Lsb модуляция: Страница не найдена

Однополосная модуляция | это… Что такое Однополосная модуляция?

Однополосная модуляция (Амплитудная модуляция с одной боковой полосой) (ОМ, англ. Single-sideband modulation, SSB) — разновидность амплитудной модуляции (AM), широко применяемая в аппаратуре каналообразования для эффективного использования спектра канала и мощности передающей радиоаппаратуры.

Содержание 1 Принцип 2 Применение 3 Другие обозначения 4 Примечания 5 Литература 6 Ссылки

Принцип

В радиосигнале с АМ 70 % мощности передатчика расходуется на излучение сигнала несущей частоты, который не содержит никакой информации о модулирующем сигнале. Остальные 30 % делятся поровну между двумя боковыми частотными полосами, которые представляют собой точное зеркальное отображение друг друга. Таким образом, без всякого ущерба для передаваемой информации можно исключить из спектра сигнала несущую и одну из боковых полос, и расходовать всю мощность передатчика для излучения только информативного сигнала.

В детекторе приемника для декодирования однополосного сигнала приходится восстанавливать несущую, то есть смешивать однополосный сигнал и частоту специального гетеродина. В супергетеродине для этого ставится отдельный гетеродин, работающий на частоте, равной последней ПЧ; в приемнике прямого преобразования несущую восстанавливает единственный гетеродин приемника; приемники прямого усиления для приема ОМ, вообще говоря, непригодны.

Сигнал с однополосной модуляцией занимает в радиоэфире полосу частот вдвое уже, чем амплитудно-модулированный, что позволяет более эффективно использовать частотный ресурс и повысить дальность связи. Кроме того, когда на близких частотах работают несколько станций с ОМ, они не создают друг другу помех в виде биений, что происходит при применении амплитудной модуляции с неподавленной несущей частотой.
Недостатком метода являются относительная сложность аппаратуры и повышенные требования к частотной точности и стабильности.

Для формирования сигнала ОМ используются различные методы:

• Фильтровый (наиболее распространенный): на выходе смесителя ставится высокодобротный полосовой фильтр с шириной полосы пропускания, равной одной боковой полосе. С этой целью применяются, например, лестничные фильтры на кварцевых резонаторах или электромеханические фильтры.
• Фазоинверсионный (фазокомпенсационный): одна из боковых полос инвертируется по фазе и складывается сама с собой (компенсируется). Несущая при этом подавляется фильтром или балансным модулятором.

Применение

• ОМ (SSB) ввиду своей эффективности широко используется в профессиональной и любительской радиосвязи на коротких волнах. АМ в этой сфере уже почти не применяется.

• ОМ используется в аналоговой аппаратуре уплотнения телефонных каналов, например, в таких распространённых аналоговых системах передачи, как К-60П, К-300 и других. В телефонных сетях общего пользования аналоговые системы были вытеснены цифровыми системами передачи на основе ИКМ, однако в ряде ведомственных и военных систем как минимум на территории бывшего СССР применяется до сих пор.

• Использование ОМ (SSB) приводит к существенному усложнению и удорожанию приёмной радиоаппаратуры, поэтому в бытовом радиовещании вещание на однополосной модуляции не получило широкого распространения и было окончательно вытеснено цифровым вещанием в стандарте DRM. Одной из причин отказа от SSB в радиовещании также является требование к высокой стабильности и точности опорных генераторов как передатчика, так и приёмника. В случае невыполнения этого требования возникает характерное искажение звукового сигнала, некая «синтетичность» голоса. Это в меру допустимо для речевой информации, но совершенно неприемлимо для передачи музыки.

• Как правило, в ведомственных, военных и морских коротковолновых радиосетях используется верхняя боковая полоса (USB).

• В любительской радиосвязи принято использовать нижнюю полосу на низкочастотных диапазонах (ниже 10 МГц, что соответствует диапазонам до 40-метрового включительно), и верхнюю — на всех остальных, в том числе на УКВ и СВЧ. Многие приемо-передающие устройства как профессионального, так и любительского назначения имеют переключатель, позволяющий выбрать любую боковую полосу. Иногда в непрофессиональной аппаратуре ради упрощения схемы подавляют только несущую (такой способ называется DSB — англ.  double side band)^[1], что позволяет удовлетворительно принимать однополосные сигналы и передавать, хотя и с меньшей эффективностью, сигналы, которые могут быть приняты на приёмник в режиме ОМ. Однако излучать такой вид сигнала разрешено не во всех странах.

• В ведомственных, морских и военных сетях иногда применяется передача разной информации на верхней и нижней боковых полосах или даже дуплексная работа на одной несущей частоте.

Другие обозначения

Нижнюю боковую полосу частот (НБП) в англоязычной терминологии обозначают аббревиатурой LSB (Lower Sideband), верхнюю полосу (ВБП) — USB (Upper Sideband).
В советской аппаратуре:

• A3J-A₁ — ОМ с верхней боковой и несущей не более 3%;
• A3J-B₁ — ОМ с нижней боковой и несущей не более 3%;
• A3A-A₁ — ОМ с верхней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) для борьбы с эффектом Допплера при связи с быстродвижущимися объектами;
• A3A-B₁ — ОМ с нижней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) борьбы с эффектом Допплера при связи с быстродвижущимися объектами;
• A3H-A₁ — ОМ с верхней боковой и 70 % несущей для возможности приема сигнала с ОМ обычными приемниками с двухполосной модуляцией;
• A3H-B₁ — ОМ с нижней боковой и 70 % несущей для возможности приема сигнала с ОМ обычными приемниками с двухполосной модуляцией.

Примечания

1. ↑ JUMA-TRX1 Direct Conversion HF Transceiver

Литература

• Бунин С. Г., Яйленко Л. П. Техника любительской однополосной радиосвязи. — М.:Издательство ДОСААФ, 1970

Ссылки

Однополосная модуляция (single side band SSB)

Фильтровый метод формирования однополосного SSB сигнала

Фильтровый метод формирования однополосного SSB сигнала. Структурные схемы
передатчика, приёмника, реверсивного трансивера.

Рис.1 Спектры АМ и SSB сигналов

Однополосная модуляция, она же Single – sideband modulation, она же SSB модуляция – это вид модифицированной амплитудной модуляции (АМ с выделенной верхней или нижней боковой полосой), применяемый в связной аппаратуре, для эффективного использования частотного спектра канала, а также максимального использования мощности передающей радиоаппаратуры. Так как сигнал с однополосной модуляцией занимает полосу частот вдвое уже, чем амплитудно-модулированный (Рис.1), то это позволяет с одной стороны, использовать частотный диапазон, не создавая помех соседним станциям, а с другой – повысить дальность связи за счёт максимального использования мощности без существенных потерь на передачу несущей и второй боковой полосы. В радиолюбительской связной аппаратуре широко используются в основном два метода формирования однополосного SSB сигнала – фильтровый и фазовый.

Третий – фазофильтровый пока не получил широкого распространения.

1. Полосовая фильтрация . Структурная схема трансивера.

Одним из распространённых способов создания SSB сигнала является удаление одной из боковых полос с помощью фильтрации, оставляя либо только верхнюю боковую полосу (боковую полосу с более высокой частотой – USB), либо нижнюю боковую полосу (боковую полосу с более низкой частотой – LSB).
Рассмотрим структурную схему подобного передающего устройства с формированием однополосного SSB сигнала методом полосовой фильтрации.

Рис.1 Структурная схема передатчика с фильтровым формированием SSB модуляции

Схема, приведённая на Рис.1, содержит два балансных модулятора (смесителя), каждый из которых позволяет получить на выходе балансно-модулированный сигнал, спектр которого состоит из суммы и разности частот входных сигналов и не содержит частот несущих колебаний.
Сначала первый балансный модулятор выделяет боковые полосы двух модулирующих напряжений: НЧ сигнала частотой Fм, поступающего с микрофона, и ВЧ сигнала первого гетеродина с кварцевой стабилизацией (G1) частотой Fг1.
Таким образом, на выходе первого модулятора присутствуют две частоты, они же две боковые полосы: Fг1 + Fм и Fг1 — Fм.

Далее следует узкополосный (с полосой пропускания 2,1.

..3 кГц) кварцевый или электромеханический фильтр (ЭМФ), выделяющий по желанию разработчика либо верхнюю, либо нижнюю боковую полосу спектра выходного сигнала. Причём в современных конструкциях высокочастотные кварцевые фильтры с частотами 5…10 МГц практически полностью потеснили низкочастотные ЭМФ, что в совокупности позволило получать простые, а главное – с минимальным количеством моточных изделий фильтровые SSB формирователи с отличными характеристиками.
Полоса пропускания полосового фильтра должна простираться от Fг1 + (100Гц) до Fг1 + (2,1…3кГц) в случае USB модуляции и от Fг1 – (2,1…3кГц) до Fг1 — (100Гц) – для LSB.
Как самостоятельно изготовить кварцевые фильтры на частоты 5…9.1 МГц мы с вами подробно рассмотрели на странице – ссылка на страницу.

Второй балансный модулятор предназначен для переноса отфильтрованного однополосного сигнала на рабочую частоту передатчика.

Для того чтобы передатчик не был привязан к одной частоте, гетеродин G2 должен быть перестраиваемым, но при этом иметь стабильность частоты такую же, как у кварцевого генератора. Наиболее просто эта задача решается при помощи цифровых синтезаторов частоты (DDS синтезаторов), которые при относительно невысокой стоимости обладают приемлемой стабильностью и возможностью работы на частотах от единиц герц до сотен мегагерц.
Поскольку частота первого гетеродина Fг1, а соответственно, и первая промежуточная частота достаточно велики (при наличии ВЧ кварцевого фильтра), то разнос зеркальных каналов на выходе второго смесителя ещё больше и равен 2*Fг1. В связи с этим, для приемлемого подавления побочного канала окажется вполне достаточным использование простых диапазонных LC фильтров.

После LC фильтра однополосный сигнал поступает на ВЧ усилитель мощности и далее на антенну.

Давайте рассмотрим работу передатчика с фильтровым формированием SSB модуляции (Рис. 1) на каком-нибудь абстрактном примере.
Подадим на микрофонный вход НЧ сигнал частотой 1кГц, а на 2 вход балансного модулятора сигнал частотой 10МГц. Фильтр, естественным образом, тоже настроим на 10МГц. Его полоса пропускания для USB модуляции составит: от Fг1 + (100Гц) до Fг1 + (2,1…3кГц) = 10,0001…10,003 МГц.
На выходе модулятора имеем 2 частоты: Fг1 ± 1кГц, т. е. 10,001 МГц и 9,999 МГц. Кварцевый фильтр пропустит на выход только 10,001 МГц.

Положим, мы хотим организовать радиотрансляцию на 7МГц, установив на синтезаторе G2 частоту равную 17МГц. Тогда на выходе второго смесителя у нас будет две частоты: Fг2 + 10,001 = 27,001 МГц, которую мы в лёгкую отсечём LC фильтром, и Fг2 — 10,001 = 6,999 МГц.

Да твою же мать! – сказали мужики и почесали репы на предмет своей судьбы.
Налицо инверсия боковой полосы, – объяснило им интернет сообщество, – После первого смесителя была верхняя БП, а после второго – нижняя.
А потом подумали, подумали совместно и заулыбались ослепительно, будто кто-то пообещал им налить по рюмахе и накормить мороженым.
А ведь и на самом деле, нам в данном случае как раз и нужна именно нижняя боковая полоса, так как в любительской радиосвязи принято на частотах ниже 10 МГц использовать LSB, а выше 10 МГц – USB.
Что делать для частот, превышающих 10 МГц? Всё очень просто – опустить частоту гетеродина G2 ниже искомого значения и осуществить преобразование «вверх».
Таким образом, для трансляции на 14 МГц нам надо установить частоту G2 (Fг2) равной 4 МГц и с удовлетворением констатировать, что на выходе второго смесителя у нас будут следующие частоты: необходимая нам Fг2 + 10,001 = 14,001 МГц и зеркалка, которая в случае Fгет будет равна 10,001 – Fг2 = 6,001 МГц .

А что делать, если мы хотим поиметь трансивер, т. е. и приёмник и передатчик в одном флаконе и при этом не менее хотим – в обоих трактах использовать одни и те же ингредиенты?
Хочу отменить, что разобраться без пол-литры в схемах подобных конструкций с реверсивными трактами довольно сложно из-за обилия коммутирующих элементов, значительно усложняющих восприятие электрической схемы. Поэтому на сложный вопрос: «Как выглядит структурная схема реверсивного трансивера?» часто можно услышать простой ответ: «А хрен кто его знает…! Ну, разве что кроме самого хрена, который знает практически всё».

Поэтому, давайте-ка исключим из обзора все реле, переключатели или электронные ключи, присущие таким конструкциям, и нарисуем схему SSB приёмника на тех же самых узлах, что и рассмотренный выше передатчик. Из дополнительных элементов добавим только УНЧ и громкоговоритель.

Рис.2 Структурная схема однополосного SSB приёмника

А теперь проследим, как приведённый на Рис. 2 приёмник отнесётся к сигналам, сформированным нашим однополосным передатчиком (Рис.1).

Итак, Fвх = 6,999 МГц.
Гетеродины переехали на новые места, но их частоты остаются прежними, то есть: Fг2 = 17 МГц,
Fг1 = 10 МГц.
Кварцевый фильтр тоже прежний, т. е. с полосой пропускания 10,0001…10,003 МГц.
Тогда на выходе первого смесителя имеем 2 частоты: 1) Fг2 + Fвх = 17 + 6,999 = 23,999 МГц и
2) Fг2 – Fвх = 17 — 6,999 = 10.001 МГц. Понятно, что кварцевый фильтр пропустит только 10.001 МГц.
На выходе второго смесителя также формируется 2 частоты: 1) 10.001 – Fг1 = 0.001 МГц = 1 кГц и
2) 10.001 + Fг1 = 20.001 МГц, которая легко отсечётся от УНЧ простейшей RC цепью.
Далее сигнал частотой 1 кГц, который, напомню, мы успешно транслировали в эфир передатчиком, усиливается посредством УНЧ и поступает на громкоговоритель.

Прохождение 14,001 МГц-ового сигнала также легко можно проследить по соотношениям, указанным на Рис.2. Я же, с вашего позволения, на этом закончу, а различные фазовые методы формирования однополосного SSB сигнала рассмотрим на следующих страницах.

 

Что такое однополосная модуляция (SSB)? определение, генерация, преимущества, недостатки и применение модуляции с одной боковой полосой

Определение : модуляция с одной боковой полосой (SSB) представляет собой схему амплитудной модуляции, в которой по каналу передается только одна боковая полоса. Он также известен как SSB-SC , что является аббревиатурой от Single Sideband Suppressed Carrier , поскольку позволяет полностью подавить одну боковую полосу и несущую.

Как мы знаем, метод модуляции DSB-SC генерирует выходную волну с вдвое большей шириной полосы, чем у исходного модулирующего сигнала. Таким образом, для того, чтобы избежать удвоения коэффициента полосы пропускания в такой системе модуляции, был введен метод модуляции SSB-SC.

Почему разрешено подавление боковой полосы при модуляции SSB?

Был принят метод модуляции с одной боковой полосой, так как подавление одной из двух боковых полос вместе с несущей не приводит к потере информации.

Это так, потому что две боковые полосы модулированного сигнала особенно связаны друг с другом. Другими словами, мы можем сказать, что две боковые полосы несут одинаковую информацию. Таким образом, для передачи информации нам нужна только одна боковая полоса. Таким образом, при подавлении одной боковой полосы вместе с несущей никакая информация не теряется.

Следовательно, требования к полосе пропускания также уменьшаются вдвое, и есть шансы разместить удвоенное количество каналов с использованием метода модуляции SSB.

Математическое выражение

Пусть модулирующий сигнал будет,

M (T) = A _M COS (2πf _M T)

и сигнал носителя

C (T) = A _{. c} cos (2πf _c t)

Как мы уже обсуждали аналогичное выражение в модуляции DSB-SC. Итак, здесь мы можем написать,

Это комбинация двух боковых полос,

Однако мы знаем, что амплитудно-модулированная волна DSB-SC требует полосы пропускания 2f _м . Но из-за наличия одной боковой полосы в модуляции SSB требования к полосе пропускания снижаются вдвое. Следовательно, ширина полосы в случае SSB-SC волны амплитудной модуляции составляет f _m .

1. Метод частотной дискриминации (метод фильтрации)
2. Метод фазового сдвига

Давайте теперь подробно обсудим два:

1 . Метод частотной дискриминации

Сначала взгляните на блок-схему метода фильтрации для подавления одной боковой полосы.

Балансный модулятор, используемый здесь, генерирует амплитудно-модулированную волну DSB-SC на выходе.

Поскольку выходной сигнал DSB содержит две боковые полосы, и подавляется только несущая составляющая, то для устранения одной из 2 боковых полос необходим дополнительный фильтр подавления боковой полосы.

Характеристики фильтра должны быть такими, чтобы он имел плоскую полосу пропускания и должен обладать высоким затуханием за пределами полосы пропускания. Итак, чтобы иметь такой отклик, настроенная схема должна иметь очень высокая добротность .

Чтобы иметь такую ​​высокую добротность, необходимо, чтобы разница между частотой модуляции и несущей частотой была высокой. Нет никакого практического способа достичь такого высокого значения.

Таким образом, модуляция на начальном этапе осуществляется на низкой частоте около 100 кГц балансным модулятором. После этого одна боковая полоса подавляется фильтром. Но так как частота сигнала SSB очень низкая по сравнению с частотой передатчика. Так, в схеме используются сбалансированный смеситель и кварцевый генератор для повышения частоты SSB-сигнала до уровня частоты передатчика.

Затем сигнал SSB подается на линейный усилитель для дальнейшего усиления. Процесс повышения частоты иногда также называют Up-conversion .

В основном для устранения нежелательных боковых полос используются LC, керамические, кристаллические или механические фильтры. Хотя керамические или кристаллические фильтры недороги, они дают лучшие результаты на рабочей частоте выше 1 МГц. Среди всех этих механические фильтры обладают лучшими характеристиками, поэтому широко используются.

Преимущества метода фильтрации :

1. Он обеспечивает достаточно ровную и широкую полосу пропускания.
2. С помощью этого метода мы можем получить подходящее подавление боковой полосы.

Недостатки метода фильтрации :

1. В конце необходимо повышающее преобразование частоты, так как система не генерирует SSB на высоких частотах.
2. Дорогой фильтр увеличивает общую стоимость системы.

2. Метод фазового сдвига

На рисунке ниже показана блок-схема метода фазового сдвига, используемого для генерации сигнала SSB.

Несущий сигнал, генерируемый источником несущей, подается на балансный модулятор 1 или БМ ₁ после фазового сдвига на 90⁰. Кроме того, на BM ₁ подается модулирующий или модулирующий сигнал.

Кроме того, несущая подается непосредственно на Балансный модулятор 2 или BM ₂ , при этом на него также подается модулирующий сигнал со сдвигом по фазе на 90⁰. Таким образом, на выходе двух балансных модуляторов получаются сигналы, состоящие из 2-х боковых полос. BM ₁ генерирует USB и LSB , но оба со сдвигом фазы из +90⁰ .

Аналогично, BM ₂ также генерирует сигнал с обеими боковыми полосами, но USB сдвинут на +90⁰ , а LSB сдвинут на -90⁰ .

Далее суммирующий усилитель суммирует выход двух балансных модуляторов. Поскольку два балансных модулятора сдвигают USB на +90⁰ каждый, это генерирует сигнал двойной амплитуды. Однако 2 балансных модулятора смещают LSB на +90⁰ и -90⁰, таким образом компенсируя друг друга.

Значит на выходе суммирующего усилителя имеем только USB из SSB сигнал .

Преимущества метода фазового сдвига :

1. Он не требует каскада преобразования частоты с повышением частоты.
2. Модулирующий сигнал может быть низкочастотным звуковым сигналом.
3. Упрощено переключение между боковыми полосами.

Недостатки метода фазового сдвига :

1. Разработка схемы фазового сдвига сложна.
2. Для точности требуется фазовый сдвиг, что является сложной задачей.

Преимущества модуляции SSB

1. Позволяет передавать несколько сигналов.
2. Метод SSB требует меньшей пропускной способности по сравнению с методом DSB.
3. Потребляется меньше энергии.
4. Позволяет передавать сигнал высокой мощности.
5. Обеспечивает меньшие помехи шуму за счет уменьшения полосы пропускания.

Недостатки модуляции SSB

1. Реализация SSB носит сложный характер.
2. Это дорого.
3. Метод SSB требует, чтобы передатчик и приемник были высокостабильными по частоте. Так как незначительное изменение частоты приведет к ухудшению качества сигнала.

Применение модуляции SSB

• Требуется во всех таких приложениях, где требуется энергосбережение и низкая пропускная способность.
• Этот метод используется для двухточечной связи.
• Также используется в наземной и воздушной мобильной связи.
• Он также находит применение в телеметрии и радиолокационной связи.

Кристаллы кварца в основном используются в производстве фильтров, используемых в системе модуляции SSB.

Что такое SSB?

Прежде чем вы сможете понять, что такое SSB, вы должны понять, как аудио передается через радиоволны. Метод, с помощью которого звук накладывается на радиосигнал, называется модуляцией. Два типа модуляции, с которыми знакомо большинство людей, — это AM (амплитудная модуляция) и FM (частотная модуляция), в честь которых были названы диапазоны вещания AM и FM.

Несущая
В АМ-модулированном радиосигнале постоянно передается базовый сигнал, называемый несущей. Два модулирующих сигнала называются боковыми полосами. Любой звук, который вы слышите на радиовещательной станции AM, исходит из двух боковых полос. Когда радиостанция не передает никакого звука, вы все равно можете услышать, что сигнал присутствует; то есть носитель. Эти две модулирующие (аудио) боковые полосы расположены по обе стороны от несущего сигнала — одна чуть выше, другая чуть ниже. В результате боковая полоса, расположенная чуть выше несущей частоты, называется верхней боковой полосой, а та, что расположена чуть ниже несущей частоты, называется нижней боковой полосой.

Боковые полосы
Части, которые соединяются вместе для формирования сигнала AM вещания, очень важны. Хотя сигналы AM передавались почти исключительно в течение десятилетий, было обнаружено, что AM-сигнал можно расчленить. Первые радиолюбители, экспериментировавшие с этими процессами, часто использовали обе боковые полосы без несущей. Это известно как двойная боковая полоса (DSB). DSB обычно использовался в более ранних операциях, потому что было намного проще вырезать только несущую, чем вырезать несущую и одну из боковых полос.

Несколько лет спустя (и по сей день) в любительских диапазонах было гораздо более распространено передавать только с использованием одной из боковых полос, которая известна как однополосная (SSB). Передачи с одной боковой полосой могут состоять либо из нижней боковой полосы (LSB), либо из верхней боковой полосы (USB). Если вы слушаете сигнал SSB на приемнике модуляции AM, голоса меняются и звучат очень похоже на мультяшных уток. В результате у вас должен быть специальный SSB-приемник для прослушивания этих передач. Хотя для радиолюбителей 19-го века это часто было затруднительно.50, это больше не проблема с современными трансиверами SSB, такими как SG-2000 и SG-2020.

Вещателям нужна точность
Вы можете задаться вопросом, почему для некоторых приложений используется модуляция SSB, а для вещания используется AM. Вещательные компании должны иметь отличную точность воспроизведения звука при передаче музыки; в противном случае типичный радиослушатель настроится на другую станцию. Для достижения превосходной точности при передаче музыки необходимы как боковые полосы, так и несущая. Для создания этого AM-сигнала передатчик фактически работает как три передатчика: один для создания сильной несущей для каждой из боковых полос, верхней боковой полосы и нижней боковой полосы. В результате примерно половина мощности передатчика «тратится впустую» на пустую несущую, а остальная мощность делится между двумя боковыми полосами. В результате фактический аудиовыход 600-ваттного AM-передатчика (300 Вт несущей + 150 Вт на каждую боковую полосу) будет таким же, как у 150-ваттного SSB-передатчика SG-2000.

Высокая эффективность SSB
Приведем некоторые цифры. Предположим, у вас есть типичный широковещательный передатчик мощностью 5 кВт. Вы сможете передать только 2,5 кВт звуковой мощности на этом сигнале. Это означает, что каждая из двух боковых полос будет иметь мощность всего 1,25 кВт. Но в высокоэффективной связи, использующей одну боковую полосу, сигнал одной боковой полосы удаляет несущую и одну боковую полосу и концентрирует всю свою энергию в одной боковой полосе. Таким образом, сигнал SSB мощностью 1 кВт будет «разговаривать» с обычным передатчиком AM или FM мощностью 4 кВт. Это одна из причин, по которой большие расстояния могут эффективно работать в режиме SSB. Преимущество одной боковой полосы проявляется не только при передаче. При приеме происходит обратное. Если посчитать, эффективность сигнала SSB в 16 раз выше, чем у обычного AM-сигнала.

Характеристики ВЧ сигнала
ВЧ (высокая частота) является синонимом более знакомого термина «коротковолновый». Единственное отличие состоит в том, что термин HF обычно используется для двусторонней и двухточечной связи. Короткие волны обычно используются, когда речь идет о вещательных станциях в том же диапазоне. В радиолюбительстве часто используются оба термина. Диапазон ВЧ простирается от 1700 до 30 000 кГц (от 1,7 до 30 МГц). Чтобы дать некоторое представление об этих числах:

Диапазон частот AM-вещания составляет от 540 до 1630 кГц.
Гражданский диапазон (CB) работает от 26 960 до 27 230 кГц (в диапазоне HF).
Телевизионный канал 2 работает на частоте 54 000 кГц. (в диапазоне УКВ).

Каждая из этих частот дискретизации имеет разные характеристики, и очень важно изучить эту информацию, чтобы вы могли эффективно использовать ВЧ-спектр. Говоря о ВЧ, большинство людей указывают частоты либо в кГц (килогерцах), либо в МГц (мегагерцах). Это вопрос удобства. Базовая ставка частоты — герц (Гц), названная в честь Генриха Герца, важного «отца радио». Один кГц равен 1000 Гц, а один МГц равен 1000 кГц (1 миллион Гц).

Радиоволны
Деление спектра радиоволн в герцах напрямую связано с частотой. Сигналы, такие как свет, радио и звук, — все это волны. Эти волны распространяются по воздуху подобно волнам в пруду. Каждая радиоволна имеет пик и впадину. Длина каждой радиоволны (что неудивительно) известна как длина волны. Радиоволны распространяются со скоростью света, поэтому чем длиннее каждая волна, тем меньше волн может прийти за одну секунду. Количество волн, приходящих в секунду, определяет частоту.

Хотя длина волны и частота — это разные способы сказать одно и то же, длина волны для радио указывается редко. В период с 1920-х по 1940-е годы длина волны использовалась чаще, чем частота. Вероятно, это было так, потому что в то время длина волны казалась более осязаемой мерой. Длина волны радиосигнала также важна, потому что она определяет длину антенны, которая вам понадобится для приема и особенно для передачи.

Из-за характеристик сигнала в диапазонах AM и FM в сочетании с менее эффективными внутренними антеннами радиосигналы часто рассматриваются как используемые в основном для местного приема (примерно в 100 милях). Однако при двусторонней связи в КВ-диапазоне вы слушаете не для развлечения самую мощную станцию, которую только можете найти. Вы пытаетесь связаться с определенной станцией при обстоятельствах, которые могут быть опасными для жизни.

В 1910-х и 1920-х годах большинство радиолюбителей думали, что длины волн ниже 180 метров бесполезны, что частоты выше верхнего предела сегодняшнего диапазона АМ-вещания непригодны для использования. Мало ли они знали, что обратное верно для связи на средних и больших расстояниях. Эти пионеры были введены в заблуждение, потому что они еще не понимали, как распространяются радиоволны.

Распространение волны
Когда вы слушаете местную радиостанцию ​​AM, вы принимаете сигнал наземной волны. Земная волна часто распространяется по земле примерно на сотню миль от местоположения передатчика. Низкие частоты, например, в диапазоне AM-вещания и ниже, создают большие диаграммы направленности земной волны, что обеспечивает уверенный прием практически без замираний.

Небесные волны
Вы также можете принимать небесные волны. Небесные волны движутся к небу, а не висят на земле. Вы не сможете услышать сигналы небесных волн, за исключением ионосферы. Ионосфера находится на много миль выше земли, где воздух «разреженный» — содержит мало молекул. Здесь ионосфера подвергается бомбардировке рентгеновскими лучами, ультрафиолетовыми лучами и другими формами высокочастотного излучения. Энергия солнца ионизирует этот слой, отрывая электроны от атомов.

Когда сигнал пространственной волны достигает ионосферы, он либо проходит через нее, либо слой преломляет сигнал, отклоняя его обратно к земле. Сигнал можно услышать в той области, где сигнал достигает земли, но в зависимости от ряда переменных может быть область, где сигнал от этого конкретного передатчика не слышен между земной волной и местом, где приземлилась небесная волна. Эта область является зоной пропуска. После того, как сигнал небесной волны отразится от земли, он снова вернется к небу.

Пропуск вокруг света
Опять же, сигнал преломится в ионосфере и вернется на землю. Если бы все ВЧ-сигналы преломлялись и отражались от ионосферы без потери мощности сигнала, КВ-станции по всему миру были бы слышны по всей земле с идеальными сигналами (что-то вроде того, как если бы «супермяч» отскакивал в комнате без трения). Всякий раз, когда радиосигналы преломляются ионосферой или отражаются от земли, часть энергии превращается в тепло, вызывая поглощение сигнала. В результате сигнал при первом пропуске сильнее, чем при втором пропуске, и так далее. После нескольких пропусков типичные ВЧ-сигналы исчезнут.

Скачок и земные волны могут быть очень близко друг к другу. Нет ничего необычного в том, что одна станция принимает гулкий сигнал, в то время как соседняя станция не может слышать след передающей станции, даже если использует лучший приемник с лучшей антенной. Первая станция принимала либо наземную волну, либо первый скип, а другая станция располагалась где-то между этими двумя

Углы излучения
Если бы пользователям ВЧ приходилось иметь дело только с пропусками, теории и использование ВЧ-спектра были бы простыми. Но в игру вступают и некоторые другие факторы. Критический угол излучения — это самый крутой угол, при котором радиосигнал может преломляться ионосферой. Критический угол зависит от таких факторов, как используемая частота, время года, время суток. Иногда сигнал, исходящий прямо от антенны, преломляется ионосферой. В этом случае критический угол будет равен 0 градусов. В другом случае сигнал может пройти сквозь ионосферу и уйти в космос. По этому сигналу вы не сможете определить критический угол; вы бы только знали, что сигнал пространственной волны был выше критического угла.

Естественные циклы влияют на распространение
Помимо критического угла, используемая частота также может влиять на то, будет ли сигнал проходить через ионосферу или преломляться ею. Когда сигнал проникает через ионосферу без преломления, говорят, что сигнал работает выше Максимально используемой частоты (MUF). МПЧ не является заданной частотой; он сильно различается в зависимости от времени суток и части мира, с которой вы пытаетесь связаться. Почти противоположностью MUF является самая низкая используемая частота (LUF). Однако LUF не имеет ничего общего с тем, будет ли сигнал преломляться ионосферой; вместо этого это самая низкая частота, которую вы можете использовать для достижения определенного региона (используя базовую стандартную мощность).

В светлое время суток МПЧ самая высокая; в ночные часы она ниже. Есть и некоторая сезонность. Зимой, когда темнота длится дольше, МПЧ обычно ниже, чем летом, когда МПЧ выше. Точно так же в темное время суток, когда ионосфера менее ионизирована, LUF ниже, а в светлое время суток значительно выше. MUF и LUF определяют границы, между которыми вы должны использовать трансивер для установления контактов.

Циклы, влияющие на размножение
На размножение влияют циклические условия окружающей среды. Самым коротким из этих состояний является цикл день/ночь. В целом условия передачи и приема лучше всего в ночное время. В дневное время и MUF, и LUF повышаются — для того, чтобы говорить на большие расстояния, необходимо использовать менее надежные (из-за очень долгого пропуска) более высокие частоты. Сезон года также влияет на размножение. Циклы зима/лето чем-то похожи на циклы день/ночь, за исключением того, что они оказывают меньшее влияние. Как правило, МПЧ и НПЧ будут выше летом и ниже зимой. Кроме того, шум от грозы и других природных явлений летом намного выше. Фактически, за исключением местных передач, связь в диапазоне 1700-3000 кГц в летнее время имеет ограниченное регулярное использование.

Самый длинный экологический цикл, влияющий на распространение, — это цикл солнечных пятен. До эпохи радио было замечено, что количество солнечных бурь (солнечных пятен) меняется из года в год. Кроме того, количество солнечных пятен в год не было полностью случайным. Количество солнечных бурь в течение месяца с хорошим распространением превышает 150, а количество в месяц со слабым распространением часто меньше 30. Цикл солнечных пятен достигает своего пика примерно каждые 11 лет, циклы, которые оказывают большое влияние на распространение радиоволн.

Между этими пиками несколько лет с очень низкой активностью солнечных пятен. В годы с высокой активностью солнечных пятен МПЧ резко возрастает, и становится возможной дальняя связь в большей части КВ-диапазона. Во время пика последнего цикла солнечных пятен в 1989 г. МПЧ часто превышала 30 МГц! Когда цикл находится в нижней точке, МПЧ уменьшается, и гораздо меньшая часть ВЧ-диапазона может использоваться для связи на большие расстояния. Как правило, частоты выше 10 000 кГц резко улучшаются в пиковые годы цикла солнечных пятен, а частоты ниже 10 000 кГц затрагиваются гораздо меньше.

ВЧ-помехи
Хотя большие расстояния, на которых могут приниматься ВЧ-радиосигналы, впечатляют, по сравнению с другими радиодиапазонами, некоторые типы помех, связанных с расстоянием, могут испортить прием или сделать прослушивание неприятным. Наиболее распространенный тип помех подпадает под широкую рубрику шумов. Шум состоит из естественного и искусственного шума. Естественный шум создается всем, от гроз до планет (отсюда и радиотелескопов).

Грозовые бури — самые страшные, потому что они вызывают очень громкие аварии; из-за больших расстояний, на которые распространяется коротковолновый сигнал, шум, создаваемый грозами, также может распространяться на сотни миль (или дальше). Даже в ясную погоду (вы никогда не должны использовать ВЧ-оборудование во время местной грозы), отдаленная гроза может испортить вам прием слабой станции, которую в противном случае можно было бы услышать в вашем месте.

Техногенные помехи
Искусственные помехи могут исходить из самых разных источников. По крайней мере, большая часть антропогенных помех ограничена по своему диапазону; большинство из них ограничено зданием, в котором расположено радиооборудование, или прилегающей территорией в несколько кварталов. Одной из наихудших причин техногенных помех являются люминесцентные лампы, которые создают гудение средней силы в диапазоне ВЧ, хотя на низких частотах оно часто сильнее всего. Фактически, флуоресцентные лампы рядом с антенной могут заглушить обычно принимаемый сигнал. Если ваше радио находится рядом с компьютерами, оно, вероятно, будет принимать легкие гудки на разных диапазонах и гораздо более сильные «бипы».

Помехи по соседнему каналу — это особый тип искусственных помех, когда станция с соседней частоты «захлестывает» или «разбрызгивает» другую. Несколько похожим типом помех являются внутриканальные помехи, когда создающая помехи станция находится на той же частоте. Хорошим примером помех в совмещенном канале является область «кладбища» от 1400 до 1500 кГц диапазона АМ-вещания в вечерние часы, где десятки сигналов «борются» за то, чтобы быть услышанными.

Помехи распространения
Другие типы ВЧ помех вызывают искажение сигнала из-за эффектов распространения. Одним из наиболее интересных эффектов является полярное эхо, которое возникает, когда один компонент радиосигнала проходит путь с востока на запад, а другой достигает одного из полюсов Земли. Практически каждое утро можно настроиться на один из передатчиков BBC и услышать эффект полярного эха. Поскольку сигналы идут разными путями, они приходят в разное время, создавая эхо в звуковом сигнале. Во время самых легких эффектов голоса звучат немного «гулко»; в худшем случае задержка настолько велика, что программирование становится трудным для понимания. Связанное с этим явление — полярное трепетание, когда сигнал проходит над одним из полюсов и быстро нарастает и ослабевает по силе, создавая «трепещущий» звук.

Замирание является наиболее распространенной и опасной формой помех распространения. Двумя наиболее распространенными типами замираний являются выборочное замирание и многолучевое замирание. При избирательном замирании ионосфера быстро меняет ориентацию, и прием изменяется (что-то вроде ряби, проходящей через сигнал). Сигналы FM и AM особенно склонны к выборочному замиранию, SSB немного подвержен влиянию, а режим CW практически свободен от избирательного замирания. Другой тип, многолучевое замирание, возникает, когда сигналы идут разными путями, чтобы достичь одного и того же места. Многолучевое замирание является разновидностью полярного эха; вместо сигналов, создающих эффект эха, фаза сигналов изменяется по мере их преломления атмосферой. В результате принимаемый сигнал постепенно появляется и исчезает.

Солнечные пятна
Последний крупный эффект распространения фактически не вызывает помех сигналу; он его поглощает. Хотя солнечные пятна полезны для распространения в целом, солнечные вспышки разрушают связь. Во время солнечной бури связь в широком диапазоне частот может внезапно прерваться. Многие слушатели думали, что их приемники либо не работали, либо внешняя антенна вышла из строя, потому что сигналов практически не было слышно. Вместо этого они включили свои радиостанции во время крупной солнечной вспышки. С другой стороны, другие слушатели думали, что слушают во время солнечной вспышки, но на самом деле их антенны не были подключены, или они настроили свои радиоприемники выше MUF или ниже LUF.

Пути прохождения сигнала
Сигналы идут по разным маршрутам от передатчика к приемнику. Проблемы, которые могут возникнуть в результате прохождения сигнала, включают полярное колебание и эхо, а также многолучевое замирание. Путь сигнала также важен при попытке связаться или получить сигналы из определенной области. Когда вы получаете сигнал, вы обычно можете предположить, что он достиг вас по кратчайшему пути (т. е. вы можете соединить точки между точками передачи и приема линией на земном шаре). Это известно как прием по короткому пути. Исключения из этого правила возникают, когда два или более разных пути проходят почти на одинаковом расстоянии (например, пример полярного флаттера BBC, где путь с севера на юг ненамного длиннее, чем путь с востока на запад).

Длинный путь
Другим основным путем прохождения сигнала является длинный путь. Радиосигнал длинного пути распространяется в направлении, противоположном сигналу короткого пути. Например, сигнал длинного пути от передатчика Би-би-си (упомянутого ранее) будет идти на восток: через Европу, Азию, Тихий океан, большую часть Северной Америки и, наконец, прибудет в Пенсильванию. Сигналы, полученные по длинному пути, часто бывают очень слабыми, особенно если длинный путь был очень длинным и частота низкая.

С другой стороны, если станция находится на другом конце земного шара и разница между длинным и коротким путем незначительна, вы можете принимать один из них или оба. Этот случай произошел недавно со слушателем на восточном побережье США, который слушал небольшую частную радиостанцию ​​из Новой Зеландии, находящейся в 12 часовых поясах от нас. В то же время, когда он слушал ее, ее также слышали по всей Северной Америке и в Германии. Поскольку на Западе и Среднем Западе сигналы в целом были немного лучше, мы можем предположить, что он слышал маршрут из Тихого океана в западную часть Северной Америки, а не тот, который проходил через Азию и Европу.