Однополосная модуляция, основные способы формирования SSB сигналаФильтровый метод формирования однополосного сигнала. Структурные схемы передатчика, приёмника, реверсивного трансивера
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. 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 Fм, 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. 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.
|