CHƯƠNG V: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ (MODULATION) Điều chế (tương tự) là đem tin tức dưới dạng một tín hiệu tần số thấp tác động vào tín hiệu cao tần điều hoà làm biến đổi một thông số nào đó (biên độ, tần số hoặc góc pha) của tín hiệu cao tần theo tin tức. Trong trường hợp này, tin tức được gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là sóng mang, còn dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Sóng được điều chế nhằm 2 mục đích: Sóng đã điều chế thỏa mãn điều kiện truyền của môi trường truyền tin vì môi trường này không truyền được tín hiệu gốc. Sóng truyền được tin tức (thông tin) gọi là sóng mang. Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một môi trường. Có nhiều kỹ thuật điều chế tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu gốc và môi trường truyền. Trong kỹ thuật phát hình, tín hiệu gốc là tín hiệu hình, môi trường truyền trong không gian truyền được sóng điện từ. Vào những ngày đầu, kỹ thuật điều biến biên độ sóng cao tần đã được áp dụng, vài mươi năm sau thì kỹ thuật điều biến tần số được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền (phát) thông tin, nhờ nó có đặc tính chống nhiễu tốt. Trong thời gian nghiên cứu hạn hẹp, người nghiên cứu xin trình bày về kỹ thuật điều biến biên độ (AM: Amplitude Modulation) và điều biến tần số sóng cao tần (FM: Frequency Modulation). Ngoài ra còn nói sơ về kỹ thuật điều pha (PM : Phase Modulation). I. KỸ THUẬT ĐIỀU BIẾN: (Amplitude Modulation) 1. Định nghĩa: Kỹ thuật điều biến biên độ là kỹ thuật thay đổi biên độ của sóng mang có tần số cao, có khả năng phát xạ sóng điện từ theo biên độ của một tín hiệu gốc mang nội dung tin tức cần được truyền trong không gian. Tín hiệu gốc tuy có nội dung tin tức, nhưng không phát xạ sóng điện từ, sóng cao tần có thể phát xạ sóng điện từ truyền trong không gian. Do vậy, biên độ sóng được biến thiên theo tín hiệu gốc để truyền được tín hiệu gốc trong không gian. Để tiếp cận với kỹ thuật này, ta xét trường hợp đơn giản là tín hiệu điều biến điều hoà có biểu thức: em = Emcos(mt (m : modulation) Với : em điện áp tức thời của tín hiệu điều biến tức là điện áp tín hiệu gốc. Em : biên độ cực đại tín hiệu điều biến. (m : tần số gốc tín hiệu điều biến (rads).và fm : tần số tín hiệu điều biến (Hz). Sóng cao tần có thể truyền được torng không gian có biểu thức sau: ec = Ecsinωc t Với : + ec : điện áp tức thời của sóng mang là sóng cao tần để mang tin + Ec : biên độ cực đại sóng mang + (c : 2(fc : tần số gốc sóng cao tần + fc : tần số sóng mang Khi sóng đã được điều biến biên độ thì : e = Ec ( 1 + mcosωmt )sin ωc t Với EmEc gọi là chỉ số điều biên hay hệ số điều chế hoặc là độ sâu điều chế. Khi sử dụng kỹ thuật điều biên cần phải lưu ý là biên độ gốc Em phải nhỏ hơn biên độ sóng mang Ec. Như vậy: 1 E E m m c ≤= Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng quá điều chế và tín hiệu bị méo trầm trọng. Thực tế thì: Mmax = 0,7 ( 0,9 là được để đảm bảo việc thu tín hiệu không bị méo. Ta xác định m trong thực tế bằng cách đo các giá trị Vmax, Vmin, và áp dụng công thức: ( ) ( ) max min max min max min max min VV VV 2 VV 2 VV m − + = − + = Khi m = 1, ta có: Vmax = 2Vc; Vmin = 0 VAM 2. Phổ tần và bề rộng dải tần: Vmin Vmax VAM 0 Theo như trên, ta có: e = Ec ( 1 + mCosωmt )Sin ωc t m ≤ 1 0 m > 1e = Ec Sin ωc t + m Ec Cosωmt + sin ωc t e = Ec sin ωc t + Và: m2 : g Ec Sin( ) ọi là sóng biên trên và có t ωω mc t ++ m2 SinE ( ) −ần s ωω mcc ố là: t ωm + ωc hay: fc + fm (Hz) sinE ( )t m 2 c mc ω+ω : gọi là sóng biên dưới, có tần số là: ωm ωc (rads) hay fc fm (Hz) sinE ( t m2 c ω−ω mc ) Ec sin (c t là sóng mang, có tần số là (c (rads) hay fc (Hz) Phổ sóng điều biên được vẽ như sau: EC 12mEc 12mEc ωC ωm ωC + ωm Bωm = 2ωm (rads) EC 12mEc 12mEc fC + f m fC f m Bωm = 2fm (rads) Hai sóng biên nằm ở cả hai bên sóng mang, độ rộng dải tần bằng hiệu số của tần số cao nhất là fc + fm với tần số thấp nhất là fc fm. BW = (fc + fm) (fc fm) = 2fm 3. Sự phân bố công suất trong sóng đã điều biến: Hình vẽ phổ sóng đã điều biến bởi tín hiệu đơn tần em = EmCos(m t cho thấy sự phân bố điện áp trong sóng. Điều này cho ta thấy được công suất được phân phối (phân hgố theo tỉ lệ với bình phương của các giá trị điện áp là:Ġ , Ec và Ġ. Công suất sóng mang được tính bằng công thức: Công suất mỗi sóng biên bằng: R2 E 2 c P = c Công suất của sóng đã điều biến bằng: c c c c SB m P R m E R Em E R m P 2 4248 2 22 2 2 2 2 1 =×== ⎤⎥⎦ ⎡⎢⎣ = ⎞⎟⎟⎠ ⎛⎜⎜⎝ +=++= 2 1 4 4 2 2 2 m P m PP m PP t cc ccNhư vậy công suất được phân bố thành các phần là: ĉ vớiĠ R E P c c 2 2 = f fc f c fm fc +fm PSF m Pc 4 2 = PUSF m Pc 4 2 = Với PSf : tần số biên dưới : PSF = fc fm PUSf : tần số biên trên : PUSf = fc + fm Ta thấy rằng công suất phân bố cho các tần số biên lệ thuộc vào hệ số điều biên m. 4. Trường hợp tín hiệu điều biến là tín hiệu phức tạp: Nếu tín hiệu điều chế (điều biến) là tín hiệu phức tạp gồm nhiều tần số khác nhau, giả sử có nhiều thành phần, thấp nhất là fmin đến cao nhất fmax thì ta có sóng đã điều biến là: e Vậy: = c( ) 1+ 1 cosωmin + ω22 + + m cos...cos ωmax sinωcttmtmtmE e ( ) ( ) ( ) sinE ( )t m 2 E t m 2 sinE ...t m 2 sinE t m 2 tsinE c c max m max sin c m c c min 2 cc c c min ω−ω = +ω +ω+ω +ω+ω++ω−ω Như vậy hệ số điều chế: 2 m 22 21 t +++= m....mmm Và phổ sóng có dạng: E c f (Hz) fc f c fmax fc +fmax fc +fmin f c fmin BB ωB = 2.fBminBCông suất của sóng được phân bố như sau: Công suất toàn sóng biên trên: 4 Pm P c 2t USBt = Công suất toàn sóng biên dưới: 4 Pm P c 2t LSBt = Công suất sóng mang: 2Ec2 P= Công suất toàn sóng: Lưu ý: độ rộng dải tần của sóng bằng:P t c ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ 1P += m2 2t ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ BW = (fc + fmax) (fc fmax) = 2 fmax fmax : tần số cao nhất trong dải tần tín hiệu điều biến. 5. Các kỹõ thuật truyền sóng điều biên: Trước khi nghiên cứu các kỹ thuật truyền khác nhau, ta xét lại biểu thức sóng mang đã điều biến: e = Ec ( 1 + mCosωmt )sin ωc t e = tSinE m SinE t m SinE t ω + ωω mcccc )( ++ −ωω mcc )( 2 2 Sóng mang Ec Sin(ct không mang nội dung tin, cả hai sóng điều biên mang cùng một nội dung tin tức và phụ thuộc vào m, (m. a. Kỹ thuật truyền sóng biên với trộn sóng mang gọi tắt là kỹ thuật DSBFC (Double Side Band Carrier). Đây là kỹ thuật truyền tin cổ điển dùng sóng điều biên. Kỹ thuật này có nhược điểm: lãng phí công suất phát sóng và dải tần, nhưng lại có ưu điểm là kỹ thuật giản đơn, thiết bị phát và thu cũng đơn giản, đỡ tốn kém. Kỹ thuật này được áp dụng trong kỹ thuật truyền thanh bằng sóng điều biên. Tiêu chuẩn phát sóng lệ thuộc vào cơ quan quản lý phát sóng các nước. Sau đây là tiêu chuẩn phát thanh sóng điều biên của cơ quan FCC (Feederal Communication Commisssion), cơ quan liên bang quản lý việc phân phối sử dụng và phát sóng tại Mỹ được nhiều nước áp dụng, do vậy được lấy ra làm ví dụ minh hoạ: Dải tần quy định: từ (540 ( 1600) KHz, mỗi cấp tăng tần số là 10 KHz (dành cho chương trình đài địa phương). Độ rộng dải tần phát sóng 10 KHz. Độ ổn định tần số sóng mang (20Hz so với tần số quy định phát sóng. Hệ số điều biên từ : 0,85 ( 0,95. Dải tín hiệu âm tần từ 100 Hz ( 5KHz, một KHz là tần số chuẩn ở Ođêxjen. Hệ số méo biên độ thấp hơn 0,05 cho hệ số điều biên tới 0,85, thấp hơn 0,075 cho hệ số điều biên từ 0,85 ( 0,95. Can nhiễu và tiếng ù ít nhất là 45dB khi hệ số điều biên bằng 1 (m = 1) ở dải âm tần từ 30 Hz ( 20 KHz. Công suất phát cực đại cho phép 50 KW (để phát đài địa phương trên sóng trung bình từ 540 ( 1600Hz). Ngoài ra còn có quy định phát chương trình quốc tế bằng sóng ngắn với công suất phát có thể đến 500 KW. b. Kỹ thuật truyền đơn biên: gọi tắt là SSB (Single Side Band). Kỹ thuật này được phân thành nhiều loại: Kỹ thuật đơn biên triệt sóng ngang gọi tắt là kỹ thuật SSBSC (Single Side Band Suppered Carrier), kỹ thuật này vẫn truyền được tin tức vì nội dung đầy đủ của tin tức đã được mang bởi mỗi dải sóng biên. Do vậy, có ưu điểm là công suất truyền thấp; chỉ còn bằng Ġ với mt < 1, Pc: công suất sóng mang. Một ưu điểm nữa là dải tần sóng bằng ½ so với kỹ thuật truyền sóng biên. Điều này rất có ý nghĩa nếu dùng kỹ thuật ghép kênh. Do dải tần sóng phát chỉ còn ½ thì số kênh truyền được ghép sẽ tăng gấp đôi lên. Nhưng nó có nhược điểm là thiết bị phát và thu phức tạp vì khi thu được són, sóng mang phải được tái tạo và chèn vào sóng biên thì quá trình giải điều chế (điều biến) mới thực hiện được. Kỹ thuật truyền đơn biên với sóng mang giảm biên độ gọi tắt là SSBRC (Single Side Band Reduced Carrier), kỹ thuật truyền này cũng có ưu điểm như kỹ thuật SSBSC ở trên, nhờ sóng mang hạn chế biên độ nên sóng mang có thể tái tạo được dễ dàng tại máy thu. c. Kỹ thuật truyền hai dải biên độc lập: Kỹ thuật này gọi tắt là ISB (Independent Side Band), kỹ thuật này truyền cả hai dải sóng biên, mỗi dải mang một nội dung tin tức độc lập nhau, như vậy là với cùng một sóng mang, có thể truyền được hai thông tin khác nhau. d. Kỹ thuật truyền song biên triệt sóng mang: gọi tắt là DSBSC (Double Side Band Suppressed Carrier), kỹ thuật truyền 2 dải sóng biên, sóng mang không truyền. Như vậy không phải mất công suất sóng mang nhưng ở máy thu phải dùng mạch giải điều biến tích số tốn kém hơn mạch giải điều biến đường bao, ở mày thu song biên có sóng mang thường gặp hơn. e. Kỹ thuật truyền 1 dải biên hẹp: gọi tắt là VSB (Vestigial Side Band), kỹ thuật này được sử dụng cho kỹ thuật phát hình mà chúng ta đang nghiên cứu. Không được dùng cho kỹ thuật truyền thanh. Đây là kỹ thuật tổng hợp của kỹ thuật truyền song biên với kỹ thuật truyền một dải biên. Vấn đề truyền đơn biên sẽ được nghiên cứu và trình bày rõ hơn ở phần sau.II. ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SSB: Single Side Band) A. ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN: Như ta đã biết tin tức chỉ chứa trong biên tần, nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ thông tin về tin tức. Quá trình điều chế nhằm tạo ra một dải biên tần gọi là điều chế đơn biên. Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng, do đó có thể nén toàn bộ hoặc một phần tải tần trước khi truyền đi. Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với điều biên được ghi như sau: Đây là dạng phổ của SSB f VAM VSSB 0 0 f f0 1. Độ rộng dải tần giảm một nửa: DSSB < ½ DAM. Do vậy mà trong cùng một dải tần số thì số đài có thể bố trí tăng gấp đôi. 2. Hiệu suất rất cao so với điều chế AM: Phữu ích = Pbt = 13PAM khi m = 1 Còn đối với điều chế đơn biên : Phữu ích = Pbt = PSSB Nếu xét về hệ số sử dụng công suất: KAM = 13 và KSSB = 1 khi m = 1 KAM = 19 và KSSB = 1 khi m = 0,5 Như vậy, khi m càng nhỏ thì máy phát đơn biên càng có công suất hữu ích lớn hơn nhiều lần so với công suất hữu ích của máy phát điều biên. 3. Do DSSB ( 2DAM nên đối với các loại nhiễu nói chung (SN)SSB > (SN)AM và riêng đối với nhiễu trắng (nhiễu có cường độ như nhau) thì (SN)SSB ( 2 (SN)AM. Nhö vaäy ñeå maùy phaùt AM vaø SSB coù cuøng SN, ta phaûi taêng PAM lên 2 lần. 4. Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang fc có thể bị suy giảm. Cho nên với máy thu AM khi thu có lúc m > 1 sẽ gây méo do quá điều chế. Nếu pha đinh rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang thì máy thu AMsẽ không thu được. Còn đối với máy thu SSB, pha đinh làm suy giảm hay triệt tiêu tần số sóng mang thì không có (bị) ảnh hưởng gì. 5. Đối với tín hiệu AM trong dải sóng ngắn, do sự phân tán của đặc tuyến pha mà xảy ra sự chia pha các dao động trong dải biên. Điều này làm méo tín hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầy vào bộ tách sóng của máy thu AM. Tổn hao công suất ở đầu, do đó được đánh giá là 50%. Còn đối với tín hiệu SSB thì mọi tin tức đều được phát trong một dải biên nên không có hiện tượng chia pha. 6. Dùng tín hiệu SSB sẽ thực hiện được sự bảo mật tốt, do nếu không biết tần số sóng mang thì sẽ không thu được tin tức. Do vậy, máy phát và thu SSB được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực quân sự, truyền hình. Tuy có nhiều ưu điểm, song do yêu cầu kỹ thuật khá cao như: mạch lọc dải phải rất hẹp và dốc đứng, việc tạo lại tần số sóng mang fc trong máy thu phải rất chính xác mới không gây méo tín hiệu… cho nên máy phát và máy thu đơn biên có cấu tạo phức tạp hơn so với máy phát và thu AM. Cho nên nó chỉ được dùng trong các máy phát chuyên dụng: máy phát hình, máy phát thoại, phát tín hiệu nhiều kênh. B. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN: Phương pháp đầu tiên để tạo ra tín hiệu đơn biên (SSB) là từ tín hiệu điều biên AM người ta dùng bộ lọc dải để tách một biên tần cần thiết ra. Song do yêu cầu chất lượng cao nên bộ lọc dải rất phức tạp. Bởi vậy người ta sử dụng hai phương pháp tạo tín hiệu SSB khác: phương pháp quay pha và phương pháp lọc pha. Nhưng hai phương pháp này ngày nay không còn sử dụng nữa do nó có nhiều mặt hạn chế. Còn tần số sóng mang fc, dải biên thứ hai … Ngày nay phương pháp tạo tín hiệu SSB được sử dụng rộng rải nhất là phương pháp tổng hợp: tạo tín hiệu SSB bằng các tần số sóng mang khác nhau. Đặc biệt là khi bộ lọc thạch anh xuất hiện thì phương pháp này được sử dụng rất rộng rải. Ta sẽ lần lượt xét các phương pháp tạo tín hiệu SSB khác nhau: 1. Phương pháp lọc và phương pháp tổng hợp: a. Phương pháp lọc: (hình chưa vẽ)Tín hiệu điều chế ec và tải tin Ec được đưa vào bộ điều chế cân bằng. Sau bộ điều chế cân bằng ta thu được 2 dải biên, sau đó dùng bộ lọc dải ta sẽ thu được biên trên hoặc biên dưới như sơ đồ khối và phổ tín hiệu của phương pháp lọc (fc: tần số sóng mang, (: một nữa khoảng cách giữa tần số cần lọc và tần số cho qua). Nhưng do f > fc và ( = f1 + fmin rất lớn nên dễ lọc được. Vì vậy bộ lọc 2 thường là bộ lọc L, C đơn giản. Nếu f2 chưa ở trong dải tần số làm việc thì buộc ta phải đổi tần lần thứ hai: dùng bộ ĐCCB3. Bộ lọc 3 cũng đơn giản như bộ lọc 2 vì ( lớn : ( = f1 + fmin. Cứ thế cho đến khi nào ta đạt được tần số làm việc f0. f f f f V1 2. Phương pháp quay pha: Đây là phương pháp khá phức tạp và khó nhưng cho kết quả không cao, người ta gần như không sử dụng nữa. Trong luận văn tốt nghiệp này; người làm xin được không trình bày. f V2 V3 V4 V5 0 0 0 0 0 fmin fmax f1 2fmin f1 f1fmin f1+fmi f1+fma f1+fmin f1+fmax 2Δ f2 f1fmin = 2f1 + 2fmin f2 f2 f1fmax f2 +f1+fmin f2 + f1+ fmax f2 +f1+fmin f2 + f1+ fmax Ñaây laø phoå tín hieäu theo phöông phaùp toång hôïp
CHƯƠNG V: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ (MODULATION) Điều chế (tương tự) đem tin tức dạng tín hiệu tần số thấp tác động vào tín hiệu cao tần điều hồ làm biến đổi thơng số (biên độ, tần số góc pha) tín hiệu cao tần theo tin tức Trong trường hợp này, tin tức gọi tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi sóng mang, cịn dao động cao tần mang tin tức gọi dao động cao tần điều chế Sóng điều chế nhằm mục đích: Sóng điều chế thỏa mãn điều kiện truyền mơi trường truyền tin mơi trường khơng truyền tín hiệu gốc Sóng truyền tin tức (thơng tin) gọi sóng mang Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua mơi trường Có nhiều kỹ thuật điều chế tùy thuộc vào chất tín hiệu gốc mơi trường truyền Trong kỹ thuật phát hình, tín hiệu gốc tín hiệu hình, mơi trường truyền khơng gian truyền sóng điện từ Vào ngày đầu, kỹ thuật điều biến biên độ sóng cao tần áp dụng, vài mươi năm sau kỹ thuật điều biến tần số sử dụng rộng rãi kỹ thuật truyền (phát) thơng tin, nhờ có đặc tính chống nhiễu tốt Trong thời gian nghiên cứu hạn hẹp, người nghiên cứu xin trình bày kỹ thuật điều biến biên độ (AM: Amplitude Modulation) điều biến tần số sóng cao tần (FM: Frequency Modulation) Ngồi cịn nói sơ kỹ thuật điều pha (PM : Phase Modulation) I KỸ THUẬT ĐIỀU BIẾN: (Amplitude Modulation) 1/ Định nghĩa: Kỹ thuật điều biến biên độ kỹ thuật thay đổi biên độ sóng mang có tần số cao, có khả phát xạ sóng điện từ theo biên độ tín hiệu gốc mang nội dung tin tức cần truyền khơng gian Tín hiệu gốc có nội dung tin tức, khơng phát xạ sóng điện từ, sóng cao tần phát xạ sóng điện từ truyền khơng gian Do vậy, biên độ sóng biến thiên theo tín hiệu gốc để truyền tín hiệu gốc khơng gian Để tiếp cận với kỹ thuật này, ta xét trường hợp đơn giản tín hiệu điều biến điều hồ có biểu thức: em = Emcos(mt (m : modulation) Với : em điện áp tức thời tín hiệu điều biến tức điện áp tín hiệu gốc Em : biên độ cực đại tín hiệu điều biến (m : tần số gốc tín hiệu điều biến (rad/s) và fm : tần số tín hiệu điều biến (Hz) Sóng cao tần truyền torng khơng gian có biểu thức sau: ec = Ecsinωc t Với : + ec : điện áp tức thời sóng mang sóng cao tần để mang tin + Ec : biên độ cực đại sóng mang + (c : 2(fc : tần số gốc sóng cao tần + fc : tần số sóng mang Khi sóng điều biến biên độ : e = Ec ( + mcosωmt )sin ωc t Với Em/Ec gọi số điều biên hay hệ số điều chế độ sâu điều chế Khi sử dụng kỹ thuật điều biên cần phải lưu ý biên độ gốc Em phải nhỏ biên độ sóng mang Ec Như vậy: m= Em ≤1 Ec Nếu m > mạch có tượng q điều chế tín hiệu bị méo trầm trọng Thực tế thì: Mmax = 0,7 ( 0,9 để đảm bảo việc thu tín hiệu khơng bị méo Ta xác định m thực tế cách đo giá trị Vmax, Vmin, áp dụng công thức: (V max m = (V max − V + V ) ) = V max − V V max + V Khi m = 1, ta có: Vmax = 2Vc; Vmin = VAM VAM Vmax Vmin 0 m≤ 2/ Phổ tần bề1 rộng dải tần: Theo trên, ta có: e = Ec ( + mCosωmt )Sin ωc t m>1 e = Ec Sin ωc t + m Ec Cosωmt + sin ωc t e = Ec sin ωc t + m m E c Sin (ω :c gọi + ωlàmsóng ) t + biênEtrên (ωcóc tần − ωsố t c Sinvà m )là: m 2 E c sin(ωc + ωm )t Và: * ωm + ωc hay: fc + fm (Hz) * : gọi sóng biên dưới, có tần số là: m E c sin (ω c − ω m )t ωm - ωc (rad/s) hay fc - fm (Hz) * Ec sin (c t sóng mang, có tần số (c (rad/s) hay fc (Hz) Phổ sóng điều biên vẽ sau: EC EC 1/2mEc 1/2mEc 1/2mEc 1/2mEc ωC -ωm ωC + ωm fC -fm fC + fm Bωm = 2ωm (rad/s) Bωm = 2fm (rad/s) Hai sóng biên nằm hai bên sóng mang, độ rộng dải tần hiệu số tần số cao fc + fm với tần số thấp fc - fm BW = (fc + fm) - (fc - fm) = 2fm Sự phân bố cơng suất sóng điều biến: Hình vẽ phổ sóng điều biến tín hiệu đơn tần em = EmCos(m t cho thấy phân bố điện áp sóng Điều cho ta thấy công suất phân phối (phân hgố theo tỉ lệ với bình phương giá trị điện áp là:Ġ , Ec Ġ Cơng suất sóng mang tính cơng thức: E 2c c Cơng suất sóng biên bằng: R P = P1 SB ⎡m ⎤ ⎢⎣ E c ⎥⎦ = 2R Cơng suất sóng điều biến bằng: = m E c2 E2 m2 m2 = × c = Pc 8R 2R ⎛ m2 ⎞ m2 m2 ⎟ Pt = Pc + Pc + Pc = Pc ⎜1 + ⎜ ⎟ 4 ⎝ ⎠ Như công suất phân bố thành phần là: ĉ vớiĠ PSF m2 = Pc Pc = fc - fm E c2 2R PUSF = fc m2 Pc fc +fm f Với PSf : tần số biên : PSF = fc - fm PUSf : tần số biên : PUSf = fc + fm Ta thấy công suất phân bố cho tần số biên lệ thuộc vào hệ số điều biên m Trường hợp tín hiệu điều biến tín hiệu phức tạp: Nếu tín hiệu điều chế (điều biến) tín hiệu phức tạp gồm nhiều tần số khác nhau, giả sử có nhiều thành phần, thấp fmin đến cao fmax ta có sóng điều biến là: e = Ec (1+ m1 cosωmint + m2 cosω2t + + mm cosωmaxt )sinωct Vậy: e = E c sin ωc t + m E c sin (ωc + ωmin )t + m2 m E c sin (ωc − ωmin )t + + m E c (ω + ωmax )t + 2 sin mm E c sin (ωc − ωmax )t Như hệ số điều chế: Và phổ sóng có dạng: m t = m 12 + m 22 + + m 2m Ec fc - fmax fc fc +fmax fc +fmin fc -fmin Bω = 2.fmin B B B B f (Hz) Cơng suất sóng phân bố sau: Cơng suất tồn sóng biên trên: Cơng suất tồn sóng biên dưới: P LSBt Cơng suất sóng mang: Cơng suất tồn sóng: Lưu ý: độ rộng dải tần sóng m2t Pc m 2P = 4t c PUSBt = E2 P= c ⎛ m 2t P t = P c ⎜⎜ + bằng: ⎝ ⎞ ⎟⎟ ⎠ BW = (fc + fmax) - (fc - fmax) = fmax fmax : tần số cao dải tần tín hiệu điều biến Các kỹõ thuật truyền sóng điều biên: Trước nghiên cứu kỹ thuật truyền khác nhau, ta xét lại biểu thức sóng mang điều biến: e = Ec ( + mCosωmt )sin ωc t e= m m E c Sin(ω c + ω m )t + Ec Sin(ω c − ω m )t 2 Sóng mang Ec Sin(ct không mang nội dung tin, hai sóng điều biên mang nội dung tin tức phụ thuộc vào m, (m E c Sinω c t + a/ Kỹ thuật truyền sóng biên với trộn sóng mang gọi tắt kỹ thuật DSBFC (Double Side Band Carrier) Đây kỹ thuật truyền tin cổ điển dùng sóng điều biên Kỹ thuật có nhược điểm: lãng phí cơng suất phát sóng dải tần, lại có ưu điểm kỹ thuật giản đơn, thiết bị phát thu đơn giản, đỡ tốn Kỹ thuật áp dụng kỹ thuật truyền sóng điều biên Tiêu chuẩn phát sóng lệ thuộc vào quan quản lý phát sóng nước Sau tiêu chuẩn phát sóng điều biên quan FCC (Feederal Communication Commisssion), quan liên bang quản lý việc phân phối sử dụng phát sóng Mỹ nhiều nước áp dụng, lấy làm ví dụ minh hoạ: Dải tần quy định: từ (540 ( 1600) KHz, cấp tăng tần số 10 KHz (dành cho chương trình đài địa phương) Độ rộng dải tần phát sóng 10 KHz Độ ổn định tần số sóng mang (20Hz so với tần số quy định phát sóng Hệ số điều biên từ : 0,85 ( 0,95 Dải tín hiệu âm tần từ 100 Hz ( 5KHz, KHz tần số chuẩn Ođêxjen Hệ số méo biên độ thấp 0,05 cho hệ số điều biên tới 0,85, thấp 0,075 cho hệ số điều biên từ 0,85 ( 0,95 Can nhiễu tiếng ù 45dB hệ số điều biên (m = 1) dải âm tần từ 30 Hz ( 20 KHz Công suất phát cực đại cho phép 50 KW (để phát đài địa phương sóng trung bình từ 540 ( 1600Hz) Ngồi cịn có quy định phát chương trình quốc tế sóng ngắn với cơng suất phát đến 500 KW b/ Kỹ thuật truyền đơn biên: gọi tắt SSB (Single Side Band) Kỹ thuật phân thành nhiều loại: Kỹ thuật đơn biên triệt sóng ngang gọi tắt kỹ thuật SSBSC (Single Side Band Suppered Carrier), kỹ thuật truyền tin tức nội dung đầy đủ tin tức mang dải sóng biên Do vậy, có ưu điểm cơng suất truyền thấp; cịn Ġ với mt < 1, Pc: cơng suất sóng mang Một ưu điểm dải tần sóng ½ so với kỹ thuật truyền sóng biên Điều có ý nghĩa dùng kỹ thuật ghép kênh Do dải tần sóng phát cịn ½ số kênh truyền ghép tăng gấp đơi lên Nhưng có nhược điểm thiết bị phát thu phức tạp thu són, sóng mang phải tái tạo chèn vào sóng biên q trình giải điều chế (điều biến) thực Kỹ thuật truyền đơn biên với sóng mang giảm biên độ gọi tắt SSBRC (Single Side Band Reduced Carrier), kỹ thuật truyền có ưu điểm kỹ thuật SSBSC trên, nhờ sóng mang hạn chế biên độ nên sóng mang tái tạo dễ dàng máy thu c/ Kỹ thuật truyền hai dải biên độc lập: Kỹ thuật gọi tắt ISB (Independent Side Band), kỹ thuật truyền hai dải sóng biên, dải mang nội dung tin tức độc lập nhau, với sóng mang, truyền hai thơng tin khác d/ Kỹ thuật truyền song biên triệt sóng mang: gọi tắt DSBSC (Double Side Band Suppressed Carrier), kỹ thuật truyền dải sóng biên, sóng mang khơng truyền Như khơng phải cơng suất sóng mang máy thu phải dùng mạch giải điều biến tích số tốn mạch giải điều biến đường bao, mày thu song biên có sóng mang thường gặp e/ Kỹ thuật truyền dải biên hẹp: gọi tắt VSB (Vestigial Side Band), kỹ thuật sử dụng cho kỹ thuật phát hình mà nghiên cứu Không dùng cho kỹ thuật truyền Đây kỹ thuật tổng hợp kỹ thuật truyền song biên với kỹ thuật truyền dải biên Vấn đề truyền đơn biên nghiên cứu trình bày rõ phần sau II ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SSB: Single Side Band) A ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN: Như ta biết tin tức chứa biên tần, nên cần truyền biên tần đủ thông tin tin tức Quá trình điều chế nhằm tạo dải biên tần gọi điều chế đơn biên Tải tần cần dùng để tách sóng, nén toàn phần tải tần trước truyền Một số ưu điểm điều chế đơn biên (SSB) so với điều biên ghi sau: VAM f f0 VSSB Đây dạng phổ SSB f Độ rộng dải tần giảm nửa: DSSB < ½ DAM Do mà dải tần số số đài bố trí tăng gấp đơi Hiệu suất cao so với điều chế AM: Phữu ích = Pbt = 1/3PAM m = Còn điều chế đơn biên : Phữu ích = Pbt = PSSB Nếu xét hệ số sử dụng công suất: KAM = 1/3 KSSB = m = KAM = 1/9 KSSB = m = 0,5 Như vậy, m nhỏ máy phát đơn biên có cơng suất hữu ích lớn nhiều lần so với cơng suất hữu ích máy phát điều biên Do DSSB ( 2DAM nên loại nhiễu nói chung (S/N)SSB > (S/N)AM riêng nhiễu trắng (nhiễu có cường độ nhau) (S/N)SSB ( (S/N)AM Như để máy phát AM SSB có S/N, ta phải tăng PAM lên lần Do tượng pha đinh truyền sóng mà tần số sóng mang fc bị suy giảm Cho nên với máy thu AM thu có lúc m > gây méo điều chế Nếu pha đinh lớn làm hẳn tần số sóng mang máy thu AM khơng thu Còn máy thu SSB, pha đinh làm suy giảm hay triệt tiêu tần số sóng mang khơng có (bị) ảnh hưởng Đối với tín hiệu AM dải sóng ngắn, phân tán đặc tuyến pha mà xảy chia pha dao động dải biên Điều làm méo tín hiệu truyền làm giảm biên độ điện áp đầy vào tách sóng máy thu AM Tổn hao cơng suất đầu, đánh giá 50% Cịn tín hiệu SSB tin tức phát dải biên nên khơng có tượng chia pha Dùng tín hiệu SSB thực bảo mật tốt, khơng biết tần số sóng mang không thu tin tức Do vậy, máy phát thu SSB sử dụng nhiều lĩnh vực qn sự, truyền hình Tuy có nhiều ưu điểm, song yêu cầu kỹ thuật cao như: mạch lọc dải phải hẹp dốc đứng, việc tạo lại tần số sóng mang fc máy thu phải xác khơng gây méo tín hiệu… máy phát máy thu đơn biên có cấu tạo phức tạp so với máy phát thu AM Cho nên dùng máy phát chuyên dụng: máy phát hình, máy phát thoại, phát tín hiệu nhiều kênh B CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN: Phương pháp để tạo tín hiệu đơn biên (SSB) từ tín hiệu điều biên AM người ta dùng lọc dải để tách biên tần cần thiết Song yêu cầu chất lượng cao nên lọc dải phức tạp Bởi người ta sử dụng hai phương pháp tạo tín hiệu SSB khác: phương pháp quay pha phương pháp lọc pha Nhưng hai phương pháp ngày không cịn sử dụng có nhiều mặt hạn chế Cịn tần số sóng mang fc, dải biên thứ hai … Ngày phương pháp tạo tín hiệu SSB sử dụng rộng rải phương pháp tổng hợp: tạo tín hiệu SSB tần số sóng mang khác Đặc biệt lọc thạch anh xuất phương pháp sử dụng rộng rải Ta xét phương pháp tạo tín hiệu SSB khác nhau: Phương pháp lọc phương pháp tổng hợp: a Phương pháp lọc: (hình chưa vẽ) Tín hiệu điều chế ec tải tin Ec đưa vào điều chế cân Sau điều chế cân ta thu dải biên, sau dùng lọc dải ta thu biên biên sơ đồ khối phổ tín hiệu phương pháp lọc (fc: tần số sóng mang, (: khoảng cách tần số cần lọc tần số cho qua) Nhưng f > fc ( = f1 + fmin lớn nên dễ lọc Vì lọc thường lọc L, C đơn giản Nếu f2 chưa dải tần f số làm việc buộc ta phải đổi tần lần thứ hai: dùng ĐCCB3 Bộ lọc + fđạt f2 +f max + f1ta 1+fmin đơn giản lọc ( lớn : ( = f1 + fmin Cứ fnào tần số làm việc f0 Đây làpha: phổ tín hiệu theo phương pháp tổng hợp Phương pháp quay Đây phương pháp phức tạp khó cho kết khơng cao, người ta gần không sử dụng Trong luận văn tốt nghiệp này; người làm xin khơng trình bày