无线电波的发源地——发射机(2)

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(张晋纯 宋东生 编译)发射机的第二部分是调制部分,振荡部分产生的载波将在这里被音频信号所“调制”,也就是说,发射机中调制部分的任务是把音频信号附加到载波上去。音频信号的频率很低,例如人们讲话的声音频率大体在300Hz~3000Hz之间,这样低的频率是传不远的。而高频载波所产生的单纯电磁波虽然可以传播很远,但它本身不带有信息,只是一种担负传递信息任务的工具。它们必须结合起来,方能达到把声音信号传送到远处去的目的。

“调制”的方法常用的有以下两种(图1):使载波的振幅随着音频信号的大小作正比例的变化,称为“振幅调制”,简称“调幅”;使载波的频率随着音频信号的大小而变化、振幅保持不变,叫做“频率调制”,简称“调频”。下面先从调幅讲起。

图1
图1 🔍原图 (607×891)

调幅是怎样进行的

载波f\(_{C}\)和所要传递的音频信号fS同时输入到振幅调制器中,调制器就会输出图2所示的“调幅波”fm(或叫已调波)。由图可见,调幅波的特征是载波的频率保持不变,而它的振幅却按照音频信号严格一致地变化。振幅变化的轨迹叫包络线,它的形状和音频信号完全一致。这样,就把音频信号“装载”在载波上了。

图2
图2 🔍原图 (629×395)

在振幅调制方式中,从天线辐射出去的电磁波包含着三个部分, 一个是原来的载波f\(_{C}\);一个是“上边频”,其频率等于载波频率与音频之和fC+f\(_{S}\);另一个是“下边频”,其频率等于载波频率减去音频所得之差fC-f\(_{S}\)。我们可以用直线的高矮和相距远近来表示它们的幅度和频率上的差别,如图3。由图可见,对载波进行振幅调制时,就会在载波频率的上、下两侧产生两个边频。边频的位置和大小,由音频信号的频率和幅度决定。

图3
图3 🔍原图 (814×512)

显然,信号的内容都包含在边带之中,与载波无关。由于语言、音乐等等都不是一个单音频信号,而是不同频率的振动组合成的频带,因此应该如图4所示那样,不止是上、下两个边频而是上、下两个边频带,称为“上边带”和“下边带”。假定载波频率为1000千赫,音频信号为0~3千赫,那么,上边带所占宽度为1000~1003千赫,下边带所占宽度为997~1000千赫,整个调幅电台所占的频带宽度就是从997千赫到1003千赫,总共要占6千赫(图4)。就是说,如果调制信号的最高频率为f\(_{S}\),那末所占整个频带宽度为2fS。

图4
图4 🔍原图 (782×507)

双边带调幅波和单边带调幅波

振幅调制通常用英文字母“AM”表示。经过振幅调制以后,包含着载波和上、下两个边带的无线电波叫双边带调幅波(图5a),用DSB表示,这是英文Double SideBand的缩写。

图5
图5 🔍原图 (810×509)

如前所述,载波与信号是没有关系的,信号的内容都包含在边带之中。另外,两个边带是以载波频率为中心,对称分布于上、下两边,两个边带所包含的内容完全相同,其中一个边带中就包含了所欲传送的信息。因此如果我们在调幅以后把载波和一个边带去掉,然后把剩下的一个边带加以放大发送出去的话,同样可以把信号传递出去(图5b)。这种仅保留一个边带的调幅波就叫单边带调幅波,用英文字母表示为SSB(Single Side Band的缩写)。在SSB方式中,利用上边带的叫做USB,利用下边带的叫做LSB。

用双边带调幅波通信时,发射机需要把整个调幅波(包括载波和两个边带)一起发送出去,其中不代表任何信号的载波功率要占调幅波功率的一大半,而两个有用的频带信号仅占整个调幅波功率的一小半。在用单边带发送时,载波被抑制掉,并且没有信号时边带也不存在,所以没有信号时也就没有输出(图6),因此是一种效率较高的传送方式。

图6
图6 🔍原图 (748×519)

双边带调幅波由于有两个边带,整个调幅波所占的频带宽度是最高音频的两倍,而单边带通信只有一个边带,它只占用了双边带方式的一半频宽,波段的利用率较高,即在同样一个波段范围内能容纳更多的电台同时工作。

取得单边带调幅波的方法

单边带通信的基本工作过程和双边带调幅通信相同,它们的差别仅在于采用单边带通信时发射出去的高频无线电波只是一个边带。取得单边带的方法有直接滤波法、移相法和移相滤波法等多种,在业余电台中常用的是直接滤波法。

图7
图7 🔍原图 (878×497)

这种方法的原理框图如图7所示,它采用由平衡调幅器和带通滤波器组成的电路。把载波和音频信号波一起送到平衡调幅器中去,在平衡调幅器中,载波振荡电压被音频信号所调制,由于平衡调幅器的特殊结构形式,使载波能够被抑制,因此在平衡调幅器的输出端得到载波被抑制掉的双边带信号,再用带通滤波器就可滤出所需要的边带分量(USB或LSB)来。