Полоса частот и баланс мощностей

1.1. Полоса частот и баланс мощностей.

Общая ширина полосы частот амплитудно-модулированных колебаний равна удвоенной максимальной частоте модуляции:

(ω_неc + Ω) - (ω_неc - Ω) = 2 Ω_МАКС. Звуковые колебания занимают спектр частот 20...20000 Гц. Однако разборчивость речи оказывается достаточной при вос­произведении полосы частот в пределах 300...4500 Гц. При этом полоса амплитудно-модулированного колебания составит 9000 Гц. Расстояние между несущими частотами соседних радиопередатчиков в этом случае составляет 10 кГц (рис. 3,б). Ширина спектра модулирующего сигнала определяется соответствующими стандар­тами на каналы связи, вещания, передатчики и приемники.

При амплитудной модуляции амплитуда тока в нагрузке не­прерывно изменяется от I_мин до I_Mакс. Следовательно, и режим мо­дулируемого генератора также изменяется. В процессе амплитуд­ной модуляции различают следующие режимы работы модулируе­мого каскада:

режим несущей частоты или режим молчания, когда генератор радиочастоты включен, а микрофон не включен и модуляция от­сутствует;

максимальный режим или режим максимальной колебатель­ной мощности при наибольшем значении тока и максимальном коэффициенте модуляции;

минимальный режим или режим минимальной мощности при наименьшем токе;

режим средней мощности за период одного периода модули­рующего низкочастотного сигнала.

Для упрощения предположим, что модуляция симметричная, линейная, неискаженная осуществляется синусоидальным напря­жением. Модулированный по амплитуде ток проходит через ак­тивное сопротивление нагрузки R_H или антенны R_a.

В отсутствие модулирующего напряжения, т. е. в режиме мол­чания, несущее колебание создает на сопротивлении нагрузки мощность Р_н=0,5I²_HR_H.

В процессе модуляции изменяется амплитуда тока, а следова­тельно, и мощность на нагрузке:

в минимальном режиме P_МИН=0,5 I²_МИНR_H =0,5[I_H(1 – m)]²R_H= Р_н ( 1-m)² ,

в максимальном режиме P_Mакс=0,5 I²_МАКСR_H =0,5[I_H(1 + m)]²R_H= Р_н ( 1+ m)².

Из этих выражений видно, что при стопроцентной (m = 1) мо­дуляции мощность в максимальном режиме в 4 раза больше, чем в режиме несущей частоты. В минимальном режиме при m = 1 Р_МИН = Р_н(1-m)²= 0.

Средняя мощность Р_СР, выделяющаяся на нагрузке за период действия модулирующего сигнала, складывается из мощностей несущего и двух боковых колебаний: Р_СР=Р_Н – Р_Н.Б + Р_В.Б , Р_Б =0,5I²_БR_H=0,5()²R_H=0,5R_H=P_H, P_CP=P_H+2P_Б = 0,5I²_H R_H+2(0,5()² R) = P_H(1+0,5m²).

Отсюда видно, средняя мощность больше мощности несущих колебаний в (1+0,5m²) раз и при 100%-ной модуляции в полтора раза больше ее: Р_CP= 1,5Р_H.

Мощности Р_H и P_CP—это мощности за продолжительный промежуток времени, в то время как мощности Р_МАКС и Р_МИН имеют мгновенный характер.

Рассматривая график спектрального состава модулированных колебаний, видим, что вся полезная информация о передаваемом сигнале содержится в боковых составляющих. А из полученных выше выражений следует, что при m = 1 мощность двух боковых частот в 2 раза меньше мощности несущей и в 8 раз меньше пи­ковой максимальной мощности. Практически коэффициент моду­ляции т ≈ 0,3. При этом амплитуды тока боковых составляющих будут меньше и составят 0,3I_H/2, т. е. уменьшатся в 1/0,3 ≈ 3,3 раза, а мощности боковых частот уменьшатся в 3,3² = 10 раз. По­этому амплитудная модуляция энергетически невыгодна.

Другим недостатком амплитудной модуляции является широ­кая полоса частот, занимаемая модулированным колебанием, она вдвое шире спектра модулирующего сигнала.

Но амплитудная модуляция имеет важные достоинства, обус­ловливающие широкое применение ее в массовом радиовещании. К ним относится простота приемников для приема амплитудно-модулированных колебаний.

В основном амплитудная модуляция используется в радиовеща­тельных системах длинных, средних и коротких волн, а также для передачи изображения в телевизионных передатчиках метровых и дециметровых волн.

1.2.Способы осуществления амплитудной модуляции. Анализ модулированных по амплитуде колебаний показывает, что в процессе модуляции появляются новые частоты — боковые, которых не бы­ло на входе модулирующего устройства. Новые частоты, как из­вестно, могут появиться только на выходе устройства, имеющего нелинейную вольт-амперную характеристику. Следовательно, для осуществления амплитудной модуляции необходим нелинейный элемент. Такими нелинейными элементами могут быть электрон­ные приборы, лампы, транзисторы, диоды и др., обладающие не­линейной вольт-амперной характеристикой.

Для осуществления амплитудной модуляции модулирующее на­пряжение вводится в цепь питания одного или нескольких элект­родов электронного прибора. При изменении напряжения питания одного электрода модуляция называется простой или одинарной. Если же изменяется напряжение питания нескольких электродов, модуляция называется комбинированной. В зависимости от того, на какой электрод подается модулирующее напряжение, различа­ют следующие виды амплитудной модуляции: сеточную, базовую, анодную, коллекторную и анодно-экранную.