Частным видом модуляции является манипуляция – дискретная модуляция
Скачать 0.64 Mb.
|
| 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:
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. ^ 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. ^ (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. ^  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). ^ 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. ^ Радиопередатчик Для установления связи по радиоканалу необходимо чтобы у каждого корреспондента имелся передатчик и приёмник. Устройство, объединяющее оба этих элементов в одну конструкцию, называется радиостанцией. В зависимости от вида модуляции передатчики имеют следующую структурную схему:  Рисунок - Упрощенная структурная схема радиопередатчика. 1. Усилитель низкой частоты. Предназначен для усиления сигнала от микрофона, радиопередатчика, телефонной линии и т.д. до уровня необходимого для нормальной работы модулятора. 2. Модулятор. Устройство, предназначенное для изменения параметров сигнала высокой частоты по закону изменения информационного сигнала. Представляет собой усилитель низкой (речевой) частоты, выходной сигнал которого, воздействуя на усилитель мощности, изменяет его режим и соответственно уровень выходного сигнала. 3. Задающий генератор. Устройство (совокупность устройств), предназначенное для вырабатывания сигнала несущей частоты с параметрами высокой стабильности и, как правило, с возможностью плавной или дискретной выборкой необходимой частоты. Исполняется на ламповой или полупроводниковой базе. В радиопередатчиках ранних выпусков представляет собой автогенератор на радиолампах с перестройкой частоты с помощью конденсатора переменной ёмкости. В более поздних выпусках применяются цифровые синтезаторы частот. 4. Усилитель мощности. (Выходной усилитель). Устройство, предназначенное для доведения уровня мощности сигнала до значения, обозначенного в технических характеристиках передатчика. В радиопередатчиках мощности более 10 Вт исполняется, как правило, на радиолампах менее 10Вт – на полупроводниках, за исключением радиопередатчиков ранних выпусков. 5. Блок согласования. Устройство, предназначенное для согласования выходных параметров усилителя мощности со входными параметрами антенного устройства. Бывает ручное и автоматическое. Необходимо, т.к. при перестройке радиопередатчика по частоте, смене антенн и изменении внешних параметров среды изменяются и вышеуказанные параметры усилителя мощности и антенных устройств. Представляет собой набор емкостей и индуктивностей с возможностью изменения их значений. Радиопередатчики с АМ имеют ограниченное применение (Р-130, Р-140) в связи с большой энергоемкостью и низкой помехозащищенностью, но благодаря простоте схемного решения представляют собой хороший учебный материал для усвоения основных принципов радиосвязи. Основным видом модуляции, применяемой в ВС является ЧМ. Основания для этого были приведены выше в сравнительных характеристиках видов модуляций. Радиопередатчики с ЧМ имеют достаточно простое схемное решение и, не взирая на то, что в режиме передачи несущая частота излучается постоянно имеют меньшую энергоемкость чем при АМ, т.к. позволили отказаться от модулятора усилителя мощности, энергопотребление которого приблизительно равно мощности самого радиопередатчика. Назначение блоков принципиально не отличается от блоков радиопередатчика с АМ. Разница заключается в том, что модуляция сигнала осуществляется в изначальном варианте формирования сигнала несущей частоты непосредственно в задающем генераторе или в предварительных каскадах усилителя сигнала высокой частоты. Также используются схемы сложения сигнала задающего генератора с промоделированным сигналом более низкой частоты. Непосредственно ЧМ реализуется с применением варикапов (диодов, изменяющих свою внутреннюю ёмкость в зависимости от приложенного обратного напряжения), генераторов содержащих реактивную лампу (изменяющую свою ёмкость, в зависимости от режима работы), каскадов усиления, изменяющих свою фазовую характеристику в зависимости от управляющего напряжения и. т. д. Структурная схема передатчика с однополосной модуляцией (SSB) принципиальных отличий от радиопередатчика с ЧМ не имеет, за исключением того что, модуляция происходит по амплитуде и формировании сигнала содержащего одну боковую полосу. Модуляция происходит также в изначальном варианте формирования сигнала несущей частоты. Требования, предъявляемые к последующим каскадам усиления и формирования сигнала модулированной частоты при SSB достаточно высоки, т.к. информация заложена в изменении амплитуды сигнала. При ЧМ эти требования гораздо ниже т.к. информация заложена изменении частоты несущей и искажении амплитуды и формы сигнала несущей не отражается на качестве передачи информации. ^ - “Диапазон рабочих частот”. Полоса частот (кГц, МГц) в которой передатчик способен выполнить своё функциональное назначение. - “Выходная мощность”. Гарантированная мощность (Вт, кВт) отдаваемая передатчиком в согласованное с ним антенное устройство во всём диапазоне рабочих частот. - “Потребляемая мощность”. Максимальная мощность (кВт, Вт) потребляемая от источника электропитания радиопередатчиком при максимальной выходной мощности. Остальные характеристики являются вспомогательными и используются в зависимости от предназначения радиопередатчика. Сигнал переданный в эфир должен быть принят корреспондентом и обработан до уровня прикладного использования. Как же работает передатчик? Общая схема радиосвязи довольно проста: в радиопередатчике специальным генератором формируются электрические колебания высокой частоты, которые затем смешиваются с полезным сигналом (модулируются) и при поступлении в антенну, преобразуются в электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве. Достигнув антенны приемника, электромагнитные волны наводят в ней переменный ток, который усиливается, демодулируется и поступает на устройство воспроизведения. При изменении электрического поля изменяется магнитное поле, и его энергия может передаваться без проводов. Для того чтобы магнитное поле могло распространиться на большое расстояние, нашему передатчику не хватит мощности. Для дальней радиопередачи нужен мощный генератор переменного тока – устройство, которое бы самостоятельно «включало и выключало» ток или изменяло его полярность. Причем частота колебаний генератора должна быть довольно высокой (например, для средних волн не менее 300 кГц). Чем выше частота генератора, тем меньше энергии будет затрачиваться на передачу и потребуются антенны меньших размеров. Но повышение частоты предъявляет более жесткие требования к элементам радиопередатчика. Нужны более высокочастотные (читай – дорогие) элементы и более стабильный генератор. Сложность изготовления и настройки элементов и узлов передатчика (и приемника тоже) напрямую зависит от частоты. Больше частота – сложней изготовление и выше стоимость. В свою очередь, отклонение частоты влияет на согласованную работу передатчика и приемника. Например, отклонение частоты средневолнового (300 кГц) передатчика на 1% вызовет изменение частоты на ±3 кГц, что в принципе допустимо. А отклонение на 1% передатчика, работающего на частоте 450 МГц, даст отклонение частоты на ±4.5 МГц. А это по ширине больше длинноволнового, средневолнового и частично коротковолнового диапазонов вместе взятых! В качестве генератора высокочастотных колебаний на заре радиотехники применялся искровые генераторы, в которых между контактами проскальзывала мощная искра, создающая магнитное поле. В качестве примера подобного устройства можно привести свечу в автомобильном двигателе, которая создает электромагнитное поле при работе, но, к сожалению, эти «радиоволны» не доставляют радости ни владельцам автомобилей, ни владельцам радиоприемников, расположенных поблизости. Затем в передатчиках стали применять электрическую дугу – непрерывную «искру». «Бытовым» примером которой является электрический сварочный аппарат. Позднее появились так называемые машинные генераторы, в которых магнитное поле создавалось электродвигателем. Технология развивалась, и в наши дни полупроводниковые приборы вытеснили искру, генераторы, вакуумные лампы и многое из того, что считалось классическим для своего времени. Но, несмотря на достижения электроники, в современных передатчиках используются те же принципы, что и на заре радио. Первые радиопередатчики работали в телеграфном режиме, т.е. сообщения передавались точками и тире кода Морзе. Для таких систем было не важно качество сигнала, а было важно его наличие. Довольно просто отличить точку от тире при любом качестве передачи. Все начало усложнятся с появлением голосовой связи. Понадобились новые открытия, и они не замедлили появиться. Допустим, мы построили генератор высокочастотных колебаний. Что же дальше? Как заставить электромагнитные волны «нести» полезную информацию, в частности наш голос? Еще в 1900 американский инженер Реджинальд Фессенден предложил использовать для этих целей модуляцию. Давайте рассмотрим этот процесс подробней. Полезный звуковой сигнал, например голос, представляет собой акустические колебания или звуковые волны. Очевидно, что эти колебания должны быть преобразованы в электрический вид. Мы не будем подробно останавливаться на этом процессе, так как он должен быть всем хорошо известен из школьного курса физики. Для тех, кто забыл, напомним, что преобразование обычно осуществляется с помощью микрофона. Допустим, мы имеем электрический сигнал звуковой частоты и имеем высокочастотную электромагнитную волну – несущую. То есть у нас есть информация и несущая для ее транспортировки. Как же «нагрузить» электромагнитную волну звуком? Для этого и применяется модуляция. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | В результате модуляции осуществляется перенос низкочастотного сигнала сообщения в область радиочастот, что позволяет осуществить... | | Велоспорт является травматичным видом спорта, уважительная просьба уделить особое внимание ушибам и переломам |
| Не будем возноситься так высоко, рациональный подход и даже просто здравый смысл ведут к выводу, что для России переход к манипуляции... | | Не будем возноситься так высоко, рациональный подход и даже просто здравый смысл ведут к выводу, что для России переход к манипуляции... |
| Беременность – это лженаука. Ее целью является вовсе не установление научной истины. Это манипуляция сознанием для достижения личных... | | ... |
| Мет 30 Передача инфор-ии на расстояние. Модуляция. Виды. Пневматические и электрические системы передачи информации (с частотным... | | Полет самолета от взлета до посадки представляет собой сочетание различных видов движения. Наиболее продолжительным видом движения... |
| Силу обязательства одно лицо (должник) обязано совершить в пользу другого лица (кредитора) определенное действие, как-то: передать... | | Н62 Канальная модуляция в системах записи цифровых данных. – СпбгукиТ, 2010. с |