Сигналов – 30 минут

4.1. Принципы формирования радиосигналов. Виды радиосигналов.

В настоящее время все виды радиосигналов, которые используются в том или ином радиопередатчике, формируются в возбудителе.

Процесс формирования радиосигналов заключается в переносе первичного низкочастотного сигнала S(F) в область высоких частот f>F, способных эффективно излучаться в окружающее пространство в виде электромагнитных волн. Этот перенос осуществляется путем воздействия первичного низкочастотного сигнала S(F) на один (или несколько) параметров вспомогательного высокочастотного колебания (обычно гармонического) с частотой f.

Процесс преобразования, как аналоговых, так и дискретных первичных сигналов в радиосигналы принято называть управлением колебаниями передатчика.

Различают два вида управления: модуляцию, если первичный сигнал аналоговый, и манипуляцию, если первичный сигнал является дискретным.

В настоящее время широко используются следующие виды радиосигналов:

1. телефонные с однополосной модуляцией (ОМ), когда первичный сигнал воздействует как на амплитуду, так и на частоту высокочастотного колебания.

Их разновидности:

· А3J А₁₍В₁₎ — сигнал с подавленной несущей на ВБП или НБП (уровень пилот сигнала минус 40 дБ —3% от уровня несущей);

· А3А А₁₍В₁₎ — сигнал с частично подавленной (ослабленной) несущей на ВБП или НБП (уровень пилот сигнала минус 20 дБ —10% от уровня несущей);

· А3Н А₁₍В₁₎ — сигнал с полной несущей на ВБП или НБП (уровень пилот сигнала 0 или 6 дБ —50-70% от уровня несущей);

· А3В — сигнал с двумя независимыми боковыми полосами с возможностью передачи одной и той же информации по обеим боковым полосам (режим 1КТФ или режим 2КТФ —различной информации по ВБП и НБП). Уровень пилот-сигнала при этом используется либо минус 40 дБ, либо минус 20 дБ.

Для первых трех разновидностей излучения вводятся еще дополнительные обозначения, позволяющие различить полосу частот, занимаемую сигналами: А₁ —сигнал на ВБП, В_{1 -} сигнал на НБП.

2. телефонные с частотной модуляцией (ЧМ), когда первичный аналоговый сигнал воздействует на частоту высокочастотного колебания (F3);

3. телефонные с амплитудной модуляцией, когда первичный аналоговый сигнал воздействует на амплитуду высокочастотного колебания (А3),(такой вид сигналов используется в радиостанциях старого парка);

4. телеграфные с амплитудной манипуляцией (АТ), когда первичный дискретный сигнал воздействует на амплитуду высокочастотного колебания (А1);

5. телеграфные с частотной манипуляцией (ЧТ —частотное телеграфирование), когда первичный дискретный сигнал воздействует на частоту высокочастотного колебания (F1).

ЧТ сигналы бывают с различными сдвигами:

F1— (ЧТ‑125);

F1— (ЧТ‑200);

F1— (ЧТ‑250);

F1— (ЧТ‑500);

F1— (ЧТ‑1000);

F1— (ЧТ‑6000).

6. телеграфные с двойной частотной манипуляцией (ДЧТ), когда два независимых дискретных сигнала воздействуют на частоту высокочастотного колебания (F6):

F6— (ДЧТ‑125);

F6— (ДЧТ‑200);

F6— (ДЧТ‑500);

F6— (ДЧТ‑1000), сдвиг указан в герцах.

7. телеграфные с относительной фазовой манипуляцией (ОФТ), когда дискретный первичный сигнал воздействует на фазу высокочастотного колебания (F9).

Каждый вид радиосигналов требует специальных устройств, которые реализуют тот или иной метод формирования.

Формирование всех видов радиосигналов, как уже известно, происходит в возбудителе в тракте формирования сигналов.

Независимо от вида формируемых колебаний к данному тракту предъявляются следующие основные требования.

Основные требования тракта формирования сигналов:

1. минимальный уровень нелинейных и частотных искажений первичного сигнала в процессе формирования радиосигнала;

2. минимальный уровень побочных колебаний;

3. малый уровень собственных шумов на выходе тракта;

4. высокая стабильность частоты формируемых радиосигналов.

Выполнение указанных требований легче обеспечить на сравнительно малых уровнях сигналов и относительно низких частотах. Поэтому в большинстве случаев радиосигналы первоначально формируются на одной частоте, измеряемой сотнями килогерц, а затем путем преобразования частоты переносятся на рабочую частоту передатчика.

4.2 Формирование телефонных и телеграфных сигналов.

а) формирование телефонных радиосигналов при однополосной модуляции А3J А₁₍В_1).

Существует несколько способов формирования радиосигналов с ОМ: фильтровой, фазо-фильтровой, фазо-компенсационный, синтетический и др.

В настоящее время широкое применение находит фильтровой способ.

Суть фильтрового способа состоит в том, что первичный сигнал S(F) рядом последовательных преобразований переносится в диапазон рабочих частот (поэтому иногда данный метод называют методом последовательных преобразований).

На выходе каждой ступени преобразования включен полосовой фильтр, обеспечивающий выделение полезного сигнала и подавление ненужных компонентов. Данный метод прост в реализации и не требует каких-либо регулировок в тракте.

Принцип фильтрового способа формирования ОПС показан на рис.3 и 4.

В военной радиосвязи спектр первичного телефонного сигнала ограничен величинами F_min=300 Гц и F_max=3400 Гц, поэтому ПФ-1 должен обеспечить подавление составляющих, отстоящих от полезного сигнала на 2F_min=600 Гц.

Столь узкую полосу расфильтровки и требуемое подавление 60 дБ можно обеспечить применением: многоконтурных LC, кварцевых и электромеханических фильтров, но величины первой поднесущей частоты f₁ для каждого типа фильтров будут различными.

При использовании LC фильтров первая поднесущая обычно не превышает 30-40 кГц; применение кварцевых и электромеханических фильтров позволяет повысить величину первой поднесущей до f₁=500-600 кГЦ.

Обычно в качестве первой поднесущей частоты используют колебания сравнительно невысоких частот, не превышающих сотен кГц, в сочетании с кварцевыми полосовыми фильтрами. Как правило, в возбудителях значение первой поднесущей частоты равно 128 кГц.

Однополосный сигнал сформированный на f₁ поступает во вторую ступень преобразования. Полоса расфильтровки увеличилась на f₁ и может быть обеспечена простейшими LC фильтрами, на третьем этапе на f₂+f_1,то в качестве ПФ-3 используются одиночные колебательные контуры.

Следовательно, формирование однополосного сигнала (ОПС) необходимо осуществлять на более низких частотах и в дальнейшем переносить сигнал в область рабочей частоты f_раб.

Принцип формирования ОПС и переноса на рабочую частоту показан на рис. 5.

Для осуществления 2‑х канальной работы тракт формирования ОМ (однополосно модулированных) сигналов должен содержать два БМ (балансных модулятора), и два узкополосных фильтра, один из которых выделяет колебания ВБ, а второй — НБ. Сигналы с выходов полосовых фильтров объединяются в групповой спектр и в дальнейшем преобразуются как единый сигнал.

Принцип двухканальной работы показан на рис. 6.

Тракт формирования однополосных сигналов должен предусматривать возможность передачи так называемого пилот-сигнала — остатка несущего колебания. Пилот сигнал необходим для неискаженной демодуляции однополосного радиосигнала в радиоприемном устройстве. Уровень пилот-сигнала порядка 50-70% (‑6дБ) от максимального напряжения однополосного сигнала берется для имитации АМ радиосигнала.

б) Формирование телефонных радиосигналов при частотной модуляции (F3).

При ЧМ пропорционально первичному (модулирующему) сигналу U_F(t) изменяется частота w=2pf высокочастотного колебания.

Спектр такого радиосигнала бесконечно широк, однако основная часть энергии сосредоточена в участке, ограниченном некоторой конечной полосой DF_чм, которая может быть определена по следующей эмпирической формуле:

DF_чм = 2F_max(1 + m_чм)

где F_max —максимальная частота модулирующего сигнала;

— индекс частотной модуляции;

Df_{чм —}девиация частоты (максимальное приращение частоты в
процессе модуляции);

Подставляем в формулу:

DF_чм =2F_max(1 + ) = 2(F_max +Df_чм);

или учитывая, что 2F_max = DF_ам есть спектр амплитудно-модулированного сигнала

DF_чм = DF_ам + 2Df_чм

Из полученной формулы следует, что спектр ЧМ радиосигналов шире спектра АМ сигналов на величину, равную удвоенному значению девиации частоты, — 2Df_чм.

В военной радиосвязи девиация частоты обычно ограничивается величиной Df_чм = (5...7) кГц, поэтому спектр ЧМ радиосигналов оказывается на 10...14 кГц шире спектра АМ радиосигнала. В связи с этим ЧМ находит применение на частотах выше 20 мГц, участок которых имеет достаточно большую емкость.

Техническими способами формирования ЧМ сигналов являются:

- прямой, основанный на непосредственном воздействии первичного электрического сигнала на параметры колебательного контура автогенератора;

- косвенный, основан на фазовой модуляции в каскадах следующими за автогенератором.

При формировании ЧМ сигналов в схемах используются реактивные элементы - варикапы.

Схемное решение принципа формирования ТФ ЧМ радиосигнала показан на рис.9.

На схеме варикап подключен к колебательному контуру автогенератора, следовательно, исходная емкость варикапа (при наличии запирающего напряжения) будет определять общую емкость контура, а следовательно и частоту колебаний генератора.

При подаче на варикап первичного сигнала - емкость изменяется, частота изменяется т.е. осуществляется частотная модуляция (рис.10).

в) Формирование телеграфных сигналов с амплитудной манипуляцией АТ (А1).

В данном случае пропорционально дискретному первичному сигналу изменяется амплитуда высокочастотного колебания. Спектр АТ сигналов зависит от скорости телеграфирования и может быть определен по формуле:

DF_АТ = (3...5)N (Гц)

где N —скорость телеграфирования в бодах.

Радиосигналы ТЛГ АТ (А1) являются одними из самых узкополосных. При реальных скоростях телеграфирования N = 15...20 Бод.

DF_АТ = (3...5)N = (3...5)*(15...20) = (45...100) Гц.

Телеграфные сигналы АТ находят широкое применение в современных радиопередатчиках любого диапазона частот.

В приеме ТЛГ АТ сигналов участвуют органы слуха оператора, что обеспечивает высокую избирательность приема и позволяет вести прием при значительном уровне помех.

Запирание и отпирание передатчика осуществляется с помощью телеграфного ключа или специального датчика коде Морзе.

Принцип формирования ТЛГ АТ радиосигнала показан на рис.2.

Цепь коррекции предназначена для придания телеграфным импульсам оптимальной формы, при которой спектр сигнала ограничивается 3— гармониками.

г) Формирование телеграфных радиосигналов с частотнойманипуляцией (F1 и F6).

При частотной манипуляции (ЧТ) и двойной частотной манипуляции (ДЧТ) пропорционально первичным дискретным сигналам U_F1(t) и U_F2(t) скачками изменяется частота высокочастотного колебания, принимая два (при ЧТ) или четыре (при ДЧТ) дискретных значения, отличающихся друг от друга на некоторую величину Df_с, называемую частотным сдвигом.

В случае одноканальной работы (ЧТ) частота принимает одно из двух значений: f_Б при передаче бестоковой посылки (=0=) или f_В при передаче токовой посылки (=I=).

Спектр радиосигналов ЧТ и ДЧТ зависит как от скорости телеграфирования, так и от частотного сдвига, чем больше скорость телеграфирования № (в бодах), тем больше должен быть частотный сдвиг и тем шире спектр радиосигнала.

Ширина спектра радиосигнала может быть определена по следующей приближенной формуле:

DF_чт = (3...5)*N + Df_с,

а радиосигнала ДЧТ по формуле:

DF_чт = (3...5)*N + 3Df_с,

где N — скорость телеграфирования в бодах;

Dfс —частотный сдвиг в герцах.

Принцип формирования ТГ ЧТ и ДЧТ показан на рис. 6. и заключается в воздействии на частоту колебательного контура (К.К.) автогенератора.

В данном случае формирование сигналов ЧТ и ДЧТ осуществляется путем подключения к К.К. соответствующих конденсаторов сдвига С2, С3, С4 в зависимости от положения телеграфных ключей. С изменением общей емкости, изменяется и частота.

д) Формирование радиосигналов с фазовой телеграфией и относительной фазовой телеграфией (манипуляцией) (F9).

Фазовая телеграфия заключается в изменении фазы при смене полярности посылок. Схемная реализация осуществляется при помощи фазового детектора.

При относительной фазовой манипуляции (относительной фазовой телеграфии - ОФТ) для передачи элементов сигнала используется разность фаз соседних радиоимпульсов.

При передаче положительной посылки (символ 1) фаза несущего колебания Ф_n n-й посылки остается такой же, как и фаза предыдущего элемента Ф_n-1, т.е. разность фаз Ф_n — Ф_n-1 = 0, а при передаче отрицательной посылки (символа 0) фаза Ф_n меняется скачком на 180⁰ по отношению к фазе предыдущего элемента Ф_n-1, т.е.разность фаз Ф_n - Ф_n-1 = 180⁰.

Радиосигналы ОФТ широко применяются на высокоскоростных линиях радиосвязи. По структуре спектр сигнала ОФТ подобен спектру сигнала АТ. Его ширина в основном определяется скоростью манипуляции.

Формирование сигнала ОФТ (F9) производится в два этапа. Сначала исходный телеграфный сигнал перекодируется в соответствии с принятым в системе ОФТ порядком следования фаз. Затем этот новый сигнал используется для абсолютной фазовой манипуляции, при которой с переменой символов перекодированного сигнала начальная фаза ВЧ колебания меняется на обратную.

Вывод: Формирование всех видов телефонных и телеграфных радиосигналов, используемых в передатчике, осуществляется в возбудителе в тракте формирования радиосигналов как правило на одной, сравнительно низкой частоте f₀, путем воздействия первичного сигнала на один или несколько параметров вспомогательного ВЧ колебания. Сформированные на этой частоте радиосигналы, в тракте переноса радиосигналов на рабочую частоту, рядом последовательных преобразований, с помощью частот синтезатора, переносятся на рабочую частоту радиопередатчика.