Однополосная модуляция, основные способы формирования SSB сигнала

Фильтровый метод формирования однополосного SSB сигнала. Структурные схемы
передатчика, приёмника, реверсивного трансивера.

Спектры АМ и SSB сигналов
Рис.1 Спектры АМ и SSB сигналов


Однополосная модуляция, она же Single – sideband modulation, она же SSB модуляция – это вид модифицированной амплитудной модуляции (АМ с выделенной верхней или нижней боковой полосой), применяемый в связной аппаратуре, для эффективного использования частотного спектра канала, а также максимального использования мощности передающей радиоаппаратуры.

Так как сигнал с однополосной модуляцией занимает полосу частот вдвое уже, чем амплитудно-модулированный (Рис.1), то это позволяет с одной стороны, использовать частотный диапазон, не создавая помех соседним станциям, а с другой – повысить дальность связи за счёт максимального использования мощности без существенных потерь на передачу несущей и второй боковой полосы.

В радиолюбительской связной аппаратуре широко используются в основном два метода формирования однополосного SSB сигнала – фильтровый и фазовый.


Третий – фазофильтровый пока не получил широкого распространения.

1. Полосовая фильтрация . Структурная схема трансивера.

Одним из распространённых способов создания SSB сигнала является удаление одной из боковых полос с помощью фильтрации, оставляя либо только верхнюю боковую полосу (боковую полосу с более высокой частотой – USB), либо нижнюю боковую полосу (боковую полосу с более низкой частотой – LSB).
Рассмотрим структурную схему подобного передающего устройства с формированием однополосного SSB сигнала методом полосовой фильтрации.
Структурная схема передатчика с фильтровым формированием SSB модуляции
Рис.1 Структурная схема передатчика с фильтровым формированием SSB модуляции

Схема, приведённая на Рис.1, содержит два балансных модулятора (смесителя), каждый из которых позволяет получить на выходе балансно-модулированный сигнал, спектр которого состоит из суммы и разности частот входных сигналов и не содержит частот несущих колебаний.
Сначала первый балансный модулятор выделяет боковые полосы двух модулирующих напряжений: НЧ сигнала частотой , поступающего с микрофона, и ВЧ сигнала первого гетеродина с кварцевой стабилизацией (G1) частотой Fг1.
Таким образом, на выходе первого модулятора присутствуют две частоты, они же две боковые полосы: Fг1 + Fм и Fг1 - Fм.

Далее следует узкополосный (с полосой пропускания 2,1...3 кГц) кварцевый или электромеханический фильтр (ЭМФ), выделяющий по желанию разработчика либо верхнюю, либо нижнюю боковую полосу спектра выходного сигнала. Причём в современных конструкциях высокочастотные кварцевые фильтры с частотами 5...10 МГц практически полностью потеснили низкочастотные ЭМФ, что в совокупности позволило получать простые, а главное – с минимальным количеством моточных изделий фильтровые SSB формирователи с отличными характеристиками.
Полоса пропускания полосового фильтра должна простираться от Fг1 + (100Гц) до Fг1 + (2,1...3кГц) в случае USB модуляции и от Fг1 – (2,1...3кГц) до Fг1 - (100Гц) – для LSB.
Как самостоятельно изготовить кварцевые фильтры на частоты 5...9.1 МГц мы с вами подробно рассмотрели на странице – ссылка на страницу.

Второй балансный модулятор предназначен для переноса отфильтрованного однополосного сигнала на рабочую частоту передатчика. Для того чтобы передатчик не был привязан к одной частоте, гетеродин G2 должен быть перестраиваемым, но при этом иметь стабильность частоты такую же, как у кварцевого генератора. Наиболее просто эта задача решается при помощи цифровых синтезаторов частоты (DDS синтезаторов), которые при относительно невысокой стоимости обладают приемлемой стабильностью и возможностью работы на частотах от единиц герц до сотен мегагерц.
Поскольку частота первого гетеродина Fг1, а соответственно, и первая промежуточная частота достаточно велики (при наличии ВЧ кварцевого фильтра), то разнос зеркальных каналов на выходе второго смесителя ещё больше и равен 2*Fг1. В связи с этим, для приемлемого подавления побочного канала окажется вполне достаточным использование простых диапазонных LC фильтров.

После LC фильтра однополосный сигнал поступает на ВЧ усилитель мощности и далее на антенну.

Давайте рассмотрим работу передатчика с фильтровым формированием SSB модуляции (Рис.1) на каком-нибудь абстрактном примере.
Подадим на микрофонный вход НЧ сигнал частотой 1кГц, а на 2 вход балансного модулятора сигнал частотой 10МГц. Фильтр, естественным образом, тоже настроим на 10МГц. Его полоса пропускания для USB модуляции составит: от Fг1 + (100Гц) до Fг1 + (2,1...3кГц) = 10,0001...10,003 МГц.
На выходе модулятора имеем 2 частоты: Fг1 ± 1кГц, т. е. 10,001 МГц и 9,999 МГц. Кварцевый фильтр пропустит на выход только 10,001 МГц.

Положим, мы хотим организовать радиотрансляцию на 7МГц, установив на синтезаторе G2 частоту равную 17МГц. Тогда на выходе второго смесителя у нас будет две частоты: Fг2 + 10,001 = 27,001 МГц, которую мы в лёгкую отсечём LC фильтром, и Fг2 - 10,001 = 6,999 МГц.

Да твою же мать! – сказали мужики и почесали репы на предмет своей судьбы.
Налицо инверсия боковой полосы, – объяснило им интернет сообщество, – После первого смесителя была верхняя БП, а после второго – нижняя.
А потом подумали, подумали совместно и заулыбались ослепительно, будто кто-то пообещал им налить по рюмахе и накормить мороженым.
А ведь и на самом деле, нам в данном случае как раз и нужна именно нижняя боковая полоса, так как в любительской радиосвязи принято на частотах ниже 10 МГц использовать LSB, а выше 10 МГц – USB.
Что делать для частот, превышающих 10 МГц? Всё очень просто – опустить частоту гетеродина G2 ниже искомого значения и осуществить преобразование "вверх".
Таким образом, для трансляции на 14 МГц нам надо установить частоту G2 (Fг2) равной 4 МГц и с удовлетворением констатировать, что на выходе второго смесителя у нас будут следующие частоты: необходимая нам Fг2 + 10,001 = 14,001 МГц и зеркалка, которая в случае Fгет< Fвх будет равна 10,001 – Fг2 = 6,001 МГц .

А что делать, если мы хотим поиметь трансивер, т. е. и приёмник и передатчик в одном флаконе и при этом не менее хотим – в обоих трактах использовать одни и те же ингредиенты?
Хочу отменить, что разобраться без пол-литры в схемах подобных конструкций с реверсивными трактами довольно сложно из-за обилия коммутирующих элементов, значительно усложняющих восприятие электрической схемы. Поэтому на сложный вопрос: "Как выглядит структурная схема реверсивного трансивера?" часто можно услышать простой ответ: "А хрен кто его знает...! Ну, разве что кроме самого хрена, который знает практически всё".

Поэтому, давайте-ка исключим из обзора все реле, переключатели или электронные ключи, присущие таким конструкциям, и нарисуем схему SSB приёмника на тех же самых узлах, что и рассмотренный выше передатчик. Из дополнительных элементов добавим только УНЧ и громкоговоритель.
Структурная схема однополосного SSB приёмника
Рис.2 Структурная схема однополосного SSB приёмника

А теперь проследим, как приведённый на Рис.2 приёмник отнесётся к сигналам, сформированным нашим однополосным передатчиком (Рис.1).

Итак, Fвх = 6,999 МГц.
Гетеродины переехали на новые места, но их частоты остаются прежними, то есть: Fг2 = 17 МГц,
Fг1 = 10 МГц
.
Кварцевый фильтр тоже прежний, т. е. с полосой пропускания 10,0001...10,003 МГц.
Тогда на выходе первого смесителя имеем 2 частоты: 1) Fг2 + Fвх = 17 + 6,999 = 23,999 МГц и
2) Fг2 – Fвх = 17 - 6,999 = 10.001 МГц. Понятно, что кварцевый фильтр пропустит только 10.001 МГц.
На выходе второго смесителя также формируется 2 частоты: 1) 10.001 – Fг1 = 0.001 МГц = 1 кГц и
2) 10.001 + Fг1 = 20.001 МГц, которая легко отсечётся от УНЧ простейшей RC цепью.
Далее сигнал частотой 1 кГц, который, напомню, мы успешно транслировали в эфир передатчиком, усиливается посредством УНЧ и поступает на громкоговоритель.

Прохождение 14,001 МГц-ового сигнала также легко можно проследить по соотношениям, указанным на Рис.2. Я же, с вашего позволения, на этом закончу, а различные фазовые методы формирования однополосного SSB сигнала рассмотрим на следующих страницах.



 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved