Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции в соответствии с законом передаваемого сообщения меняется амплитуда модулируемого сигнала. Поэтому при тестовом тональном модулирующем сигнале (2) имеем для высокочастотного модулируемого сигнала:

 

(12)

 

где m=U_m/U₀≤1- коэффициент глубины амплитудной модуляции; ω₀ - частота несущих колебаний.

По помехоустойчивости амплитудная модуляция существенно уступает частотной и фазовой и поэтому в современных радиотехнических темах практически не применяется. Однако, в давно действующих сис­темах, работающих в длинно-, средне- и коротковолновых диапазонах волн, амплитудный вид модуляции является доминирующим.

Амплитудная модуляция осуществляется в генераторах с независи­мым возбуждением, в основном, в выходном или предоконечном каскадах путем изменения напряжения на одном или нескольких электродах элек­тронного прибора. В соответствии с этим в транзисторных генераторах различают коллекторную, базовую и эмиттерную амплитудную модуляцию, а в ламповых - анодную, анодно-экранную, сеточную и катодную. При мо­дуляции только предоконечного каскада выходной ВЧ усилитель мощности работает в режиме усиления модулированных колебаний.

Общая структурная схема усилительного тракта радиопередатчика, отно­сящаяся ко всем способам амплитудной модуляции, изображена на рисунке 3:

 

Рисунок 3 – Структурная схема усилительного тракта радиопередатчика

 

Передаваемое сообщение поступает на вход модулятора и после усиления модулирующий сигнал мощностью Р_м поступает на ВЧ усилитель. Требуемое значение Р_м зависит от мощности высокочастотных колебанийP₁ коэффициента m и способа модуляции. Требуемая мощность источника питания Р₀ также определяется данными параметрами. При коллекторной и анодной амплитудной модуляции три данные мощности связны следующими соотношениями: Р_м=0,5m²Р₀. Р₁=η_ГРо. где Т) η_Г- КПД генератора.

При любом способе амплитудной модуляции различают три основных режима работы: молчания (или несущей), максимальный и минимальный. При модуляции режим модулируемого высокочастотного каскада непрерывно меняется. Максимальному режиму соответствует максимальное значение амплитуды колебаний, минимальному режиму минимальное, в режиме молчания модуляция отсутствует (рисунок 4)

 

Рисунок 4 – Амплитуда колебания

 

Амплитуда высокочастотных колебаний и мощность при тональной амплитудной модуляции меняются по закону:

 

(13)

 

(14)

 

Согласно данным выражениям мгновенные мощности высокочастот­ного сигнала в трех режимах - молчания, максимальном и минимальном - связаны соотношениями:

 

(15)

(16)

 

называют также пиковой мощностью.

Кроме мгновенных важна и средняя мощность ВЧ колебаний за период модулирующего сигнала Т:

 

(17)

Из трех последних формул при m=1 получим:

, , . Отметим, что пиковая мощность генератора при амплитудной модуляции должна в 4 раза превосходить мощность в режиме несущей (молчания).

Качество амплитудной модуляции, определяемое уровнем нелинейных искажений модулирующего сигнала, во многом определяется статистической модуляционной характеристикой-зависимостью 1-й гармоники тока ВЧ модулируемого генератора от постоянного напряжения на электроде электронного прибора, на который подается модули­рующий сигнал. Так, например, при коллекторной модуляции это есть зависи­мость 1-й гармоники коллекторного тока ВЧ транзисторного генератора I_К1 от посто­янного напряжения на коллекторе E_К в ди­намическом режиме работы (рисунок 5).

 

 

Рисунок 5 – Нелинейные искажения модулирующего сигнала

 

Чем меньше график I_К1(E_К) отклоняется от прямой линии в пределах 0≤E_К≤E_К.МАКС. тем меньше уровень нелинейных искажений передаваемого сообщения за счет амплитудной модуляции.

Представим выражение (12) в виде:

 

(18)

 

из которого следует, что спектр АМ колебания состоит из трех составляющих с частотами: ω₀ (совпадает с частотой несущей), ω₀-Ω (нижняя боковая), ω₀+Ω (верхняя боковая), мощности между которыми распределены в про­порции: 1: 0,5m²: 0,5m². Согласно (18) ширина спектра АМ - колебания, по­строенного на рисунке 6, Δf_СП=2F. Следовательно, имея базу В=1, сигнал при АМ - модуляции относится к классу узкополосных.

 

 

 

 

Рисунок 6 – Ширина спектра АМ-колебания

 

Необходимость обеспечения пиковой мощности, в 4 раза превосходящую мощность в режиме молчания, и соблюдение линейности статической модуляционной характеристики (рисунок 4) - два сложно выполнимых требования, предъявляемых к радиопередатчикам с амплитудной модуляцией.