сигнала с тональной модуляцией.
Отличия ФМ и ЧМ.
Спектр ЧМ и ФМ сигнала при заданном значении mч=5 и mч=2,4.
Методы осуществления угловой модуляции.
Схемы формирования сигналов с угловой модуляцией.
Стабилизация частоты несущей при частотной модуляции.

амплитуды радиосигнала по закону изменения информационного сообщения. Сформированное таким образом

радиочастотное колебание называют амплитуд- номодулированным.
АМ используется для передачи непрерывных сигналов:
- телефонных
- звукового вещания;
- факсимильных;
- для передачи сигналов телевизионных изображений в диапазонах метровых и дециметровых волн.
АМ сигналы (АМС) используются в основном для слуховых видов работ.

- частота колебаний несущей волны;

где

- это константа, определяющая амплитуду несущего колебания в отсутствии модуляции;
- коэффициент глубины модуляции.

где - максимальный ток в антенне;
- средний ток в антенне.

является простейший гармонический сигнал вида:
С учетом этого, выражение для АМС

примет вид:

Амплитуда модулирующего сигнала определяется коэффициентом глубины модуляции m, при этом:



Если произведение косинусов заменить их суммой, то для = 0 и = 0, можно записать:

Получим 3 гармоники (2 отстоящие на Ω от третьей вверх и вниз по оси частот соответственно).

реализации;
- сравнительно небольшая ширина спектра
Недостатки систем радиосвязи

с АМ:
- низкая помехоустойчивость;
- неэффективность использования мощности передатчика (менее 30%);
- напряженный режим работы выходных каскадов - необходимость проектирования передатчика на максимальную мощность.

фазой (t) сигнала связана соотношением:


то частотная и фазовая модуляция взаимозависимы,

их объединяют даже общим названием - угловая модуляция. При частотной модуляции (ЧМ) мгновенная частота сигнала изменяется по закону модулирующего сигнала, при фазовой (ФМ) - фаза. Поэтому, при модуляции тестовым синусоидальным сигналом частотой :
uмод(t)=Uмодcost.
При ЧМ и ФМ соответственно получим:
(t)=0+девcost,
где дев=kUмод - девиация частоты;
(t)=0t+девcost+0,
где дев=kUмод - девиация фазы.

тональным сигналом несущее колебание примет вид:

где mч=/ - индекс частотной

модуляции.
При ФМ тональным сигналом несущее колебание принимает вид:

где дев - девиация фазы, или индекс фазовой модуляции.

сигнала =const отличить ЧМ от ФМ не представля- ется возможным.

Это различие можно обнаружить только при изменении частоты . При ЧМ девиация частоты дев=const при изменении частоты , а девиация фазы сигнала меняется по закону дев=дев/.
При ФМ амплитуда колебания фазы сигнала дев=const, а мгновенная частота сигнала меняется по закону

следовательно, девиация частоты пропорциональна частоте модулирующего сигнала дев=дев/. Данное различие между ЧМ и ФМ иллюстрируется с помощью графиков.

mч=2,4

на прямые и косвенные. Прямой метод при ЧМ озна- чает

непосредственное воздействие на колебательную систему автогенератора, определяющую частоту колеба- ний. Косвенный метод состоит в преобразовании ФМ в ЧМ. Прямой метод при ФМ означает воздействие на ВЧ усилитель или умножитель частоты, т.е. на электрические цепи, определяющие фазу высокочастотных колебаний. Косвенный метод заключается в преобразовании частот- ной модуляции в фазовую. Сказанное можно пояснить с помощью четырех структурных схем, представленных на слайде, на которых приняты следующие обозначения: Г - автогенератор, У - усилитель, ЧМ - частотный модулятор, ФМ - фазовый модулятор, И - интегратор. Для преобразо- вания ФМ в ЧМ на входе фазового модулятора включается интегратор, а частотной - в фазовую на входе ЧМ – диффе- ренцирующая цепь.

к контуру автогенератора подключа- ется частотный модулятор, то это приводит

к снижению стабильности частоты автоколебаний. Для нейтрализации этого явления используют три способа:
– модуляцию осуществляют в кварцевом автогенераторе;
– применяют косвенный метод модуляции;
– стабилизируют частоту автогенератора, к которому подключен частотный модулятор, с помощью системы АПЧ.
Два первых способа обеспечивают получение сравнительно малой девиации частоты, и поэтому они применяются в основном при узко- полосной ЧМ, когда девиация частоты не превышает нескольких кило- герц.
Третий способ позволяет обеспечить малую нестабильность частоты, требуемое, в том числе большое, значение девиации частоты.
Следует установить такое быстродействие системы авторегулирования, чтобы она реагировала на относительно медленные изменения часто- ты автогенератора под действием дестабилизирующих факторов (на- пример, изменения температуры) и не откликалась бы на относительно быстрые изменения частоты под действием модулирующего сигнала.

Область применения
Сравнение АМ и ОМ сигналов.
Достоинства, недостатки и особенность ЧМ

сигналов.
Ширина спектра УМ сигнала.
Сущность прямого и косвенного методов формирования ЧМ сигналов.
Применение СРС с АМ.
Достоинство СРС с АМ.
Применение СРС с ЧМ.
Преимущество СРС с ЧМ.

выигрышу по мощности примерно в 16 раз (10-12 дб).
Н е

д о с т а т к а м и СРС с ОПС являются:
- необходимость дополнительного восстановления несущей на приемной стороне;
- возможность появления асинхронизма радиоканала;
- более сложные схемы детектирования.

сравнению с АМ:
1. более высокая помехоустойчивость;
2. более эффективное использование мощности

передатчика и менее напряженный режим работы его выходных каскадов.
Недостатки СРС с ЧМ:
- необходимость более широкой полосы пропускания канала связи;
- сложность технической реализации передатчиков и приемников ЧМ сигналов с требуемым качеством передачи и приема.
Особенность ЧМ сигнала:
- независимость (постоянство) амплитуды модулированного колебания от передаваемого сигнала.

практике за ширину спектра
- при ЧМ принимают полосу частот, в

которую не входят составляющие спектра с амплитудой меньше 1 - 3 % амплитуды несущей;
- при mчм < 0,5 →Δfчм ≈ 2Fmaх ≈ Δfам
- с увеличением mчм - спектр расширяется;
- при mчм >> 1 Δfчм ≈ 2Δfд не зависит от спектра модулирующего сигнала.
При ЧМ ширина спектра зависит от девиации частоты и следовательно прямо пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала.
Ширина спектра ФМ колебаний при Δφ >>1 равна 2ΔφдF т.е. зависит от модулирующей частоты.
Это коренные отличия между спектрами сигналов ЧМ и ФМ.
На практике ширина спектра при ЧМ определяется формулой Манаева:

основывается на двух методах:
- прямом;
- косвенном.
Прямой метод
Модулирующее колебание воздействует

непосредственно на автогене­ратор и меняет его частоту.
Недостатки:
- низкая стабильность средней частоты ЧМ колебаний;
- малая девиация частоты;
- большой уровень нелинейных искажений.
Косвенный метод
Воздействию модулирующего сигнала подвергается не гадающий авто­генератор, а низкочастотный вспомогательный, так называемый частотно - модулируемый генератор,
ЧМ сигнал с ванной девиацией частоты образуется путем преобразования колебаний задающего генератора (возбудителя) и вспомогательного ЧМГ.
Обеспечивается наибольшая стабильность частоты.
Наиболее просто высокая стабильность средней частоты достигается при использовании косвенного метода получения ЧМ сигналов.

(АМ) применяют в основном в диапазонах километровых, гектометровых и декаметровых

волн для передачи непрерывных (телефонных, звукового вещания, факсимильных) сигналов, а также для передачи сигналов изображения в телевизионных системах метровых и дециметровых волн. Кроме того, с целью ношения помехоустойчивости специальных систем радиосвязи амплитудная модуляция применяется в комбинации с другими видами: модуляции, например, АМ-ЧМ, АМ-ФМ, АМ-ЧМ-ФМ.
Достоинством систем радиосвязи с амплитудной модуляцией является относительная простота их технической реализации и сравнительно с частотной модуляцией узкая полоса канала радиосвязи. Однако они обладают недостатками: низкой помехоустойчивостью, неэффективным использованием мощности передатчика и напряженным режимом работы его выходного каскадов (для передачи полезной информации используется менее 30% выходной мощности передатчика, а остальная мощность расходуется на несущую). Таким образом, передатчик АМ колебаний должен проектироваться на максимальную мощность.

применяют в основном в диапазонах декаметровых и дециметровых волн для

передачи непрерывных (телефонные, высококачественного звукового вещания, факсимильные) сигналов. Частотную модуляцию широко используют в декаметровом и метровом диапазонах для передачи оперативной информации, а в дециметровом диапазоне ( спутниковые радиолинии) её применяют для формирования группового сигнала.
Преимуществом систем радиосвязи с ЧМ по сравнению с АМ является высокая помехоустойчивость, более эффективное использование мощности передатчика и менее напряженный ритм работы его выходных каскадов. К недостаткам радиосвязи с ЧМ следует отнести необходимость более широкой полосы пропускания канала (приемники) связи, сложность реализации передатчиков и приемников ЧМ сигналов с требуемым качеством их передачи и приёма.