Особенности частотной модуляции передатчиков помех

Особенности амплитудной модуляции шумом

Из курса радиопередающих устройств известен критерий глубины модуляции для синусоидального модулирующего напряжения. Пользоваться таким критерием при модуляции шумом нельзя. В данном случае применяются два показателя.

1) пиковый коэффициент модуляции

(16.2)

2) эффективный коэффициент модуляции

, (16.3)

где U пик – наибольшее (пиковое) напряжение шума, Ε – амплитуда модулируемого напряжения, U эф – эффективное напряжение шума.

Модуляция сопровождается перераспределением энергии по спектру, при этом общая мощность Ρ модулированного колебания является суммой мощностей несущего колебания Р нес и боковых составляющих Р бок: Р = Р нес + Р бок. Мощность, содержащаяся в боковых составляющих:

(16.4)

Маскирующее действие амплитудно-модулированной помехи определяется боковыми полосами, поэтому с точки зрения подавления целесообразно повышать их мощность, увеличивая m эф. Однако произвольное возрастание m эф недопустимо, поскольку пиковый коэффициент модуляции может превысить единицу, т.е. произойдет перемодуляция. Последняя или равноценна снижению глубины модуляции или приводит (для некоторых приборов) к срыву колебаний. Например, в магнетронном генераторе может произойти срыв колебаний с последующим «перескоком» частоты генерирования, что нежелательно.

Поэтому необходимо ограничивать шум:

(16.5)

где k огр – коэффициент ограничения шума

Так как – величина достаточно малая, то считают на уровне 3 U эф шум практически неограниченным. Для него k огр = 3. Чтобы не допустить перемодуляцию, принимаем m пик = 1. Тогда для практически неограниченного шума получим m эф = 0,3, а Р бок ≈ 0,1 Р нес. Если принять k огр = 1,5, то Р бок ≈ 0,4 Р нес.

Следует подчеркнуть, что ограничение должно обязательно сопровождаться усилением, что вытекает из требования m пик = 1. Модулятор передатчика помех, таким образом, содержит элементы, показанные на рис. 16.5.

ПИШ – первичный источник шума; УО – усилитель-ограничитель; УМ – усилитель мощности;

Рисунок 16.6 – Модулятор передатчика помех

При подавлении ЧМ сигналов целесообразно применять ЧМ помеху. Однако частотная модуляция может использоваться также при создании широкополосных помех. В данном случае расширение полосы является средством компенсации ошибок наведения помехи по частоте. Такая помеха считается универсальным средством подавления сигнала с любой модуляцией. В сигналах с широкополосной ЧМ модуляцией ширина спектра определяется в основном девиацией частоты

д

а) – модуляционная характеристика ГВЧ; б) – временная диаграмма шума; в) – реализация f(t); г) – энергетический спектр; д) – плотность распределения вероятности шума

Рисунок 16.7 – Частотная модуляция помех

На рис. 16.6, а изображена модуляционная характеристика ГВЧ (для простоты будем считать ее линейной). Модуляция по частоте производится шумом, временная диаграмма которого показана на рис. 16.6, б. Очевидно, частота помехи будет изменяться в зависимости от напряжения шума и, поскольку модуляционная характеристика f (и) линейна, реализация f (t), показанная на рис. 16.6, в будет повторять по форме реализацию шума u (t). Если мысленно провести два эксперимента: построить кривую вероятностного распределения шума w (u) и кривую энергетического спектра P (f) (с помощью узкополосного анализатора спектра), то можно убедиться, что кривые w (u) и P (f) совпадут по форме. При проведении мысленного эксперимента ордината w(u') пропорциональна относительному времени пребывания напряжения u(t) в интервале Δ u, а мощность на выходе спектра-анализатора пропорциональна относительному времени пребывания кривой f (t) в его полосе Δ F.

Следовательно, энергетический спектр ЧМ помехи при линейной модуляционной характеристике по форме совпадает с плотностью вероятностей модулирующего процесса.

Это свойство ЧМ может быть использовано для формирования спектра помехи любой наперед заданной формы. Для этого достаточно сформировать нужную форму w (u) модулирующего колебания.

Пусть, например, требуется получить энергетический спектр помехи равномерным. Тогда на вход ГВЧ надо подвести шум с равномерным распределением напряжения. Однако в природе чаще встречается шум с нормальным распределением, поэтому следует привести нормальный шум к равномерному, что легко выполнить путем безынерционного нелинейного преобразования. Из теории вероятностей известно:

(16.6)

Если:

, а при, то

,

откуда

, (16.7)

где,.

Процесс преобразования показан на рис. 16.7. Исходный процесс x (t) имеет распределение w (x). Свойство у (х) таково, что любые выбросы x (t) уменьшаются и «мягко» ограничиваются, так что распределение, показанное на рис. 16.7, г становится равномерным в диапазоне Dy.

Таким образом, для получения шумовой широкополосной ЧМ помехи с равномерным спектром необходим модулятор (рис. 16.8) передатчика помех, состоящий из ПИШ, нелинейного преобразователя шума к равномерному (НПШ) и мощного усилителя мощности (УМ) обеспечивающего частотную модуляцию ГВЧ.

а) – кривая преобразования; б) – исходный процесс; в) – плотность распределения вероятности исходного процесса; г) – плотность распределения вероятности конечного процесса

Рисунок 16.8 – Процесс преобразования

ПИШ – первичный источник шума; НПШ – нелинейный преобразователь шума;
УМ – усилитель мощности;

Рисунок 16.9 – Модулятор передатчика помех

Дата добавления: 2014-01-11