Это нужно знать

Общий перечень знаний –
на этой странице



Однополосная модуляция, основные способы формирования SSB сигнала

Фазовый и фазофильтровый методы формирования однополосного SSB сигнала. Структурные схемы передатчиков, приёмников, тран­си­веров

Вторым по распространённости выделения необходимой боковой полосы является фазовый или иными словами – фазокомпенсационный метод формирования однополосного SSB сигнала. Причём, если принять во внимание стремительно набирающую популярность аппаратуру с цифровой обработкой сигналов (выполненную в соответствии с SDR технологией), то подобные радиосистемы имеют все шансы занять лидирующее положение и стать основой в современной технологии радиосвязи.

К основным достоинствам фазового метода относятся: простота, приличное качество однополосного сигнала, связанное с компенсацией некоторых побочных продуктов преобразования, и возможность формирования однополосного сигнала непосредственно на рабочей частоте.

Рассмотрим фазовый формирователь SSB сигнала. Его структурная схема показана на Рис.1.
Структурная схема передатчика с фазовым формированием SSB модуляции
Рис.1 Структурная схема передатчика с фазовым формированием SSB модуляции

При формировании SSB сигнала фазовым методом подавление нерабочей боковой полосы обеспечивается в результате взаимной компенсации противофазных составляющих, при этом составляющие рабочей боковой полосы складываются синфазно.
Необходимый для такой компенсации фазовый сдвиг формируется с помощью низкочастотного (ФВ_НЧ) и высокочастотного (ФВ_ВЧ) фазовращателей.

Данное включение фазовращателей, указанное на рисунке Рис.1, соответствует выделению нижней боковой полосы сигнала. Переключение выводов одного из фазо­вращателей (не принципиально – низкочастотного или высокочастотного) приведёт к подавлению нижней и выделению верхней боковой полосы.

Степень подавления одной из боковых полос зависит от погрешности сдвига фаз от 90°, а также от степени различия амплитуд напряжений на выходах фазовращателей. Полная компенсация возможна лишь при условии, что амплитуды сигналов на входах двух балансных модуляторов (смесителей) равны, а фазовые сдвиги фазовращателей составляют точно 90°. На практике, разумеется, эти условия не выполняются и подавляемая боковая полоса компенсируется не полностью.

Владимир Тимофеевич Поляков в книге "Трансиверы прямого преобразования" приводит следующие ориентировочные значения допустимого разбаланса фазовращателей по амплитудам и фазам:

  Подавление боковой полосы, дБ     60     50     40     30     20  
  Амплитудный разбаланс, %     0,2     0,6      2     6,5     22  
  Отклонение фаз, град     0,1     0,3     1,1     3,7     11,3  

В любительской практике вполне достаточным является подавление нежелательной боковой полосы на 40 дБ, при котором значения амплитудного и фазового разбалансов могут составить 2% и 1,1° соответственно.

В SDR аппаратуре обработка низкочастотных сигналов происходит цифровыми методами, что на практике даёт более качественные результаты в идентичности амплитуд и постоянстве фазового сдвига и, как результат, в подавлении нежелательной боковой полосы.

Далее приведём структурную схему однополосного SSB приёмника, построенного на тех же модулях, что и передатчик (Рис.2).

Структурная схема однополосного SSB приёмника с фазовым подавлением боковой
Рис.2 Структурная схема однополосного SSB приёмника с фазовым подавлением боковой

При подаче на антенный вход приёмника однополосного SSB сигнала на его выходе выделяется демодулированный НЧ сигнал.
Причём, если на передачу формирователь (Рис.1) выделяет нижнюю боковую полосу, то при приёме (Рис.2) будет выделяться верхняя, и наоборот. Поэтому при построении реверсивного тракта по структурным схемам, приведённым выше, одновременно с переходом от приёма к передаче и наоборот следует производить переключение выходов одного из фазовращателей.

На практике реализация гетеродинных ВЧ фазовращателей не вызывает особых проблем и, как правило, выполняется с использованием быстродействующей логики – триггеров или регистров сдвига при четырёхкратной тактовой частоте. Поэтому основным мотивом, препятствующим широкому распространению автономных SSB устройств с фазовым подавлением боковой полосы, является сложность построения именно качественного широкополосного НЧ фазовращателя.
С целью устранения этого сложного в настройке узла (при сохранении достоинств фазового метода) привели к разработке фазофильтрового метода формирования однополосного сигнала.
По имени автора данный метод получил название: "фазофильтровый метод формирования SSB сигнала Д. Уивера".

Структурная схема фазофильтрового передатчика приведена на Рис.3.
Структурная схема фазофильтрового SSB передатчика
Рис.3 Структурная схема фазофильтрового SSB передатчика

Несмотря на кажущуюся сложность (по сравнению с предыдущими схемами), фазофильтровый формирователь SSB сигнала имеет ряд важных достоинств.
Опишем вкратце принцип действия данного устройства, а для желающих подробно ознакомиться с принципами формирования однополосного SSB сигнала фазофильтровым методом: с цифрами, спектральными диаграммами и т. д. и т. п., всё ж таки предлагаю обратиться к замечательной книге В. Полякова "Трансиверы прямого преобразования".

Как следует из Рис.3, фазофильтровый формирователь – это устройство с двойным преобразованием частоты, главной особенностью которого является то, что частота преобразования первых двух смесителей (балансных модуляторов мод1 и мод2) выбрана крайне низкой. Мало того, частота гетеродина G1 приходится на середину звукового диапазона и равна 1600 Гц.
Смесители мод3 и мод4 призваны перенести сигнал первой промежуточной частоты на рабочую частоту передатчика.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что за счёт фазовых сдвигов гетеродинных напряжений G1 и G2, происходит сложение сигналов, имеющих прямой спектр и вычитание (компенсация) сигналов с инвертированным спектром, в результате чего на выходе формируется сигнал верхней боковой полосы с частотой FG2 - FG1.
Переключение выводов одного из фазовращателей (любого) приведёт к тому, что будет выделяться инвертированный спектр, соответствующий нижней боковой полосе с частотой подавленной несущей FG2 + FG1.

Даже с простыми ФНЧ1 и ФНЧ2 2-го порядка подавление внеполосных излучений фазофильтрового передатчика получается на уровне фильтровых устройств и превышает 50 дБ.
Глубина подавления несущей зависит от точности балансировки модуляторов мод1 и мод2 и на низких частотах легко принимает значения от 50дБ и более. Дополнительно несущая с частотой 1600 Гц ослабляется фильтрами ФНЧ1 и ФНЧ2.
Неточность установки фазовых сдвигов фазовращателей, а также неидентичность амплитудных характеристик каналов приводит к неполному подавлению инвертированного спектра, наложенного на полезный. При этом спектр излучения не расширяется, а ухудшается лишь качество звукового сигнала. Экспериментально установлено, что при подавлении инвертированного сигнала всего на 20 дБ разборчивость речи ещё находится на приемлемом уровне.
Неточность балансировки модуляторов мод3 и мод4 приводит к появлению синусоидального сигнала в середине излучаемого спектра, который прослушивается при приёме как свист с частотой около 1,6 кГц.

Если поменять местами выходы гетеродинов, а вместо микрофона подключить антенну, то передатчик с фазофильтровым подавлением боковой превращается в фазофильтровый SSB приёмник (Рис.4).
Структурная схема фазофильтрового SSB приёмника
Рис.4 Структурная схема фазофильтрового SSB приёмника

Поскольку радиоприёмник по сравнению с передатчиком – это устройство значительно более чувствительное как по отношению к принимаемым станциям, так и к разного рода неточностям балансировки и разбросам характеристик узлов, то и требования к этим узлам следует предъявлять повышенные. В противном случае качество приёма может серьёзно пострадать в связи с появлением в выходном спектре сигнала ещё одного, но инвертированного по частоте, либо возникновением немодулированной помехи с частотой первого гетеродина.


      Назад     

 

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

     
     

Однополосная модуляция, основные способы формирования SSB сигнала

Фазовый и фазофильтровый методы формирования однополосного SSB сигнала. Структурные схемы передатчиков, приёмников, тран­си­веров

Вторым по распространённости выделения необходимой боковой полосы является фазовый или иными словами – фазокомпенсационный метод формирования однополосного SSB сигнала. Причём, если принять во внимание стремительно набирающую популярность аппаратуру с цифровой обработкой сигналов (выполненную в соответствии с SDR технологией), то подобные радиосистемы имеют все шансы занять лидирующее положение и стать основой в современной технологии радиосвязи.

К основным достоинствам фазового метода относятся: простота, приличное качество однополосного сигнала, связанное с компенсацией некоторых побочных продуктов преобразования, и возможность формирования однополосного сигнала непосредственно на рабочей частоте.

Рассмотрим фазовый формирователь SSB сигнала. Его структурная схема показана на Рис.1.
Структурная схема передатчика с фазовым формированием SSB модуляции
Рис.1 Структурная схема передатчика с фазовым формированием SSB модуляции

При формировании SSB сигнала фазовым методом подавление нерабочей боковой полосы обеспечивается в результате взаимной компенсации противофазных составляющих, при этом составляющие рабочей боковой полосы складываются синфазно.
Необходимый для такой компенсации фазовый сдвиг формируется с помощью низкочастотного (ФВ_НЧ) и высокочастотного (ФВ_ВЧ) фазовращателей.

Данное включение фазовращателей, указанное на рисунке Рис.1, соответствует выделению нижней боковой полосы сигнала. Переключение выводов одного из фазо­вращателей (не принципиально – низкочастотного или высокочастотного) приведёт к подавлению нижней и выделению верхней боковой полосы.

Степень подавления одной из боковых полос зависит от погрешности сдвига фаз от 90°, а также от степени различия амплитуд напряжений на выходах фазовращателей. Полная компенсация возможна лишь при условии, что амплитуды сигналов на входах двух балансных модуляторов (смесителей) равны, а фазовые сдвиги фазовращателей составляют точно 90°. На практике, разумеется, эти условия не выполняются и подавляемая боковая полоса компенсируется не полностью.

Владимир Тимофеевич Поляков в книге "Трансиверы прямого преобразования" приводит следующие ориентировочные значения допустимого разбаланса фазовращателей по амплитудам и фазам:

  Подавление боковой полосы, дБ     60     50     40     30     20  
  Амплитудный разбаланс, %     0,2     0,6      2     6,5     22  
  Отклонение фаз, град     0,1     0,3     1,1     3,7     11,3  

В любительской практике вполне достаточным является подавление нежелательной боковой полосы на 40 дБ, при котором значения амплитудного и фазового разбалансов могут составить 2% и 1,1° соответственно.

В SDR аппаратуре обработка низкочастотных сигналов происходит цифровыми методами, что на практике даёт более качественные результаты в идентичности амплитуд и постоянстве фазового сдвига и, как результат, в подавлении нежелательной боковой полосы.

Далее приведём структурную схему однополосного SSB приёмника, построенного на тех же модулях, что и передатчик (Рис.2).

Структурная схема однополосного SSB приёмника с фазовым подавлением боковой
Рис.2 Структурная схема однополосного SSB приёмника с фазовым подавлением боковой

При подаче на антенный вход приёмника однополосного SSB сигнала на его выходе выделяется демодулированный НЧ сигнал.
Причём, если на передачу формирователь (Рис.1) выделяет нижнюю боковую полосу, то при приёме (Рис.2) будет выделяться верхняя, и наоборот. Поэтому при построении реверсивного тракта по структурным схемам, приведённым выше, одновременно с переходом от приёма к передаче и наоборот следует производить переключение выходов одного из фазовращателей.

На практике реализация гетеродинных ВЧ фазовращателей не вызывает особых проблем и, как правило, выполняется с использованием быстродействующей логики – триггеров или регистров сдвига при четырёхкратной тактовой частоте. Поэтому основным мотивом, препятствующим широкому распространению автономных SSB устройств с фазовым подавлением боковой полосы, является сложность построения именно качественного широкополосного НЧ фазовращателя.
С целью устранения этого сложного в настройке узла (при сохранении достоинств фазового метода) привели к разработке фазофильтрового метода формирования однополосного сигнала.
По имени автора данный метод получил название: "фазофильтровый метод формирования SSB сигнала Д. Уивера".

Структурная схема фазофильтрового передатчика приведена на Рис.3.
Структурная схема фазофильтрового SSB передатчика
Рис.3 Структурная схема фазофильтрового SSB передатчика

Несмотря на кажущуюся сложность (по сравнению с предыдущими схемами), фазофильтровый формирователь SSB сигнала имеет ряд важных достоинств.
Опишем вкратце принцип действия данного устройства, а для желающих подробно ознакомиться с принципами формирования однополосного SSB сигнала фазофильтровым методом: с цифрами, спектральными диаграммами и т. д. и т. п., всё ж таки предлагаю обратиться к замечательной книге В. Полякова "Трансиверы прямого преобразования".

Как следует из Рис.3, фазофильтровый формирователь – это устройство с двойным преобразованием частоты, главной особенностью которого является то, что частота преобразования первых двух смесителей (балансных модуляторов мод1 и мод2) выбрана крайне низкой. Мало того, частота гетеродина G1 приходится на середину звукового диапазона и равна 1600 Гц.
Смесители мод3 и мод4 призваны перенести сигнал первой промежуточной частоты на рабочую частоту передатчика.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что за счёт фазовых сдвигов гетеродинных напряжений G1 и G2, происходит сложение сигналов, имеющих прямой спектр и вычитание (компенсация) сигналов с инвертированным спектром, в результате чего на выходе формируется сигнал верхней боковой полосы с частотой FG2 - FG1.
Переключение выводов одного из фазовращателей (любого) приведёт к тому, что будет выделяться инвертированный спектр, соответствующий нижней боковой полосе с частотой подавленной несущей FG2 + FG1.

Даже с простыми ФНЧ1 и ФНЧ2 2-го порядка подавление внеполосных излучений фазофильтрового передатчика получается на уровне фильтровых устройств и превышает 50 дБ.
Глубина подавления несущей зависит от точности балансировки модуляторов мод1 и мод2 и на низких частотах легко принимает значения от 50дБ и более. Дополнительно несущая с частотой 1600 Гц ослабляется фильтрами ФНЧ1 и ФНЧ2.
Неточность установки фазовых сдвигов фазовращателей, а также неидентичность амплитудных характеристик каналов приводит к неполному подавлению инвертированного спектра, наложенного на полезный. При этом спектр излучения не расширяется, а ухудшается лишь качество звукового сигнала. Экспериментально установлено, что при подавлении инвертированного сигнала всего на 20 дБ разборчивость речи ещё находится на приемлемом уровне.
Неточность балансировки модуляторов мод3 и мод4 приводит к появлению синусоидального сигнала в середине излучаемого спектра, который прослушивается при приёме как свист с частотой около 1,6 кГц.

Если поменять местами выходы гетеродинов, а вместо микрофона подключить антенну, то передатчик с фазофильтровым подавлением боковой превращается в фазофильтровый SSB приёмник (Рис.4).
Структурная схема фазофильтрового SSB приёмника
Рис.4 Структурная схема фазофильтрового SSB приёмника

Поскольку радиоприёмник по сравнению с передатчиком – это устройство значительно более чувствительное как по отношению к принимаемым станциям, так и к разного рода неточностям балансировки и разбросам характеристик узлов, то и требования к этим узлам следует предъявлять повышенные. В противном случае качество приёма может серьёзно пострадать в связи с появлением в выходном спектре сигнала ещё одного, но инвертированного по частоте, либо возникновением немодулированной помехи с частотой первого гетеродина.


      Назад     

  ==================================================================