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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Qu'est-ce que la BLU ? Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Appareils électroniques divers Le nom abrégé de modulation à bande latérale unique (SSB), adopté dans le code des radioamateurs, vient de l'anglais Single Side Band, qui signifie une bande latérale. Avant de passer à l'examen de la modulation à bande latérale unique, rappelons ce qu'est la modulation en général. Dans le même temps, nous n'aborderons pas les modalités de sa mise en œuvre pour le moment. La modulation est le processus de modification d'un ou plusieurs paramètres d'un signal donné sous l'influence d'un autre signal. Le signal modulé représente généralement les oscillations les plus simples, qui sont décrites par l'expression : u = Ucos(wot+fo), où U est l'amplitude ; wo=2pfo - fréquence angulaire ; fo - phase initiale; t - temps. Les paramètres d'un tel signal sont l'amplitude U, la fréquence wо (ou fo) et la phase fo. Un signal basse fréquence X(t) affectant l'un de ces paramètres est appelé signal modulant. Selon lequel des paramètres est affecté par un tel signal, il existe trois types de modulation : amplitude, fréquence et phase. Pour analyser les oscillations modulées, nous utiliserons trois notions différentes sur le signal : temporelle, spectrale (fréquence) et vectorielle. Conformément à ces représentations, une oscillation cosinus (ou sinusoïdale). Sur la fig. 1, et le temps t est porté en abscisse, et la valeur instantanée de l'amplitude U est portée en ordonnée. 1b, l'abscisse indique la fréquence f=w/2p, l'ordonnée indique l'amplitude. Sur ce graphique, une oscillation sinusoïdale est représentée par un segment de droite parallèle à l'axe y. La longueur du segment correspond à l'amplitude d'oscillation U, et sa position en abscisse correspond à la fréquence fo. Dans la Fig.1, une oscillation sinusoïdale est représentée comme un vecteur tournant dans le sens antihoraire avec une vitesse angulaire wo=2pfo=2p/À, où To est la période d'oscillation. La longueur du vecteur correspond à l'amplitude U, et l'angle fo correspond à la phase initiale à laquelle le comptage du temps a commencé. Il convient de noter que les trois idées sur le signal modulant sont complètement équivalentes. Nous utiliserons chacune de ces vues ou plusieurs en parallèle lorsque cela sera le plus approprié. Considérez la modulation d'amplitude. Dans ce cas, l'amplitude U des oscillations haute fréquence évolue dans le temps en fonction du signal basse fréquence émis Um=U+dUx(t), où dU est une valeur constante caractérisant l'intensité de l'effet du signal modulant sur l'amplitude. En substituant la valeur de l'amplitude Um dans la première expression, on obtient
Le rapport dU/U=m, qui caractérise la profondeur de modulation, est appelé facteur de modulation. Si le signal modulant change conformément à la loi X(t)=cosPoids, où W=2pF, F est la fréquence du signal modulant, alors, en considérant la phase initiale fo égale à zéro, on peut écrire u=U(1+m cosWt)coswot. En élargissant les parenthèses et en effectuant la transformation, on obtient
La dernière équation est la somme de trois formes d'onde cosinus, à savoir la forme d'onde originale (hors phase fo) à la fréquence fo, ou la forme d'onde dite porteuse à fo+F, fréquence de bande latérale supérieure, et la forme d'onde à fo-F, bande latérale inférieure la fréquence. Les amplitudes des oscillations latérales sont égales entre elles et sont proportionnelles à l'amplitude de la porteuse et au facteur de modulation. Sur la fig. 2, a montre les diagrammes temporel, spectral et vectoriel des signaux modulants et modulés, comme on peut le voir sur la fig. 2b, l'enveloppe de l'oscillation modulée répète complètement le signal d'origine.
Le diagramme vectoriel de la Fig. 2.e est plus pratique à présenter d'une manière légèrement différente. Si l'observateur tourne dans le plan du dessin à la vitesse du vecteur porteur, alors ce vecteur lui semblera immobile, et les vecteurs correspondant aux fréquences latérales supérieure et inférieure tourneront dans des directions opposées avec une vitesse angulaire W. Le l'amplitude du vecteur résultant change dans le temps selon la loi des basses fréquences et la phase coïncide avec la phase de l'oscillation de la porteuse (Fig. 3).
Avec la modulation de fréquence et de phase, la longueur du vecteur U reste constante. Sa position sur le plan change avec le temps. Le vecteur semble osciller par rapport à sa position d'origine. L'angle de déviation df est appelé déviation de phase. L'écart de fréquence df par rapport à sa valeur nominale fo est appelé écart de fréquence. La différence entre la modulation de fréquence et de phase est qu'avec la modulation de phase, un changement instantané de l'angle de phase se produit selon la loi de changement de signal basse fréquence, et avec la modulation de fréquence, la fréquence instantanée change selon cette loi. Il n'est possible de déterminer si un signal donné est modulé en fréquence ou en phase que si la loi d'évolution du signal basse fréquence est connue. Entre les deux types de modulation, il existe une relation mathématique bien définie. Dans les deux cas, le vecteur correspondant au signal modulé ne tourne pas uniformément autour de son origine, mais avec une certaine vitesse angulaire variable. Nous avons considéré la modulation avec un signal basse fréquence (une tonalité). Le cas est intéressant lorsque le signal de modulation n'est pas une harmonique simple, mais plus complexe, par exemple, contenant trois fréquences ou plus. Dans ce cas, on ne parle pas de fréquences latérales, mais de bandes latérales de modulation. Lorsqu'il est modulé par un signal de parole représentant une oscillation complexe avec un large spectre de fréquences, des bandes latérales inférieure et supérieure sont formées. Si la fréquence de modulation la plus basse est Fmin, et la plus haute Fmax, alors tout le spectre occupé par le signal modulé en amplitude (AM) sera égal à 2Fmax (Fig. 4).
L'étude des signaux d'oscillation AM montre que l'information utile se situe dans l'une ou l'autre des deux bandes latérales de modulation, et que la porteuse n'a aucune information utile. Dans l'émetteur, une partie importante de la puissance est dépensée sur la porteuse, ce qui rend la modulation AM inefficace. Bien entendu, pour transmettre les informations nécessaires, on peut se limiter à ne transmettre qu'une seule des bandes latérales. La porteuse peut être récupérée au niveau du récepteur à l'aide d'un oscillateur local local de faible puissance. Dans ce cas, non seulement l'énergie dépensée pour alimenter l'émetteur sera économisée, mais la bande de fréquence occupée par le signal se rétrécira également. Il existe également un certain intérêt pour la transmission de deux bandes latérales sans porteuse (DSB) et d'une bande latérale avec porteuse. Par conséquent, compte tenu de la modulation à bande latérale unique (SWM), nous aborderons également ces types de modulation. Sur la fig. 5 est un diagramme de fréquence du spectre d'origine du signal rechanté, AM, DSB, SSB avec porteuse et SSB sans porteuse. Un signal à bande latérale unique peut être formé tout en maintenant la position relative des composantes de fréquence du spectre, comme illustré à la Fig. 5f et 5d ou avec retournement de spectre (inversion) (Fig. 5e et 5g). Dans le premier cas, le spectre du signal à bande latérale unique est appelé bande latérale supérieure ou spectre normal, dans le second cas, bande latérale inférieure ou spectre inversé.
La figure 6 montre des diagrammes vectoriels de AM, DSB, SSB avec porteuse et SSB sans porteuse lorsqu'ils sont modulés avec un spectre composé de deux composantes de fréquence W1 et W2. Le vecteur porteur est inhibé. Pour AM (Fig. 6a), nous avons un vecteur porteur et deux paires de vecteurs correspondant à deux fréquences latérales supérieures et deux inférieures. Le vecteur résultant est en phase avec le vecteur porteur.
Avec DSB (Fig. 6b), il n'y a pas de vecteur porteur. Par conséquent, le vecteur résultant soit coïncide avec le vecteur de la porteuse supprimée, soit est dirigé dans la direction opposée, c'est-à-dire qu'il est déphasé de 180 °. La figure montre le cas où le vecteur résultant est simplement dirigé dans la direction opposée. Sur la fig. 6c montre un schéma d'un signal à bande latérale unique avec une porteuse. Les deux composantes de la bande latérale supérieure sont représentées par deux vecteurs tournant dans le même sens avec des vitesses angulaires W1 et W2. Le vecteur total avec la vitesse angulaire (W1+W2)/2, ajouté au vecteur porteur, forme le vecteur résultant v. Comme on peut le voir sur le graphique, ce vecteur "oscille" par rapport à sa position d'origine et change de longueur. Ainsi, dans le cas d'une modulation à bande latérale unique avec une porteuse, on a une modulation combinée amplitude-fréquence. La figure 6d montre un diagramme vectoriel d'un signal à deux tons à bande latérale unique. Le vecteur résultant dans ce cas est un vecteur tournant à (W1+W2)/2 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Puisque l'un des vecteurs « rattrape » l'autre tout le temps, l'amplitude du vecteur résultant change. De cela, nous pouvons également conclure que la modulation à bande latérale unique est une modulation combinée amplitude-fréquence. Des études montrent qu'avec une modulation à bande latérale unique, l'amplitude change selon la loi de modification des amplitudes instantanées du signal de modulation et la fréquence - selon la loi de modification de sa fréquence instantanée. Un rôle pratique très important est joué par les caractéristiques temporelles des signaux discutés ci-dessus, car ils doivent être rencontrés lors de la mise en place d'excitateurs SSB à l'aide d'un oscilloscope. Par conséquent, nous allons d'abord examiner en détail les caractéristiques temporelles lors d'une modulation avec une tonalité (Fig. 7), puis avec deux tonalités (Fig. 8).
Le signal basse fréquence sinusoïdal d'origine est représenté sur la figure 7a. Le diagramme de signal AM (Fig. 7b) est facile à construire à l'aide du diagramme vectoriel de la Fig.3. La phase de l'enveloppe du signal AM coïncide avec la phase du signal d'origine pendant toute la période de modulation. La figure 7c montre un schéma d'un signal bidirectionnel, construit conformément à la figure 2, mais avec un vecteur porteur égal à zéro. Les vecteurs tournant en sens opposés deux fois dans un tour (pour la période T=1/F) s'additionnent arithmétiquement et se compensent deux fois. Par conséquent, le module du vecteur résultant change de manière sinusoïdale et la phase pendant une moitié de la période du signal de modulation coïncide avec la phase de la porteuse supprimée, pendant l'autre moitié elle est inversée. L'amplitude étant une valeur positive, l'enveloppe d'un signal bidirectionnel sans porteuse est une sinusoïde dont la moitié négative est tournée de 180° autour de l'axe des temps. Le remplissage haute fréquence de l'oscillogramme est une oscillation de fréquence fo dont la phase est inversée lorsque la tension de modulation passe par zéro. En utilisant le même diagramme vectoriel de la forme d'onde AM, mais en écartant l'un des vecteurs correspondant à la bande latérale, on peut facilement construire une forme d'onde d'un signal à bande latérale unique avec une porteuse. L'enveloppe dans ce cas ne correspond pas non plus au signal d'origine, et la distorsion de l'enveloppe sera d'autant plus importante que la modulation sera profonde. La ligne pointillée sur la figure montre l'enveloppe à XNUMX % de modulation. Le rapport cyclique change pendant la période de basse fréquence. La figure 7e montre un schéma d'un signal à bande latérale unique sans porteuse. Le diagramme est un signal sinusoïdal ordinaire, (droite enveloppante), d'amplitude constante, de fréquence wo+F ou wo-F. Plus la modulation est profonde, plus l'amplitude du signal est grande. Considérons les chronogrammes d'un signal à deux fréquences. Pour simplifier la construction, on prend deux signaux de même amplitude et de fréquences multiples F1 et F2=3F1. Sur la figure 8a, la ligne continue montre le signal de modulation, qui comprend des oscillations avec les fréquences indiquées. La figure 8b montre un schéma d'un signal modulé en amplitude. Son enveloppe correspond au signal modulant.
Le schéma d'un signal à deux bandes latérales sans porteuse (Fig. 8c) peut être construit en raisonnant de la même manière que dans le cas d'un signal à une seule fréquence. Pendant les moments où la tension de modulation est positive, la phase de l'enveloppe correspond à la phase de la tension de modulation et la phase du remplissage haute fréquence coïncide avec la phase de la porteuse supprimée. Avec une tension de modulation négative, les phases de l'enveloppe et du remplissage haute fréquence sont inversées. La fréquence de remplissage dans les deux cas est égale à la fréquence porteuse f0. Le diagramme temporel d'un signal bicolore à bande latérale unique peut être construit et analysé en se référant au diagramme correspondant de la Fig. 6. Dans notre cas, les vecteurs tournant à la vitesse W1=2pF1 et W2=2p(3F1)=3W1 ont la même amplitude, donc le vecteur résultant tournera uniformément à la vitesse W2=(W1+3W1)/2=2W Au moment initial, lorsque les deux vecteurs coïncident, la longueur du vecteur résultant sera maximale. Par conséquent, l'amplitude de l'enveloppe sera le double de l'amplitude des amplitudes de chacune des composantes haute fréquence. Lors d'un tour du vecteur dont la vitesse angulaire est W1, le vecteur de vitesse angulaire W2 = W3 va "rattraper" deux fois le premier vecteur et se révéler dirigé deux fois en sens inverse. Conformément à cela, la longueur du vecteur résultant pour la période T1 = 1/F sera trois fois égale à la double amplitude des oscillations haute fréquence et deux fois égale à zéro. Le chronogramme de ce cas est représenté sur la figure 8d. La fréquence de remplissage haute fréquence est égale à fo+F3=fo+2F1. Il convient de noter que dans le spectre d'oscillations représenté sur la figure 8, il n'y a pas d'oscillations avec la fréquence de "remplissage", c'est-à-dire avec la fréquence porteuse. De plus, il n'y a pas d'oscillation complexe dans le spectre, dont le diagramme temporel est représenté sur la figure 8d, de la composante de fréquence fo + 2F. Avec la détection d'amplitude des signaux discutés ci-dessus, la sortie du détecteur aura une tension correspondant à l'enveloppe des oscillations à haute fréquence. Dans le cas de AM, l'enveloppe répète le signal d'origine, de sorte que la sortie du détecteur sera le signal basse fréquence d'origine modulant. La détection d'un signal de porteuse à bande latérale unique se traduira également par une sortie de détecteur de tension correspondant à l'enveloppe. Mais, puisque l'enveloppe elle-même ne reproduit pas fidèlement le signal de modulation, le produit de détection sera également un signal déformé, et plus la modulation est profonde, plus la distorsion est importante. Il est clair que la détection conventionnelle DSB ou SSB ne produira que de la distorsion. Par exemple, lorsqu'elle est modulée avec une seule tonalité F, la détection DSB se traduira par un signal 2F1 et ses harmoniques, tandis que la détection SSB ne produira qu'une composante continue. La détection DSB et SSB, comme indiqué ci-dessus, est effectuée à l'aide d'un oscillateur local qui restaure la porteuse. Il est intéressant de noter que la récupération de la fréquence porteuse dans le cas du DSB doit être effectuée avec une précision de phase (à moins, bien sûr, que le récepteur passe des deux côtés). Sinon, des phénomènes indésirables apparaissent. Le processus de détection est illustré par un diagramme vectoriel (Fig. 9), dans lequel la porteuse restaurée diffère en phase de la porteuse supprimée d'un certain angle f. Dans le même temps, la variation de la longueur du vecteur total devient plus petite, ce qui diminue l'effet de détection. Lorsque la phase est déphasée d'un angle f=90°, la détection d'amplitude ne donnera pas de tension basse fréquence en sortie.
La détection de SSB avec une porteuse récupérée dans le récepteur est fondamentalement la même que la détection d'un signal à bande latérale unique avec une porteuse non supprimée. Cependant, la forme du signal de sortie (enveloppe) dans ce cas, comme cela a été trouvé ci-dessus, est affectée par le rapport entre l'amplitude du signal de l'oscillateur local et l'amplitude du signal détecté. Évidemment, la distorsion sera insignifiante lorsque l'amplitude de la tension de l'oscillateur local est plusieurs fois supérieure à l'amplitude du signal détecté. Cela peut être vu en considérant le chronogramme d'un signal à bande latérale unique avec une porteuse non supprimée (Fig. 7d). Auteur : L. Labutin (UA3CR) ; Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru
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