Tài liệu Soạn giáo trình môn Kỹ Thuật Truyền Thanh, chương 2 doc

CHƯƠNG 2 MÁY PHÁT AM I . GIỚI THIỆU CHUNG. Tín hiệu thông tin được truyền từ máy phát đến máy thu, thông qua môi trường truyền. Tuy nhiên, tín hiệu thông tin gốc ít khi phù hợp với đường truyền. Cho nên, chúng phải được biến đổi từ dạng tín hiệu thông tin ban đầu thành dạng tín hiệu thông tin phù hợp với đường truyền. Quá trình biến đổi tín hiệu thông tin ở tần số thấp thành dạng tín hiệu sóng mang ở tần số cao. Quá trình này gọi là quá trình điều biến. Giải điều biến là quá trình ngược lại với điều biến. Tín hiệu thu được phải biến đổi trở lại thành dạng tín hiệu thông tin ban đầu của chúng. Mục đích chính của chương này là giới thiệu những nguyên tắc cơ bản của quá trình điều biến biên độ. II . NHỮNG NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐIỀU BIẾN BIÊN ĐỘ. Điều biến biên độ AM là quá trình làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang ở tần số cao kết hộp với biên độ của tín hiệu điều biến (tín hiệu thông tin). Đối với điều biến biên độ thì chất lượng điều biến tương đối thấp và ít tổn hao. Điều biến biên độ AM được dùng để phát sóng thương mại cả tín hiệu radio lẫn tín hiệu hình. Điều biến biên độ cũng được dùng trong thông tin di động như: Citizen’s Band (CB) Radio. Bộ điều biến biên độ AM là thiết bò được lắp ráp bởi những linh kiện phi tuyến với 2 tín hiệu ngõ vào. Một tín hiệu sóng mang có biên độ cố đònh, tần số cao và tín hiệu thông tin tần số thấp. Tín hiệu sóng mang phải có tần số thật cao để được Antena bức xạ một cách có hiệu quả và truyền xuyên qua không gian tự do, thường được gọi là tần số radio hay đơn giản là RF. Tín hiệu thông tin có thể là tần số đơn hay dạng sóng phức hợp của nhiều tần số. 1 . Hình bao AM Mặc dù mang những đặc điểm chung của điều biến biên độ, quá trình truyền sóng mang hai dãy biên đủ AM (DSBFC) thường được sử dụng nhất. DSBFC đôi khi còn được gọi là điều biến biên độ AM truyền thống hay đơn giản hơn là AM. Hình 2.1 minh hoạ mối quan hệ giữa sóng mang [V c .Sin 2f c .t ], tín hiệu điều biến V m .Sin2f m. t và dạng sóng đã được điều biến Vam(t) đối với AM truyền thống. Hình trên cũng biểu diễn cách tạo ra dạng sóng AM khi một tín hiệu điều biến đơn tần phối hợp với tín hiệu sóng mang tần số cao. Dạng sóng ngõ ra bao gồm tất cả các tần số tạo ra tín hiệu AM và nó được sử dụng để truyền tải tín hiệu thông tin thông qua hệ thống đường truyền. Do đó, hình dạng của sóng mang AM được điều biến gọi là hình bao AM. Nên chú ý rằng, khi không có tín hiệu điều biến, dạng sóng ngõ ra đơn giản chỉ là tín hiệu sóng mang. Tuy nhiên, khi có tín hiệu điều biến (tín hiệu thông tin) đặt vào thì biên độ của dạng sóng ngõ ra sẽ phối hợp với tín hiệu điều biến và tần số của hình bao AM bằng với tần số của tín hiệu thông tin, đồng thời dạng của hình bao AM cũng giống như dạng của tín hiệu điều biến. Hình 2-1: Phương pháp tạo ra hình bao AM 2 . Băng thông và phổ tần số AM Mạch điều biến AM được cấu tạo từ những linh kiện phi tuyến, vì vậy sinh ra mạch trộn không tuyến tính. Hình bao ngõ ra là dạng sóng phức hợp của nhiều tần số đó là tần số tín hiệu điều biến và tần số sóng mang. Tần số ngõ ra là tổng giá trò tần số ( f c + f m ) và hiệu tần số ( f c - f m ). Tổng và hiệu tần số di chuyển từ tần số sóng mang đến để cân bằng với tần số tín hiệu điều biến. Cho nên, phổ tần số AM bao gồm những thành phần tần số không gian (f m ) bên cạnh tần số sóng mang. Tuy nhiên, dạng sóng được điều biến không chứa các thành phần tần số, các thành phần tần số này bằng với tần số tín hiệu điều biến. Ảnh hưởng của Tín hiệu điều biến f m Sóng mang f c Sóng đã được điều biến Sóng mang f c Hình bao AM DSBFC quá trình điều biến đến tín hiệu điều biến là nó phản hồi trở về tần số sóng mang đối với những tần số cao. Hình 2.2 _ Phổ tần số của dạng sóng AM DSBFC. Hình 2.2 biễu diễn phổ tần số của dạng sóng AM DSBFC, phổ tần số AM tư ø f c - f m(max) đến f c + f m(max). Trong đó : f c là tần số sóng mang. f m(max) là tần số tín hiệu điều biến cực đại. Dải tần số giữa f c - f m(max) và f c được gọi là dải biên dưới (LSB) và những tần số thuộc dải này đượ c gọi là tần số biên dưới (LSF). Dải tần số giữa f c và f c + f m(max) gọi là dải biên trên (USB) và những tần số thuộc dải này gọi là tần số biên trên (USF). Vì vậy, băng thông BW của sóng AM DSBFC là hiệu số giữa tần số biên trên cực đại và tần số biên dưới cực tiểu hoặc bằng 2 lần tần số tín hiệu điều biến cực sóng vô tuyến, tần số của tất cả các dạng sóng và tần số sóng mang đều thuộc dải biên trên và dải biên dưới. Những giá trò tần số này phải đủ lớn để có thể truyền xuyên qua bầu khí quyển của trái đất. 3. Hệ số điều biến và phần trăm điều biến. Hệ số điều biến là một thông số được sử dụng để miêu tả số lần biên độ thay đổi trong dạng sóng AM. Phần trăm điều biến là một hệ số đơn giản cuả sự điều biến được xem như là tỉ lệ phần trăm. Nói cách khác là phần trăm điều biến cho biết sự thay đổi tỉ lệ phần trăm theo biên độ của dạng sóng ngõ ra khi sóng mang bò tác động bởi tín hiệu điều biến. c m E E m  (2.1) Trong đó : m là hệ số điều biến (không đơn vò). E m là sự thay đổi biên độ điện áp (V). E c là biên độ điện áp đỉnh cuả sóng mang chưa điều biến (V). Tần số biên trên Dải biên dưới Sóng mang Tần số biên dưới Dải biên trên A f f c -f m(max) f c f c +f m(max) Biểu thức (2 1) được sắp xếp lại như sau: E m = m. E c (2.2) c E E m c  (2.3) Phần trăm điều biến (M) là : %x E E M c m 100 (2.4) Hay : M = m x 100. Quan hệ giữa m, E m và E c được biểu diển trên hình 2.3. Nếu tín hiệu điều biến là dạng sóng Sin đơn tần thuần tuý và quá trình điều biến là đối xứng (sự thay đổi giá trò biên dương và âm cuả hình bao là bằng nhau). Phần trăm điều biến được xuất phát từ biểu thức sau: E m = 0.5 (V max - V min ) (2.5) E c = 0.5 (V max + V min ) (2.6)  %x VV VV %x )VV(, )VV(, M min (2.7) Trong đó : V max = E c + E m V min = E c - E m Thay đổi biên độ đỉnh cuả dạng sóng ngõ ra (E m ) là tổng giá trò điện áp cuả tần số biên trên và tần số biên dưới. E m = E usf + E lsf mà : E usf = E lsf Nên : E usf = E lsf = E m /2 = 0.5 (V max -V min )/2 = 0.25 (V max - V min ) (2.8) Trong đó : E usf là biên độ đỉnh của tần số biên trên (Volt). E lsf là biên độ đỉnh của tần số biên dưới (Volt). Từ biểu thức (2.1) ta có thể thấy rằng khi phần trăm điều biến là 100  thì E m = E c . Điều kiện này được vẽ trên hình (2.4d). Khi điều biến 100 thì biên độ nhỏ nhất cuả hình bao là 0V (V min = 0V). Hình (2.4c) vẽ dạng hình bao được điều 50 . Sự thay đổi biên độ đỉnh của hình bao bằng 1/2 biên độ sóng mang chưa điều biến. Phần trăm điều biến lớn nhất mà không gây ra biến dạng tín hiệu là 100 . Đôi khi phần trăm điều biến được biểu diễn giống như quan hệ của sự thay đổi điện áp đỉnh của sóng điều biến với biên độ đỉnh của sóng mang chưa điều biến, đó là sự thay đổi phần trăm điều biến ( E/E c x 100). Hình 2.3 Hệ số điều biến E c và E m . V max =E c +E m V min =E c -E m -V max =-E c -E m -V min =-E c +E m E m E c t . m(max) Biểu thức (2. .1) được sắp xếp lại như sau: E m = m. E c (2. 2) c E E m c  (2. 3) Phần trăm điều biến (M) là : %x E E M c m 100 (2. 4) Hay : M = m. Hình 2. 1 minh hoạ mối quan hệ giữa sóng mang [V c .Sin 2 f c .t ], tín hiệu điều biến V m .Sin2f m. t và dạng sóng đã được điều biến Vam(t) đối với AM truyền