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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Was ist SSB? Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Diverse elektronische Geräte Der abgekürzte Name für Einseitenbandmodulation (SSB), der in den Amateurfunkcode übernommen wurde, stammt vom englischen Single Side Band, was ein Seitenband bedeutet. Bevor wir zur Betrachtung der Einseitenbandmodulation übergehen, erinnern wir uns, was Modulation im Allgemeinen ist. Gleichzeitig gehen wir vorerst nicht auf die Methoden seiner Umsetzung ein. Modulation ist der Prozess der Änderung eines oder mehrerer Parameter eines gegebenen Signals unter dem Einfluss eines anderen Signals. Das modulierte Signal stellt gewöhnlich die einfachsten Schwingungen dar, die durch den Ausdruck beschrieben werden: u=Ucos(wot+fo), wobei U die Amplitude ist; wo=2pfo - Winkelfrequenz; fo - Anfangsphase; t - Zeit. Die Parameter eines solchen Signals sind die Amplitude U, die Frequenz wo (oder fo) und die Phase fo. Ein niederfrequentes Signal X(t), das einen dieser Parameter beeinflusst, wird als modulierendes Signal bezeichnet. Je nachdem, welcher der Parameter von einem solchen Signal beeinflusst wird, gibt es drei Arten der Modulation: Amplitude, Frequenz und Phase. Um modulierte Schwingungen zu analysieren, verwenden wir drei verschiedene Vorstellungen über das Signal: zeitlich, spektral (Frequenz) und Vektor. Gemäß diesen Darstellungen eine Cosinus-(oder Sinus-)Schwingung. Auf Abb. Auf der Abszisse ist die Zeit t und auf der Ordinate der Momentanwert der Amplitude U aufgetragen. In 1b zeigt die Abszisse die Frequenz f = w/1p, die Ordinate zeigt die Amplitude. In diesem Diagramm ist eine Sinusschwingung als gerades Liniensegment parallel zur y-Achse dargestellt. Die Länge des Segments entspricht der Schwingungsamplitude U und seine Position auf der Abszisse entspricht der Frequenz fo. In Abb. 2 ist eine Sinusschwingung als Vektor dargestellt, der sich mit einer Winkelgeschwindigkeit gegen den Uhrzeigersinn dreht wo=2pfo=2p/To, wobei To die Schwingungsdauer ist. Die Länge des Vektors entspricht der Amplitude U und der Winkel fo entspricht der Anfangsphase, in der die Zeitzählung beginnt. Es sei darauf hingewiesen, dass alle drei Ideen zum Modulationssignal völlig gleichwertig sind. Wir werden jede dieser oder mehrere Ansichten parallel verwenden, wenn es am besten geeignet ist. Betrachten wir die Amplitudenmodulation. In diesem Fall ändert sich die Amplitude U hochfrequenter Schwingungen im Laufe der Zeit entsprechend dem übertragenen niederfrequenten Signal Um=U+dUx(t), wobei dU ein konstanter Wert ist, der die Intensität des Einflusses des modulierenden Signals auf das Signal charakterisiert die Amplitude. Wenn wir den Wert der Amplitude Um in den ersten Ausdruck einsetzen, erhalten wir
Das den Modulationsgrad charakterisierende Verhältnis dU/U=m wird als Modulationsfaktor bezeichnet. Wenn sich das modulierende Signal gemäß dem Gesetz ändert X(t)=cosWt, wobei W=2pF, F die Frequenz des modulierenden Signals ist, dann können wir unter Berücksichtigung der Anfangsphase fo gleich Null schreiben u=U(1+m cosWt)coswot. Wenn wir die Klammern öffnen und die Transformation durchführen, erhalten wir
Die letzte Gleichung ist die Summe von drei Cosinus-Wellenformen, nämlich die ursprüngliche Wellenform (ohne Phase fo) bei der Frequenz fo oder die sogenannte Trägerwellenform bei fo+F, obere Seitenbandfrequenz und die Wellenform bei fo-F, untere Seitenbandfrequenz . Die Amplituden der Querschwingungen sind einander gleich und proportional zur Amplitude des Trägers und zum Modulationsfaktor. Auf Abb. Fig. 2a zeigt die Zeit-, Spektral- und Vektordiagramme der modulierenden und modulierten Signale, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. In XNUMXb wiederholt die Hüllkurve der modulierten Schwingung das ursprüngliche Signal vollständig.
Das Vektordiagramm in Abb. 2.e lässt sich bequemer auf etwas andere Weise darstellen. Dreht sich der Betrachter in der Zeichenebene mit der Geschwindigkeit des Trägervektors, so erscheint ihm dieser Vektor stationär, und die den oberen und unteren Seitenfrequenzen entsprechenden Vektoren drehen sich mit einer Winkelgeschwindigkeit W gegensinnig Die Amplitude des resultierenden Vektors ändert sich mit der Zeit gemäß dem Gesetz der niedrigen Frequenz , und die Phase fällt mit der Phase der Trägerschwingung zusammen (Abb. 3).
Bei Frequenz- und Phasenmodulation bleibt die Länge des Vektors U konstant. Seine Position in der Ebene ändert sich mit der Zeit. Der Vektor scheint relativ zu seiner ursprünglichen Position zu oszillieren. Der Abweichungswinkel df wird Phasenabweichung genannt. Die Frequenzabweichung df von ihrem Nennwert fo wird als Frequenzabweichung bezeichnet. Der Unterschied zwischen Frequenz- und Phasenmodulation besteht darin, dass bei der Phasenmodulation eine augenblickliche Änderung des Phasenwinkels gemäß dem Gesetz einer Änderung eines niederfrequenten Signals auftritt und bei der Frequenzmodulation die augenblickliche Frequenz sich gemäß diesem Gesetz ändert. Es ist nur möglich, zu bestimmen, ob ein bestimmtes Signal frequenzmoduliert oder phasenmoduliert ist, wenn das Änderungsgesetz des niederfrequenten Signals bekannt ist. Zwischen beiden Modulationsarten besteht eine wohldefinierte mathematische Beziehung. In beiden Fällen dreht sich der dem modulierten Signal entsprechende Vektor nicht gleichmäßig um seinen Ursprung, sondern mit einer variablen Winkelgeschwindigkeit. Wir haben die Modulation mit einem niederfrequenten Signal (einem Ton) betrachtet. Der Fall von Interesse liegt dann vor, wenn das Modulationssignal nicht einfach harmonisch, sondern komplexer ist und beispielsweise drei oder mehr Frequenzen enthält. In diesem Fall sprechen wir nicht von Seitenfrequenzen, sondern von Modulationsseitenbändern. Bei der Modulation durch ein Sprachsignal, bei dem es sich um eine komplexe Schwingung mit einem breiten Frequenzspektrum handelt, werden untere und obere Seitenbänder gebildet. Wenn die niedrigste Modulationsfrequenz Fmin und die höchste Fmax ist, dann ist das gesamte vom amplitudenmodulierten Signal (AM) eingenommene Spektrum gleich 2Fmax (Abb. 4).
Die Untersuchung von AM-Oszillationssignalen zeigt, dass die nützliche Information in einem der beiden Seitenbänder der Modulation liegt und der Träger keine nützliche Information hat. Im Sender wird ein erheblicher Teil der Leistung für den Träger aufgewendet, was die AM-Modulation unwirksam macht. Um die notwendigen Informationen zu übertragen, kann man sich natürlich darauf beschränken, nur eines der Seitenbänder zu übertragen. Der Träger kann am Empfänger mithilfe eines lokalen Lokaloszillators mit geringer Leistung wiederhergestellt werden. Dadurch wird nicht nur Energie eingespart, die für die Stromversorgung des Senders aufgewendet wird, sondern auch das vom Signal belegte Frequenzband wird eingeengt. Es besteht auch ein gewisses Interesse an der Übertragung von zwei Nichtträgerseitenbändern (DSB) und einem Trägerseitenband. Daher werden wir in Anbetracht der Einseitenbandmodulation (SWM) auch auf diese Modulationsarten eingehen. Auf Abb. 5 ist ein Frequenzdiagramm des ursprünglichen Spektrums des wiedergesungenen Signals, AM, DSB, SSB mit Träger und SSB ohne Träger. Ein Einseitenbandsignal kann gebildet werden, während die relative Position der Frequenzkomponenten des Spektrums beibehalten wird, wie in Abb. 5f und 5d oder mit Spektrumspiegelung (Inversion) (Abb. 5e und 5g). Im ersten Fall wird das Einseitenband-Signalspektrum als oberes Seitenband oder Normalspektrum bezeichnet, im zweiten Fall als unteres Seitenband oder invertiertes Spektrum.
6 zeigt Vektordiagramme von AM, DSB, SSB mit Träger und SSB ohne Träger, wenn sie mit einem Spektrum moduliert sind, das aus zwei Frequenzkomponenten W1 und W2 besteht. Der Trägervektor wird gehemmt. Für AM (Fig. 6a) haben wir einen Trägervektor und zwei Vektorpaare, die zwei oberen und zwei unteren Seitenfrequenzen entsprechen. Der resultierende Vektor ist in Phase mit dem Trägervektor.
Bei DSB (Fig. 6b) gibt es keinen Trägervektor. Daher fällt der resultierende Vektor entweder mit dem Vektor des unterdrückten Trägers zusammen oder ist in die entgegengesetzte Richtung gerichtet, d. H. Er ist um 180 ° phasenverschoben. Die Abbildung zeigt den Fall, wenn der resultierende Vektor gerade in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist. In Abb. Abbildung 6c zeigt ein Diagramm eines Einseitenbandsignals mit einem Träger. Beide Komponenten des oberen Seitenbandes werden durch zwei in die gleiche Richtung rotierende Vektoren mit den Winkelgeschwindigkeiten W1 und W2 dargestellt. Der Gesamtvektor mit der Winkelgeschwindigkeit (W1+W2)/2 ergibt zusammen mit dem Trägervektor den resultierenden Vektor v. Wie aus der Grafik ersichtlich ist, „schwingt“ dieser Vektor relativ zu seiner ursprünglichen Position und verändert seine Länge. Bei der Einseitenbandmodulation mit einem Träger kommt es also zu einer kombinierten Amplituden-Frequenz-Modulation. Abbildung 6d zeigt ein Vektordiagramm eines Einseitenband-Zweitonsignals. Der resultierende Vektor ist in diesem Fall ein Vektor, der sich mit einer Geschwindigkeit von (W1+W2)/2 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Da einer der Vektoren den anderen ständig „einholt“, ändert sich die Amplitude des resultierenden Vektors. Daraus können wir auch schließen, dass es sich bei der Einseitenbandmodulation um eine kombinierte Amplituden-Frequenz-Modulation handelt. Untersuchungen zeigen, dass sich bei der Einseitenbandmodulation die Amplitude gemäß dem Gesetz der Änderung der Momentanamplituden des Modulationssignals und die Frequenz gemäß dem Gesetz der Änderung seiner Momentanfrequenz ändert. Eine sehr wichtige praktische Rolle spielen die zeitlichen Eigenschaften der oben diskutierten Signale, da sie beim Einrichten von SSB-Erregern mit einem Oszilloskop angetroffen werden müssen. Betrachten wir daher zunächst den zeitlichen Verlauf bei der Modulation mit einem Ton (Abb. 7) und dann mit zwei Tönen (Abb. 8) im Detail.
Das ursprüngliche sinusförmige Niederfrequenzsignal ist in Fig. 7a gezeigt. Das AM-Signaldiagramm (Abb. 7b) lässt sich einfach mit dem Vektordiagramm in Abb. 3 erstellen. Die Phase der Hüllkurve des AM-Signals stimmt während der gesamten Modulationsperiode mit der Phase des Originalsignals überein. Abbildung 7c zeigt ein Diagramm eines Zweiwegesignals, aufgebaut gemäß Abbildung 2, jedoch mit einem Trägervektor gleich Null. Zweimal in einer Umdrehung gegenläufig rotierende Vektoren (pro Periode T = 1/F) addieren sich rechnerisch und heben sich zweimal auf. Daher ändert sich die Größe des resultierenden Vektors sinusförmig, und die Phase während einer Hälfte der Periode des Modulationssignals stimmt mit der Phase des unterdrückten Trägers überein und während der anderen Hälfte kehrt sie sich um. Da es sich bei der Amplitude um eine positive Größe handelt, ist die Hüllkurve eines Zweiwegesignals ohne Träger eine Sinuskurve, deren negative Hälfte um 180° um die Zeitachse gedreht ist. Die hochfrequente Füllung des Oszillogramms ist eine Schwingung mit der Frequenz fo, deren Phase sich beim Nulldurchgang der Modulationsspannung umkehrt. Unter Verwendung desselben Vektordiagramms der AM-Wellenform, aber unter Verwerfen eines der dem Seitenband entsprechenden Vektoren, kann man leicht eine Wellenform eines Einseitenbandsignals mit einem Träger aufbauen. Auch hier entspricht die Hüllkurve nicht dem Originalsignal und die Verzerrung der Hüllkurve wird umso stärker, je tiefer die Modulation ist. Die gepunktete Linie in der Abbildung zeigt die Hüllkurve bei XNUMX % Modulation. Das Tastverhältnis ändert sich während der Niederfrequenzperiode. Abbildung 7e zeigt ein Diagramm eines Einseitenbandsignals ohne Träger. Das Diagramm ist ein gewöhnliches Sinussignal (umhüllende Gerade) mit konstanter Amplitude und einer Frequenz von wo+F oder wo-F. Je tiefer die Modulation, desto größer die Amplitude des Signals. Betrachten Sie die Zeitdiagramme eines Signals mit zwei Frequenzen. Zur Vereinfachung der Konstruktion nehmen wir zwei Signale mit gleicher Amplitude und mehreren Frequenzen F1 und F2=3F1. In Fig. 8a zeigt die durchgezogene Linie das Modulationssignal, das Schwingungen mit den angezeigten Frequenzen enthält. 8b zeigt ein Diagramm eines amplitudenmodulierten Signals. Seine Hüllkurve entspricht dem modulierenden Signal.
Das Diagramm eines Zweiseitenbandsignals ohne Träger (Abb. 8c) lässt sich analog zu einem Einfrequenzsignal logisch aufbauen. Während der Zeiten, in denen die Modulationsspannung positiv ist, entspricht die Phase der Einhüllenden der Phase der Modulationsspannung, und die Phase der Hochfrequenzfüllung fällt mit der Phase des unterdrückten Trägers zusammen. Bei einer negativen Modulationsspannung werden die Phasen von Hüllkurve und Hochfrequenz-Füllung vertauscht. Die Füllfrequenz ist in beiden Fällen gleich der Trägerfrequenz f0. Das Zeitdiagramm eines Zweiton-Einseitenbandsignals kann konstruiert und analysiert werden, indem auf das entsprechende Diagramm in Fig. 6 Bezug genommen wird. In unserem Fall haben die Vektoren, die sich mit der Geschwindigkeit W1=2pF1 und W2=2p(3F1)=3W1 drehen, die gleiche Amplitude, sodass der resultierende Vektor gleichmäßig mit der Geschwindigkeit rotiert W2=(W1+3W1)/2=2W Im ersten Moment, wenn beide Vektoren zusammenfallen, ist die Länge des resultierenden Vektors maximal. Folglich ist die Amplitude der Hüllkurve doppelt so groß wie die Amplitude jeder der Hochfrequenzkomponenten. Während einer Umdrehung des Vektors, dessen Winkelgeschwindigkeit W1 ist, „holt“ der Vektor mit der Winkelgeschwindigkeit W2 = W3 den ersten Vektor zweimal ein und wird zweimal in die entgegengesetzte Richtung gerichtet. Dementsprechend ist die Länge des resultierenden Vektors während der Periode T1=1/F dreimal gleich dem Doppelten der Amplitude hochfrequenter Schwingungen und zweimal gleich Null. Das Zeitdiagramm für diesen Fall ist in Abb. 8d dargestellt. Die Hochfrequenz-Füllfrequenz beträgt fo+F3=fo+2F1. Es ist zu beachten, dass es in dem in Abb. 8 dargestellten Schwingungsspektrum keine Schwingungen mit der „Füllfrequenz“, also mit der Trägerfrequenz, gibt. Auch das komplexe Schwingungsspektrum, dessen Zeitdiagramm in Abb. 8d dargestellt ist, enthält nicht die Frequenzkomponente fo+2F. Bei der Amplitudendetektion der oben diskutierten Signale wird der Ausgang des Detektors eine Spannung haben, die der Einhüllenden von Hochfrequenzoszillationen entspricht. Im Fall von AM wiederholt die Hüllkurve das ursprüngliche Signal, sodass der Ausgang des Detektors das modulierende ursprüngliche Niederfrequenzsignal ist. Die Erfassung eines Einseitenband-Trägersignals führt auch zu einem Spannungsdetektorausgang, der der Einhüllenden entspricht. Da aber die Hüllkurve selbst das modulierende Signal nicht genau reproduziert, ist das Detektionsprodukt auch ein verzerrtes Signal, und je tiefer die Modulation, desto größer die Verzerrung. Es ist klar, dass eine herkömmliche DSB- oder SSB-Erkennung nur eine Verzerrung erzeugt. Wenn es beispielsweise mit einem einzelnen F-Ton moduliert wird, führt die DSB-Erkennung zu einem 2F1-Signal und seinen Harmonischen, während die SSB-Erkennung nur eine DC-Komponente erzeugt. Die Erfassung von DSB und SSB wird, wie oben erwähnt, unter Verwendung eines Lokaloszillators durchgeführt, der den Träger wiederherstellt. Interessanterweise muss die Trägerfrequenzrückgewinnung bei DSB phasengenau erfolgen (es sei denn, der Empfänger passiert beide Seiten). Andernfalls treten unerwünschte Phänomene auf. Der Erkennungsprozess wird durch ein Vektordiagramm (Abb. 9) veranschaulicht, in dem sich der wiederhergestellte Träger in der Phase von dem unterdrückten Träger um einen gewissen Winkel f unterscheidet. Gleichzeitig wird die Längenänderung des Gesamtvektors kleiner, wodurch die Detektionswirkung abnimmt. Wenn die Phase um einen Winkel f = 90° verschoben ist, wird die Amplitudenerkennung keine niederfrequente Spannung am Ausgang liefern.
Die Erkennung von SSB mit einem im Empfänger zurückgewonnenen Träger unterscheidet sich im Prinzip nicht von der Erkennung eines Einseitenbandsignals mit einem nicht unterdrückten Träger. Allerdings wird die Form des Ausgangssignals (Hüllkurve) in diesem Fall, wie oben erläutert, durch die Beziehung zwischen der Amplitude des Lokaloszillatorsignals und der Amplitude des erfassten Signals beeinflusst. Offensichtlich ist die Verzerrung unbedeutend, wenn die Amplitude der Lokaloszillatorspannung um ein Vielfaches größer ist als die Amplitude des erfassten Signals. Dies kann anhand des Zeitdiagramms eines Einseitenbandsignals mit nicht unterdrücktem Träger überprüft werden (Abb. 7d). Autor: L. Labutin (UA3CR); Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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