Сравнительные характеристики видов модуляции

Сущность радиосвязи. Основные понятия и определения.

Любой вид радиосвязи осуществляется при помощи электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве со скоростью света.

Электромагнитные волны образуются вокруг антенного устройства, которое питается переменным током высокой частоты. Токи высокой частоты вырабатываются (генерируются) передатчиком радиостанции. Графическое представление переменного тока имеет вид:

где:

φ – фаза колебания

I – сила тока

Ia – амплитудное значение силы тока (амплитуда)

Т – период колебания силы тока (период)

Амплитуда – максимальное отклонение периодического колебания от нулевого (заданного) значения.

Период – время, в течении которого происходит колебание (начинается и завершается).

Использование понятия “период” на практике не всегда удобно. Поэтому было введено понятие “частота колебаний” (частота).

Частота – количество колебаний в единицу времени (переменный ток – 1 сек.).

Обозначается – f, F

Измеряется – Гц, кГц, МГц

Радиопередатчиком называется устройство, предназначенное для выполнения двух основных функций:

1. Генерирования колебаний высокой частоты, т.е. преобразование энергии источников электропитания в электромагнитные колебания высокой частоты (несущей частоты или — несущей).

2. Модуляции этих колебаний в соответствии с сигналами, подлежащими передачи.

Модуляция – процесс изменения параметров несущей частоты по закону передаваемого (информационного) сигнала.

Так как основными параметрами тока высокой частоты являются амплитуда, частота, и фаза, модуляция разделяется на амплитудную, частотную и фазовую. Последняя ввиду специфики применения в данной лекции не рассматривается.

Модуляция осуществляется специальным устройством – модулятором, входящим в состав радиопередатчика.

Получаемые в радиопередатчике модулированные колебания высокой частоты передаются в антенну и далее излучаются в виде свободных электромагнитных волн.

Графическое отображение амплитудной модуляции (АМ) имеет вид:

1- Колебания несущей частоты. Частота и амплитуда постоянны.

2- Колебания модулирующей (информационной) частоты. Частота и амплитуда постоянны.

3- Модулированное колебание. Частота постоянна, амплитуда изменяется по закону информационного сигнала.

Графическое представление частотной модуляции ( ЧМ ) имеет вид:

1- Колебания несущей частоты. Частота и амплитуда постоянны.

2- Колебания модулирующей (информационной) частоты. Частота и амплитуда постоянны.

3- Модулированное колебание. Амплитуда постоянна, частота изменяется по закону информационного сигнала.

Частным видом модуляции является манипуляция – дискретная модуляция. Применяется в телеграфии т.к. качественная АМ возможна только при модуляции сигнала в выходном каскаде передатчика и т.о. мощность модулятора должна быть не менее мощности передатчика. Достоинства- простота схемы приёмного и передающего устройства, неширокий спектр излучения.

Графическое отображение манипуляции имеет вид:

1- Колебания несущей частоты. Частота и амплитуда постоянны.

2- Импульсы модулирующего сигнала (включено — выключено).

3- Модулированное по амплитуде колебание.

4- Модулированное по частоте колебание.

При манипуляции модулированный сигнал принимает только два значения:

1. колебания есть, колебаний нет – при АМ,

2. частота f1, частота f2 – при ЧМ.

Блок схема получения модулированного сигнала:

1. Генератор несущей частоты

2. Модулятор

3. Нагрузка (потребитель)

4. Генератор информационного сигнала

5. Генератор несущей частоты

6. Ключевой каскад (прерыватель)

7. Нагрузка (потребитель)

8. Система управлением прерывателем

Если на вход модулятора вместо генератора информационного сигнала подать голосовой сигнал, то несущая будет промодулирована согласно закону его изменения и форма модулированного сигнала будет иметь более сложный вид.

Поскольку модулятор является нелинейным элементом, а на его входы поступают две частоты то согласно закону преобразования частот на выходе модулятора должны присутствовать их сумма и разность, т.е.:

fн — частота несущая

F — частота модулирующего сигнала

Известно, что речевой сигнал, используемый для передачи по радио занимает полосу частот звукового диапазона 300-3000 Гц. Тогда на вход модулятора вместо одной модулирующей частоты будет приходить целый комплекс частот из данного диапазона от нижней Fн = 300 Гц до верхней Fв = 3000 Гц =3 кГц. Совокупность всех частот от Fн до Fв называют спектром сигнала. Для речи он будет составлять:?F=Fв-Fн=3000-300=2700Гц. Т.о. на выходе модулятора комплексный сигнал при модуляции речью будет иметь вид:

Спектр сигнала на выходе модулятора будет занимать полосу частот?f=2Fв=5,4 кГц. На диапазонах КВ применяется также такой вид модуляции как однополосная (SSB). При такой модуляции модулируемый сигнал формируется следующим образом:

Исходный промодулированный сигнал 1 пропускают через систему фильтров, в которых подавляется fн 2, и спектр сигнала приобретает вид 3, называемый в технике модуляцией с (иногда частично) подавленной несущей. С помощью фильтров подавляется также и одна из боковых полос (в данном случае нижняя) и на выходе устройства присутствует только верхняя боковая полоса.

Подавить несущую и одну боковую полосу можно без всякого ущерба для информационного содержания сигнала, т.к.:

- сама несущая частота не содержит полезной информации, а является только ее переносчиком

- информационное содержание нижней и верхней боковых полос одинаково (одна дублирует другую). Данный вид модуляции энергетически выгоднее остальных, но влечет за собой усложнение приемной и передающей аппаратуры.

Сравнительные характеристики видов модуляции, области их использования, достоинства и недостатки будут приведены ниже.

Промодулированный сигнал подается в устройство преобразования электрических колебаний в электромагнитное излучение (антену).

Сравнительные характеристики видов модуляции

1. Амплитудная. К недостаткам следует отнести большую энергоемкость – при отсутствии информационного сигнала передатчик излучает минимум 50% мощности, большие трудности с выделением полезного сигнала на фоне эфирных помех, применение мощного каскада модулятора

2. Частотная. К недостаткам относятся повышенная энергоёмкость- передатчик постоянно излучает 100% мощности, расширенная полоса спектра излучения (в 1,5 – 2 раза больше АМ), усложнение схемы модулятора т.к. необходимо выполнить два противоречивых условия т.е. соблюсти высокую стабильность несущей частоты и одновременно изменение её по закону модулирующего сигнала.

Достоинства- повышенная помехозащищённость, т.к. информация заложена в изменении частоты сигнала, демодулятор не реагирует (почти) на хаотические амплитудные изменения электромагнитных колебаний (помехи), маленькая мощность модулятора, т.к. процесс модуляции возможен уже в задающем генераторе.

3. Однополосная. К недостаткам относятся усложнённая схема радиостанции, повышенная требовательность к стабильности частоты.

Достоинства- самая низкая энергоёмкость по сравнению с вышеизложенными видами модуляции, т.к. передатчик излучает энергию только при наличии информационного сигнала, самый узкий спектр излучения, т.к. передаётся только одна боковая полоса.

На данном этапе развития радиосвязи наиболее перспективной является всё шире применяемая “цифровая модуляция”. Она не является отдельным видом модуляции, а представляет собой систему подготовки (преобразования) информационного (речевого) сигнала в цифровую форму перед подачей его на модулятор. За счёт того, что цифровая информация имеет только два значения (“0” и “1”) резко повышается помехоустойчивость, защищенность радиоканала, т.к. разобрать наличие и отсутствие сигнала на фоне радиопомех гораздо проще, нежели его плавное изменение.

Кроме того, т.к. число вариантов кода очень велико, используя простейшие схемы решения можно засекретить информацию, передаваемую по радиоканалу, что является необходимым требованием при работе в радиосетях.

Вывод: для проведения радиосвязи необходим приемник и передатчик. Передатчик осуществляет передачу радиосигналов. Приемник осуществляет прием радиосигналов. Выбор способа организации радиосвязи зависит от обстановки, назначения и важности данной связи, специфики боевых действий.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: