БАЛАНСНАЯ И ОДНОПОЛОСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

В § 1.2 было показано, что при передаче двухполосных ДБП и однополосных ОБП сигналов без несущей достигается существенный выигрыш в мощности, а во втором случае еще и в ширине спектра передаваемого сигнала.

Для получения сигналов ДБП используются балансные модуляторы действие которых основано на компенсации напряжений несущей частоты при сложении двух AM колебаний на общей нагрузке. Так, подав на входы двух одинаковых диодных амплитудных модуляторов с напряжение частоты в фазе, а модулирующее напряжение частоты в противофазе, получим на их выходах напряжения: В случае встречного включения этих напряжений на нагрузке получается двухполосный сигнал

Рис. 3.27

Схема диодного БМ приведена на рис. 3.27. Если считать оба модулятора одинаковыми, аппроксимировать характеристики диодов полиномами третьей степени и пренебречь падением напряжения на резисторах (что допустимо для малых величин

получим напряжения на диодах: Токи в цепях диодов

Напряжение на выходе балансного модулятора

Спектр выходного напряжения, определяемого (3.69), приведен на рис. 3.23б. Он содержит меньшее число составляющих, чем спектр однотактного модулятора (см. рис. 3.23а). Отсутствуют, в частности, компоненты несущей частоты и ее гармоники, составляющие частот вызывающие искажения. Ставя в качестве нагрузки вместо резистора колебательный контур, настроенный на частоту получим двухполосное колебание без несущей.

Значительно лучшее подавление нежелательных составляющих спектра достигается в кольцевом модуляторе (рис. 3.28а), отличающемся от рассмотренного наличием еще двух диодов

Рис. 3.28

В этой схеме все четыре диода включены в кольцо в одном направлении; отсюда название кольцевой модулятор или кольцевой преобразователь. Для определения протекающих в схеме токов обходим цепь каждого диода в направлении проводимости через источники сигналов и сопротивление нагрузки. Обозначим через ток, протекающий через диод . Токи и по-прежнему определяются выражениями (3.68), а токи

Направления токов и совпадают с показанными на рис. 3.27, а токов 13 и 14 даны пунктирными линиями на рис. 3.28а. Там же показаны направления токов в нагрузочных сопротивлениях.

Выходное напряжение Обозначим Выражение для совпадает с (3.69). Ток отличается от А, а ток и от знаками и

Поэтому получим в результате изменения знаков в (3.69) на противоположные:

Складывая (3.69) и (3.70), получаем

Таким образом, при идентичных диодах и небольших амплитудах входных сигналов, позволяющих аппроксимировать характеристики диодов полиномами третьей степени, кольцевой модулятор ведет себя как идеальный преобразователь-перемножитель двух входных сигналов. Спектр его выходного напряжения содержит только боковые частоты

Кольцевой модулятор нередко используется в режиме, в котором и притом амплитуда столь велика, что можно считать характеристики диодов кусочно-линейными, обладающими при прямом напряжении сопротивлением а при обратном — сопротивлением При этом диоды превращаются в ключи: при указанной на рис. полярности напряжения диоды открыты, т. е. представляют замкнутые ключи а диоды представляют разомкнутые ключи как показано на рис. 3.28б; в результате При изменении полярности ключи размыкаются, а замыкаются, а потому В этом режиме кольцевой модулятор ведет себя по отношению к слабому сигналу как параметрическое устройство (ключ), управляемое сильным сигналом, что соответствует результатам § 2.6.

Кольцевые преобразователи находят широкое применение в многоканальных системах связи для целей модуляции, детектирования и преобразования частоты, а также в измерительных приборах.

Модуляция, в результате которой получается однополосный сигнал без несущей, называется однополосной модуляцией (ОМ). Основными методами однополосной модуляции являются: метод фильтрации и метод фазирования. Формирование сигнала ОБП первым методом в случае, когда модулирующее колебание состоит из суммы гармонических компонентов, иллюстрирует рис. 3.29.

Рис. 3.29

Колебание несущей частоты и модулирующий сигнал подаются на балансный или кольцевой модулятор, на выходе которого создается двухполосный сигнал без несущей. Далее ставится полосовой

фильтр, пропускающий на выход сигнал ОБП (верхней или нижней).

Идея метода фазирования такова. Пусть входные сигналы и требуется получить на выходе, например, только нижнюю боковую частоту Записав это выражение в виде замечаем, что оно может быть сформировано в результате сложения колебаний, получающихся на выходе двух перемножителей колебаний (в качестве которых могут быть использованы балансные или кольцевые модуляторы), как показано на рис. 3.30. Подавая на вход первого перёмножителя сигналы а на вход второго — те предварительно повернутые по фазе на 90° с помощью фазовращателей, получим на выходе каждого перемножителя напряжения, пропорциональные произведению двух входных сигналов

Рис. 3.30

На выходе сумматора будет Для формирования верхней боковой частоты нужно в схеме рис. 3.30 поставить вычитающее устройство вместо суммирующего.