Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Фазоразностный метод формирования ОБП



 

Формирование однополосного сигнала может быть выполнено на основе изменения фазовых соотношений между различными со­ставляющими амплитудно-модулированных сигналов. Для этого рассмотрим схему, состоящую из двух ветвей, объединенных на входе и выходе с помощью развязывающих устройств (РУ) (рис. 23).

Основными элементами фазоразностной схемы (ФРС) формиро­вания ОБП являются: ФК1 - фазовый контур первой ветви, обеспе­чивающий фазовый сдвиг для исходного первичного сигнала; ФК2 - фазовый контур второй ветви, обеспечивающий фазовый сдвиг для исходного первичного сигнала; РУ-1 - развязываю­щее устройство, разделяющее первичный сигнал на первую и вто­рую ветви; РУ-2 - развязывающее устройство, объединяющее сиг­налы первой и второй ветвей схемы; M1 и М2 - модуляторы (как правило, выполненные по двойной балансной или кольцевой схеме) первой и второй ветвей ФРС, осуществляющие перемножение сиг­налов с несущими колебаниями; ФК3 - фазовый контур, обеспечи­вающий фазовый сдвиг , между несущими частотами, пода­ваемыми на модуляторы первой и второй ветвей ФРС. Фазовые ха­рактеристики контуров ФК1 и ФК2 рассчитаны таким образом, что в диапазоне частот первичного сигнала F1…F2 разность вносимых ими фазовых сдвигов равна , т.е. если сдвиг фазы, вносимый контуром ФК1 равен , а сдвиг фазы, вносимый контуром ФК2 ра­вен , то во всем диапазоне частот первичного сигнала должно соблюдаться соотношение .

Для упрощения анализа работы ФРС положим, что на ее вход поступает гармонический сигнал вида , фазовый сдвиг ФК1 , фазовый сдвиг ФК2 . Тогда на входе модулятора М1 входной сигнал будет иметь вид , а на входе модуля­тора М2 - . Напряжения несущей частоты, подавае­мые на модуляторы М1 и М2, будут соответственно равны и . В результате перемножения преобра­зуемых сигналов и несущих частот получим:

на выходе модулятора М1

и на выходе модулятора М2

.

Рис. 23. Фазоразностная схема формирования ОБП

 

При симметрии обеих ветвей ФРС амплитуды токов на выходах модуляторов будут равны . В этом случае суммарный ток на выходе РУ-2 будет равен

(60)

т.е. в его составе будет только ток нижней боковой полосы частот.

Если формировать верхнюю боковую полосу частот, то необхо­димо выполнить операцию вычитания, т.е.

(61)

Операция вычитания достигается изменением фазы тока в одной из ветвей ФРС на путем переключения (переполюсовки) проводов в этой ветви. Спектральные диаграммы, поясняющие формирова­ние ОБП в ФРС, приведены на рис. 24.



Рис. 24. Спектральные диаграммы формирования ОБП с помощью ФРС

 

Фазоразностный метод формирования ОБП (например, нижней) можно пояснить с помощью векторных диаграмм (рис. 25).

Рис. 25. Векторная диаграмма напряжений в ФРС при формировании ОБП

 

На векторной диаграмме (рис. 25, а) изображены векторы боко­вых полос на выходе модуляторов М1 и М2 и несущих частот. На­правления векторов нижних боковых первой и второй ветвей ФРС совпадают и поэтому суммируются, а векторы верхних боковых вет­вей соответствующих ветвей направлены в противоположные сто­роны и взаимно компенсируются. Результирующий вектор U на вы­ходе схемы представляет собой удвоенный по амплитуде вектор нижней боковой (рис. 25, б).

Полное подавление ненужной боковой полосы частот будет обеспечено только при выполнении двух условий: 1) каждая состав­ляющая спектра первичного сигнала должна быть сдвинута на угол в одной ветви ФРС относительно другой; 2) ветви схемы должны быть строго симметричны, т.е. амплитуды токов на выходе модуляторов M1 и М2 должны быть равными или затухания ветвей ФРС должны быть одинаковыми.

Предположим, что первое условие не выполняется и разность фа­зовых сдвигов в ветвях схемы равна и токи в ветвях схемы связаны соотношением /1= I, a I2= kI, где (т.е. не выполняется и второе условие) определяет асимметрию ветвей ФРС. При таких допущениях ток на выходе модулятора M1 будет равен

(62)

а ток на выходе модулятора М2 будет равен

(63)

Суммарный ток на выходе развязывающего устройства РУ-2 будет в этом случае содержать составляющие и нижней и верхней боковых частот. Суммируя соответствующие члены вы­ражений (62) и (63), напишем выражение для тока верхней (неис­пользуемой) боковой частоты



Произведя несложные тригонометрические преобразования, по­следнее выражения можно привести к виду

.

В полученном выражении ток неиспользуемой боковой полосы частот представлен в виде суммы двух составляющих, находящихся в квадратуре. Его амплитуда будет равна

. (64)

Сравнивая эту амплитуду с амплитудой полезной боковой поло­сы на выходе идеальной фазоразностной схемы (60), можно опре­делить степень подавления ФРС неиспользуемой боковой полосы. Это затухание, выражающееся в децибелах, называемое затухани­ем в полосе задерживания, будет равно

(65)

Анализ выражения (65) показывает, что степень подавления не­нужной боковой полосы частот сильно зависит от коэффициента асимметрии к. Следовательно, необходимо, прежде всего, стре­миться к уменьшению асимметрии токов в ветвях ФРС. Сделать это нетрудно, вводя в одну из ветвей схемы регулируемый аттенюатор (удлинитель). При k = 1 затухание ФРС в полосе задерживания бу­дет равно .

Неидеальность фазирования ФРС и асимметрия ее ветвей ока­зывают влияние и на амплитуду полезной боковой полосы частот. Суммируя, как и ранее, соответствующие составляющие (62) и (63), получим выражение для тока нижней (полезной) боковой частоты

(66)

Выполнив несложные тригонометрические преобразования, полу­чим выражение для амплитуды тока полезной боковой частоты в виде

(67)

Сравнивая амплитуды токов в формулах (60) и (67), можно оце­нить величину затухания, вносимой ФРС для тока полезной боковой частоты или затухание в полосе пропускания Ап

(68)

При идеальной симметрии ФРС (k = 1) затухание в полосе про­пускания будет равно

Это затухание незначительно даже при больших погрешностях фазирования, и практически им можно пренебречь (так, например, при дБ).

Затухание подавления ненужной боковой полосы неидеальной ФРС, т.е. при невыполнении двух вышеназванных условий («усло­вие фаз» и «условие амплитуд») с учетом (64) и (67), будет равно

(69)

Симметрия ветвей ФРС достигается довольно просто. Для обес­печения же высокой точности фазирования в полосе частот первич­ного сигнала требуется применение достаточно сложных и дорогих фазовых контуров ФК1 и ФК2 (называемых иногда фазовращателями) (см. рис. 23). Как отмечалось ранее, подавление ненужной боковой полосы частот должно быть не менее 60 дБ. Такое значение АП мож­но обеспечить, если будет меньше 1°. Более дешевые и менее сложные фазовые контуры, например, содержащие не более двух звеньев второго порядка, имеют погрешность в полосе частот пер­вичного сигнала , что соответствует затуханию в полосе задерживания примерно 26 дБ. Такие контуры широко применяются в ФРС систем передачи на местных сетях. Простая и экономичная схема формирования ОБП позволила значительно упростить и уде­шевить оконечные станции этих систем и, следовательно, повысить их эффективность в целом. Однако из-за недостаточной степени по­давления неиспользуемой боковой полосы частот номинальная по­лоса частот канала в таких системах расширена в два раза. При рас­ширении полосы частот до 8 кГц неиспользуемая боковая полоса частот не будет совпадать с полосой полезной боковой соседнего канала, поэтому требования к степени ее подавления можно значи­тельно снизить. Затухание должно быть таким, чтобы на приеме не возникали биения при расхождении фаз несущих частот на пере­дающей и приемной станциях. Этим явлением можно пренебречь, если затухание в полосе задерживания будет не менее 26 дБ, что обеспечивается при неточности фазирования порядка 6°.

Применение фазоразностных схем вместо канальных полосовых фильтров обладает следующими достоинствами: при изменении номинала несущей частоты в ФРС изменяется только контур ФК3, настроенный на несущую частоту (обычно очень простой). Фазовые контуры ФК1 и ФК2, обеспечивающие заданную разность фаз в диа­пазоне частот первичного сигнала, остаются неизменными при лю­бом значении несущей частоты.

Из сказанного следуют два вывода: 1) при использовании ФРС пе­редающее оборудование всех каналов системы передачи будет оди­наковым, так как фазоразностные схемы в различных каналах будут отличаться только контурами ФК3, тогда как при использовании фильтров во всех каналах надо было бы при различных несущих применять различные фильтры. Такая идентичность канального обо­рудования всех каналов может привести к значительному упрощению и удешевлению аппаратуры, что очень важно для связей на короткие расстояния; 2) при использовании ФРС значение несущей частоты не влияет на сложность реализации схемы (как это имеет место при фильтровом методе формирования ОБП), так как степень подавле­ния неиспользуемой полосы определяется точностью фазирования в диапазоне частот первичного-исходного сигнала. Поэтому с помо­щью ФРС можно одной ступенью модуляции переносить исходный сигнал в любой диапазон частот, т.е. формировать необходимое чис­ло каналов, не прибегая к многократному преобразованию частоты, что упрощает аппаратуру. Наряду с перечисленными достоинствами ФРС имеет серьезный недостаток - невозможность значительного подавления неиспользуемой боковой полосы, что обуславливается трудностью создания фазовых контуров с незначительной погрешно­стью фазирования.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!