Modulacja jednowstęgowa
Z HamradioWiki
|
Jeżeli w procesie modulacji amplitudy zmodulujemy falę nośną pasmem częstotliwości akustycznych, to przy głębokości modulacji równej 100% powstaną dwie wstęgi boczne po obu stronach fali nośnej, każda o mocy 25% mocy promieniowanej, przy czym na samą falę nośną nie przenoszącą informacji, przypadnie 50% mocy. Znaczne zmniejszenie mocy fali nośnej daje sygnał dwuwstęgowy w przytłumioną falną nośną - DSB. Odbiór takiego sygnału wymaga odtworzenia fali nośnej w odbiorniku.
Jeśli ograniczymy także znacznie (w praktyce o około 30-50 dB) moc jednej wstęgi bocznej, to otrzymamy sygnał SSB. Nie pogorszy się wówczas wierność przekazywania informacji, mozna natomiast uzyskać szereg korzyści w stosunku do sygnału dwuwstęgowego z falą nośną w postaci:
- użycia całej mocy nadajnika do wyprodukowania tylko jednej wstęgi bocznej
- węższego pasma częstotliwości emitowanego przez nadajnik, co pozwala na pracę większej ilości nadajników w pasmie o tej samej szerokości
- możliwość zwężenia o około 50% pasma odbieranego przez odbiornik, co daje dodatkowy zysk w postaci poprawy stosunku odbieranego sygnału do szumu (zwężenie pasma o 50% to o 3 dB mniejsza moc szumów na wyjściu odbiornika)
- braku fali nośnej powodującej wzajemne interferencje sygnałów o zbliżonych częstotliwościach utrudniające odbiór, co stwarza możliwość czytelnego odbioru sygnałów odległych o kilkaset Hz od innego sygnału SSB
- bardziej ekonomicznych urządzeń nadawczych, co pozwala na budowę znacznie mniejszych i lżejszych nadajników, ponieważ moc promieniowana jest tylko w czasie trwania modulacji
- mniejsza zawartość sygnałów niepożądanych i hamonicznych w widmie, co wynika z formowania sygnału SSB na małym poziomie mocy
Przy słabym sygnale występuje wyraźna przewaga SSB; o ile przy modulacji dwuwstęgowej stosunek dygnału do szumu będzie wynosił 2 dB to przy SSB przy tym samym sygnale wejściowym wzrośnie do 5 dB dając w rezultacie wyraźną poprawę czytelności sygnału.
Odbiór sygnałów SSB polega na odtworzeniu fali nośnej w odbiorniku za pomocą generatora BFO, a następnie poddaniu tego sygnału detekcji w detektorze iloczynowym. Ze względu na koniecznośc odtwarzania fali nośnej z dużą dokładnością, od heterodyny odbiornika i generatora BFO wymaga się dużej stabilności częstotliwości. Pasmo przepuszczane przez tor p.cz. odbiornika umożliwiającego poprawny odbiór SSB powinno mieć szerokość 2-3 kHz. Kształtowane jest ono najczęściej za pomocą filtru kwarcowego lub mechanicznego. Szersze pasmo spowoduje odbiór dodatkowych sygnałów znajdujących się w pobliżu sygnału odbieranego, natomiast zbyt wąskie wywoła zniekształcenia liniowe prowadzące do spadku zrozumiałości.
Automatyczna regulacja wzmocnienia powinna mieć dużą stałą czasową, aby nie zmieniać zbyt szybko czułości odbiornika pod wpływem sygnału o charakterze impulsowym.
Inne zespoły odbiornika do odbioru SSB nie różnią się od odbiorników emisji AM.
Formowanie sygnału SSB
Formowanie sygnału jednowstęgowego to proces mający na celu wytworzenie sygnału SSB lub DSB i przefiltrowaniu tego drugiego w celu uzyskania sygnału SSB. Uformowanego sygnału SSB i DSB - bez względu na wielkość częstotliwości - nie można powielać; można jedynie mieszać z dowolnymi częstotliwościami pomocniczymi. Częstotliwości te, przed zmieszaniem z sygnałem SSB, mogą być uzyskane przez powielanie.
Metoda filtrowa
W metodzie tej zredukowanie zbędnej wstęgi bocznej odbywa się za pomocą filtru, którego wąskie pasmo przepuszczania obejmuje tylko jedną wstęgę boczną przy pasmie częstotliwości modulujących zawartym w granicach 300 - 3000 Hz.
Pierwszym stopniem jest generator fali nośnej, drugim z kolei modulator zrównoważony, w którym poza procesem modulacji odbywa się znaczne (o 30 - 50 dB) stłumienie fali nośnej. Do modulatora doprowadzony jest sygnał m.cz. z mikrofonu wzmocniony we wzmacniaczu korekcyjnym z charakterystyką ograniczoną do pasma 300 - 3000 Hz i wzmocnieniem wzrastającym z częstotliwością. Produktem pracy modulatora jest sygnał DSB.
Następnym stopniem w torze w.cz. jest filtr o charakterystyce zbliżonej do prostokątnej. Obcina on zbędną wstęgę boczną. a jednocześnie powiększa tłumienie fali nośnej o 10 - 20 dB. Na wyjściu filtra występuje już właściwy sygnał SSB, choć zwykle jeszcze nie na częstotliwości pracy nadajnika, który zostaje zmieszany z dodatkową częstotliwością w celu uzyskania pożądanej częstotliwości wyjściowej. Jest on następnie jeszcze raz wzmocniony i doprowadzony do anteny.
Metoda fazowa
Metoda ta choć czasami stosowana, okazała się dosyć trudna w praktyce, ponieważ wymaga stosowania szerokopasmowych przesuwników fazowych w postaci nierealizowalnych fizycznie filtrów Hilbera, które w praktyce trzeba aproksymować dość dokładnie w szerokim zakresie zmian pulsacji filtrem rzeczywistym (chodzi o wprowadzanie przesunięcia o -90 stopni dla każdej z częstotliowości składowych sygnału). Produktem pracy modulatora jest sygnał SSB.
Nadajnik SSB
Generator fali nośnej
Od generatorów fali nośnej wymaga się stabilności częstotliwości i amplitudy sygnału wyjściowego, dlatego stosuje się syntezy cyfrowe DDS, układy pętli fazowych PLL oraz coraz rzadziej generatory stabilizowane kwarcem. Generatory samowzbudne nie są stosowane z powodu niestabilności częstotliwości, konieczności stosowania termostatów oraz bardzo stabilnych mechanicznie elementów obwodu drgań.
Modulator DSB i filtr SSB
Stosuje się modulatory zrównoważone (transformatorowe, diodowe pierścieniowe) pracujące w układzie wzmacniacza przeciwsobnego (tranzystorowe, lampowe), w których składowe podstawowe sygnałów doprowadzonych znoszą się i w rezultacie otrzymuje się sygnał DSB.
Najczęściej stosuje się modulatory diodowe: mostkowe i pierścieniowe (ang. ring modulator).
Zrównoważone modulatory diodowe: dają znaczne tłumienie fali nośnej (do 60 dB), najmniejsze zniekształcenia występują przy amplitudzie fali nośnej większej o 10-15 razy od amplitudy sygnału modulującego, częstotliwość pracy sięga 15 MHz i dlatego stosuje się je praktycznie w całym zakresie częstotliwości formowania sygnału SSB spotykanym w transceiverach SSB.
Przy metodzie filtrowej formowania sygnału SSB, usunięcie zbędnej wstęgi z sygnału DSB odbywa się za pomocą filtru kwarcowego, elektromechanicznego, piezoceramicznego lub wieloobwodowego układu LC.
W metodzie fazowej stosowanie filtrów jest zbędne, ponieważ produktem pracy modulatora jest sygnał SSB.
Układ przemiany częstotliwości
Bardzo rzadko zdarza się, aby sygnał SSB był formowany bezpośrednio na częstotliwości pracy nadajnika, dlatego w stopniu przemiany stosuje się mieszacze, które wykonywane są w układach identycznych, jak modulatory. Stosowane są głównie mieszacze zrównoważone, ponieważ tłumienie sygnałów sterujących mieszacz i innych niepożądanych częstotliwości umożliwia uproszczenie występujących po nim obwodów. Szczególnie godny polecenia jest pierścieniowy mieszacz diodowy przedstawiony na rysunku 2.
Właściwą częstotliwość wyjściową uzyskuje się poprzez zmieszanie uformowanego sygnału SSB na wyjściu mieszacza. O tym, czy będzie to częstotliwość sumacyjna czy różnicowa, decydują wyjściowe obwody rezonansowe. Przy mieszaniu sumacjnym zostaje zachowana wstęga sygnału wejściowego SSB, natomiast przy mieszaniu różnicowym, kiedy od częstotliwości generatora odejmuje się częstotliwość SSB, wstęga ulega od wróceniu (z dolnej na górną i odwrotnie). W radiokomunikacji przyjęto, że do 10MHz stosuje się dolną wstęgę boczną, zaś powyżej 10MHz – górną.
Wzmacniacz mocy
Stosowane są wzmacniacze pracujące w klasach AB i B.
Wzmacniacze w.cz. pracujące w klasie C nie nadają się pracy we wzmacniaczach mocy SSB ze względu na punkt pracy leżący daleko poza punktem odcięcia charakterystyki siatkowej lampy. Praca w klasie A jest rzadko stosowana w stopniach końcowych ze względu na znaczny prąd spoczynkowy, który zmusza do ograniczenia mocy oddawanej przez lampę.
Odbiornik SSB
Główną różnicą w stosunku do radiofonicznego odbiornika AM w odbiorniku SSB (jak i DSB) jest detektor iloczynowy z dodatkowym generatorem BFO. Częstotliwość BFO musi być ustawiona na zboczu charakterystyki pasma pośredniej częstotliwości. Chodzi tutaj o odtworzenie drugiej, brakującej wstęgi bocznej i dopiero potem poddaniu sygnału demodulacji amplitudy. Wyjściowy sygnał małej częstotliwości, jako różnica częstotliwości pośredniej i częstotliwości BFO lub odwrotnie, jest już normalnym czytelnym sygnałem, takim, jaki został doprowadzony do wzmacniacza mikrofonowego nadajnika SSB.
Niektóre bloki podczas pracy emisją SSB mogą być wykorzystywane dwukrotnie (zarówno podczas nadawania jak i odbioru):
- filtr kwarcowy: przy nadawaniu do wycinania zbędnej wstęgi bocznej a przy odbiorze do zapewnienia odpowiedniej selektywności odbiornika
- generator fali nośnej: przy nadawaniu do formowania sygnału DSB, zaś przy odbiorze jako dodatkowy generator detektora iloczynowego tzw. BFO
- generator VFO: podczas nadawania do uzyskania właściwej częstotliwości wyjściowej, natomiast podczas odbioru do uzyskania odpowiedniej częstotliwości pośredniej
Generator BFO i detektor iloczynowy
Generator o regulowanej częstotliwości, którego sygnał jest mieszany w detektorze iloczynowym z (ostatnią) częstotliwością pośrednią odbiornika, w wyniku czego następuje odtworzenie sygnału o częstotliwości z zakresu słyszalnego.
Materiały źródłowe
Praca zbiorowa - Informator krótkofalowca (Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1973)
Wykorzystano materiały dydaktyczne projektu Opracowanie programów nauczania na odległość na kierunku studiów wyższych – Informatyka. Wykonanie projektu sfinansowano ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego z programu Sektorowy Program Operacyjny Rozwój Zasobów Ludzkich 2004 - 2006. Realizacja: Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet Jagielloński, Politechnika Poznańska, Politechnika Warszawska.
