Материал: Радиостанция своими руками (2004)
Глава 1
основы любительской радиосвязи
1.1.Виды модуляции, их преимущества
инедостатки
В любительской радиосвязи на коротких (KB) и ультракоротких (УКВ) волнах в настоящее время используются в основном три вида сигналов: телеграфные (CW), однополосные (SSB) и частотно-модулированные сигналы (FM). Остальное множество сигналов является в той или иной степени разноиидностью трех основных. Для более глубокого понимания принципа работы любительской радиостанции следует остановиться подробнее на каждом из сигналов.
1.1.1. Телеграфный сигнал
Немодулированный высокочастотный сигнал (несущая), излучаемый передатчиком, сам по себе не несет никакой информации. Для передачи информации его необходимо тем или иным способом закодировать, а на приемной стороне аналогичным образом раскодировать. Самый простой способ кодирокания несущей был изобретен более полтора столетия назад и известен всем радиолюбителя как азбука Морзе, Телеграфный сигнал — CW, представляет собой длинные и короткие посылки синусоидальных высокочастотных сигналов, соответствующих тире и точкам азбуки Морзе. График телеграфных сигналов представлен на рис. 1.1.
6
Телеграфные сигналы — долгожители в любительской радиосвязи. Этому способствует ряд положительных сторон этого вида связи.
Телеграф остается самым «дальнобойным» и помехоустойчивым видом связи — наиболее привлекательные стороны любительской радиосвязи. Объясняется это тем, что телеграфный сигнал передается как бы в двоичном коде, где различаются всего два состояния — наличие и отсутствие сигнала. Для уверенного приема, т.е. различия этих состояний, достаточно отношения сигнал/шум или сигнал/помеха на входе приемника порядка единицы.
Интересная ситуация получается при попытке применения компьютеров для приема телеграфных сигналов. Теоретически, телеграфная азбука, которая кодирует информацию в двоичном коде, идеально подходит для компьютера. Это соответствует действительности, но при идеальных условиях приема, любая незначительная эфирная помеха воспринимается как сигнал, что отрицательно сказывается на качестве раскодированного сигнала. Поэтому до сих пор радиолюбители используют слуховой прием, при котором получается наименее допустимое отношение сигнал/шум при приеме CW.
Телеграфный передатчик имеет очень простую схему, причем при построении схемы нередко используется многократное умножение частоты задающего генератора [1]. Использование простейших схем телеграфных передатчиков привело к тому, что основные любительские диапазоны построены по такому же принципу умножения частоты (3,5 МГц; 2x3,5 = 7 МГц; 4x3,5 = 14 МГц и т.д.). Структурная схема телеграфного передатчика представлена на рис. 1.2.
CW станция занимает в эфире очень малую полосу, порядка десятка герц, что при современной перегрузке любительских диапазонов является весьма актуальной проблемой.
вого (модулирующего) сигнала. График AM сигнала представлен на рис. 1.3, причем левая часть графика показывает сигнал при отсутствии модуляции, а в правой части можем наблюдать изменение амплитуды высокочастотного сигнала, т.е. амплитудная модуляция сигнала. Как видно из графика, при AM непрерывно излучается несущая, которая информации не несет и нужна только для нормальной работы амплитудного детектора в приемнике.
блок-схема AM передатчика изображена на рис. 1.4. Анализируя приведенную схему, легко заметить, что AM передатчик достаточно прост в изготовлении и лишь незначительно отличается от телеграфного передатчика. Именно поэтому AM и CW сигналы были достаточно широко распространены в радиолюбительском эфи-
ре в середине прошлого века, К сожалению, простота формирования AM сигнала приводит к таким отрицательным факторам, как достаточно широкая полоса, занимаемая радиостанцией в эфире, низкий КПД передатчика из-за того, что даже при очень глубокой модуляции на передачу несущей тратится более половины излучаемой мощности. Все это привело к появлению SSB сигнала, в котором частично преодолены указанные недостатки AM модуляции. Проведем сравнение AM и SSB сигналов.
На рис. 1.5 представлен спектр AM сигнала, промодулированного не чистым тоном, а реальным сигналом звуковой частоты. На нем четко выражена несущая частота f0 и две совершенно одинаковые боковые полосы, показанные в виде условных треугольников, расположенные симметрично относительно несущей частоты. Вся информация о звуковом сигнале находится в каждой из боковых полос, Поэтому для передачи телефонного сообщения достаточно излучать спектр частот, соответствующей одной из боковых полос, верхней или нижней. Иными
РИС. 1.4. Блок-схема словами, можно без всякой потери ин- АМ передатчика формации убрать одну боковую полосу,
9
т.е. получить однополосный сигнал — SSB. При этом получается четырехкратный выигрыш по мощности сигнала по сравнению с AM при 100% модуляции, поскольку половина мощности при AM тратится на передачу несущей, а оставшаяся половина делится поровну между двумя боковыми полосами. Дополнительный двукратный выигрыш получается в приемнике, так как мощность шумов и помех в полосе SSB (3 кГц) вдвое меньше, чем в полосе AM (6 кГц). Таким образом, переход к однополосной модуляции (SSB) дает восьмикратный выигрыш по мощности сигнала. В реальных условиях замираний, характерных для KB диапазонов, выигрыш получается еще больше и оценивается примерно в 16 раз (12 дБ).
|
|
Если из AM сигнала ис- |
|||
|
|
ключить несущую, |
получа- |
||
|
|
ется двухполосный |
сигнал |
||
|
|
с подавленной несущей |
|||
|
|
(DSB сигнал). Технически |
|||
|
|
это выполняется достаточ- |
|||
Рис. |
1.5. Спектр AM сигнала |
но просто —достаточно ус- |
|||
|
|
тановить в передатчике ба- |
|||
|
|
лансный модулятор. Форма |
|||
DSB сигнала при модуляции синусоидальным колебанием пока- |
|||||
зана на рис. 1.6. Дважды за период модуляции амплитуда DSB |
|||||
|
|
сигнала падает до нуля, и в |
|||
|
|
эти моменты фаза высоко- |
|||
|
|
частотного заполнения |
ме- |
||
|
|
няется на обратную. |
При |
||
|
|
модуляции спектром звуко- |
|||
|
|
вых частот образуются, как |
|||
Рис. |
1.6. Форма DSB сигнала |
и при AM, две боковые по- |
|||
лосы, но без несущей. Это |
|||||
|
|
||||
отражено на рис. 1.7.
Оценим выигрыш по мощности при переходе от
Рис. 1.7. Спектр DSB сигнала AM к DSB. Устранение не- сущей дает двукратный вы-
игрыш. В детекторе приемника амплитуды боковых полос складываются, что увеличивает мощность НЧ сигнала по сравнению с мощностью одной боковой в 4 раза, тогда как независимые
10