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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 SSB는 무엇입니까? 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
아마추어무선코드에 채택된 SSB(Single-Sideband Modulation)의 약칭은 한 쪽파대를 의미하는 영어 Single Side Band에서 유래하였다. 단측파대 변조를 고려하기 전에 일반적으로 변조가 무엇인지 생각해 보겠습니다. 동시에 구현 방법에 대해서는 당분간 다루지 않을 것입니다. 변조는 다른 신호의 영향을 받아 주어진 신호의 하나 이상의 매개변수를 변경하는 프로세스입니다. 변조된 신호는 일반적으로 다음 식으로 설명되는 가장 간단한 진동을 나타냅니다. 여기서 U는 진폭입니다. wo=2pfo - 각주파수; fo - 초기 단계; t-시간. 이러한 신호의 매개변수는 진폭 U, 주파수 wо(또는 fo) 및 위상 fo입니다. 이러한 매개변수 중 하나에 영향을 미치는 저주파 신호 X(t)를 변조 신호라고 합니다. 이러한 신호의 영향을 받는 매개변수에 따라 진폭, 주파수 및 위상의 세 가지 변조 유형이 있습니다. 변조된 진동을 분석하기 위해 신호에 대한 세 가지 다른 아이디어인 시간, 스펙트럼(주파수) 및 벡터를 사용합니다. 이러한 표현에 따라 코사인(또는 정현파) 진동. 무화과. 1, 가로축은 시간 t, 세로축은 진폭 U의 순시값이다. 도 1b에서, 가로축은 주파수 f=w/2p를 나타내고, 세로축은 진폭을 나타낸다. 이 그래프에서 정현파 진동은 y축에 평행한 직선 세그먼트로 표시됩니다. 세그먼트의 길이는 진동 진폭 U에 해당하고 가로 좌표의 위치는 주파수 fo에 해당합니다. 그림 1에서 정현파 진동은 각속도로 반시계 방향으로 회전하는 벡터로 표시됩니다. wo=2pfo=2p/To, 여기서 To는 진동 주기입니다. 벡터의 길이는 진폭 U에 해당하고 각도 fo는 시간 계산이 시작된 초기 단계에 해당합니다. 변조 신호에 대한 세 가지 아이디어는 모두 완전히 동일하다는 점에 유의해야 합니다. 가장 적절할 때 이들 각각 또는 여러 보기를 병렬로 사용할 것입니다. 진폭 변조를 고려하십시오. 이 경우, 고주파 발진의 진폭 U는 전송된 저주파 신호 Um=U+dUx(t)에 따라 시간에 따라 변하며, 여기서 dU는 변조 신호의 영향 강도를 특성화하는 상수 값입니다. 진폭. 진폭 Um의 값을 첫 번째 식에 대입하면 다음을 얻습니다.
변조 깊이를 특징짓는 비율 dU/U=m을 변조 계수라고 합니다. 법에 따라 변조 신호가 변경되는 경우 X(t)=cosWt, 여기서 W=2pF, F는 변조 신호의 주파수이고 초기 위상 fo를 XNUMX으로 간주하면 다음과 같이 쓸 수 있습니다. u=U(1+m cosWt)코스워트. 괄호를 확장하고 변환을 수행하면
마지막 방정식은 XNUMX개의 코사인 파형, 즉 주파수 fo의 원래 파형(위상 fo 제외) 또는 fo+F의 소위 반송파 파형, 상위 측파대 주파수 및 fo-F의 파형, 하위 측파대의 합입니다. 빈도. 측면 진동의 진폭은 서로 동일하며 반송파의 진폭과 변조 계수에 비례합니다. 무화과에. 도 2a는 변조 및 변조된 신호의 시간, 스펙트럼 및 벡터 다이어그램을 보여주며, 이는 그림에서 볼 수 있습니다. 그림 2b에서 변조된 발진의 포락선은 원래 신호를 완전히 반복합니다.
그림 2.e의 벡터 다이어그램은 약간 다른 방식으로 표시하는 것이 더 편리합니다. 관찰자가 캐리어 벡터의 속도로 도면의 평면에서 회전하면 이 벡터는 그에게 움직이지 않는 것처럼 보이고 위쪽 및 아래쪽 주파수에 해당하는 벡터는 각속도 W로 반대 방향으로 회전합니다. 결과 벡터의 진폭은 저주파의 법칙에 따라 시간에 따라 변하고 위상은 반송파 발진의 위상과 일치합니다(그림 3).
주파수 및 위상 변조를 통해 벡터 U의 길이는 일정하게 유지됩니다. 비행기에서의 위치는 시간에 따라 바뀝니다. 벡터는 원래 위치를 기준으로 진동하는 것처럼 보입니다. 편차각 df를 위상 편차라고 합니다. 공칭 값 fo에서 주파수 편차 df를 주파수 편차라고 합니다. 주파수와 위상 변조의 차이점은 위상 변조는 저주파 신호 변화의 법칙에 따라 위상각의 순간적인 변화가 발생하고, 주파수 변조는 이 법칙에 따라 순간적인 주파수가 변화한다는 것입니다. 저주파 신호의 변화 법칙을 알아야만 주어진 신호가 주파수 변조인지 위상 변조인지 판단할 수 있습니다. 두 유형의 변조 사이에는 잘 정의된 수학적 관계가 있습니다. 두 경우 모두 변조된 신호에 해당하는 벡터는 원점을 중심으로 균일하게 회전하지 않고 일부 가변 각속도로 회전합니다. 우리는 하나의 저주파 신호(하나의 톤)로 변조하는 것을 고려했습니다. 흥미로운 점은 변조 신호가 단순한 고조파가 아니라 예를 들어 2개 이상의 주파수를 포함하는 더 복잡한 경우입니다. 이 경우 사이드 주파수가 아니라 변조 사이드 밴드에 대해 이야기합니다. 넓은 주파수 스펙트럼을 가진 복잡한 발진을 나타내는 음성 신호로 변조되면 하위 및 상위 측파대가 형성됩니다. 가장 낮은 변조 주파수가 Fmin이고 가장 높은 Fmax인 경우 진폭 변조 신호(AM)가 차지하는 전체 스펙트럼은 4Fmax와 같습니다(그림 XNUMX).
AM 발진 신호에 대한 연구는 유용한 정보가 두 개의 변조 측파대 중 하나에 있으며 반송파에는 유용한 정보가 없음을 보여줍니다. 송신기에서 전력의 상당 부분이 반송파에 소비되므로 AM 변조가 비효율적입니다. 당연히 필요한 정보를 전송하기 위해 측파대 중 하나만 전송하도록 제한할 수 있습니다. 반송파는 로컬 저전력 로컬 오실레이터를 사용하여 수신기에서 복구할 수 있습니다. 이 경우 송신기에 전원을 공급하는 데 소비되는 에너지가 절약될 뿐만 아니라 신호가 차지하는 주파수 대역도 좁아집니다. 반송파가 없는 XNUMX개의 측파대(DSB)와 반송파가 있는 XNUMX개의 측파대의 전송에도 어느 정도 관심이 있습니다. 따라서 SWM(Single-Sideband Modulation)을 고려할 때 이러한 유형의 변조도 다룰 것입니다. 무화과. 도 5는 재송된 신호, AM, DSB, 반송파가 있는 SSB 및 반송파가 없는 SSB의 원래 스펙트럼의 주파수 다이어그램이다. 그림과 같이 스펙트럼의 주파수 성분의 상대적인 위치를 유지하면서 단측파대 신호를 형성할 수 있습니다. 5f 및 5d 또는 스펙트럼 뒤집기(반전)(그림 5e 및 5g). 첫 번째 경우, 단측파대 신호 스펙트럼은 상위 측파대 또는 정상 스펙트럼이라고 하고, 두 번째 경우는 하위 측파대 또는 반전 스펙트럼이라고 합니다.
그림 6은 AM, DSB, 반송파가 있는 SSB 및 반송파가 없는 SSB의 벡터 다이어그램을 보여줍니다. 캐리어 벡터가 억제됩니다. AM(그림 1a)의 경우 반송파 벡터와 두 개의 상위 및 두 개의 하위 측면 주파수에 해당하는 두 쌍의 벡터가 있습니다. 결과 벡터는 반송파 벡터와 동상입니다.
DSB(그림 6b)에는 반송파 벡터가 없습니다. 따라서 결과 벡터는 억제된 캐리어의 벡터와 일치하거나 반대 방향으로 향합니다. 즉, 위상이 180° 이동됩니다. 그림은 결과 벡터가 반대 방향으로 향하는 경우를 보여줍니다. 무화과에. 도 6c는 반송파가 있는 단측파대 신호의 다이어그램을 보여준다. 상부 측파대의 두 구성 요소는 각속도 W1 및 W2로 동일한 방향으로 회전하는 두 벡터로 표시됩니다. 캐리어 벡터에 각속도(W1+W2)/2를 더한 총 벡터는 결과 벡터 v를 형성합니다. 그래프에서 볼 수 있듯이 이 벡터는 원래 위치를 기준으로 "스윙"하고 길이를 변경합니다. 따라서 반송파를 이용한 단측파대 변조의 경우 진폭-주파수 변조가 결합되어 있다. 그림 6d는 단측파대 1톤 신호의 벡터 다이어그램을 보여줍니다. 이 경우 결과 벡터는 (W2+W2)/XNUMX에서 시계 반대 방향으로 회전하는 벡터입니다. 벡터 중 하나가 항상 다른 벡터를 "따라잡기" 때문에 결과 벡터의 진폭이 변경됩니다. 이것으로부터 우리는 단측파대 변조가 결합된 진폭-주파수 변조라는 결론을 내릴 수도 있습니다. 연구에 따르면 단측 대역 변조의 경우 변조 신호의 순간 진폭을 변경하는 법칙에 따라 진폭이 변경되고 순간 주파수를 변경하는 법칙에 따라 주파수가 변경됩니다. 위에서 설명한 신호의 시간적 특성은 오실로스코프를 사용하여 SSB 여자기를 설정할 때 만나야 하기 때문에 매우 중요한 실제 역할을 합니다. 따라서 먼저 하나의 톤으로 변조하는 동안(그림 7), 두 개의 톤으로 변조하는 동안(그림 8) 시간적 특성을 자세히 고려할 것입니다.
원래 정현파 저주파 신호는 그림 7a에 나와 있습니다. AM 신호 다이어그램(그림 7b)은 그림 3의 벡터 다이어그램을 사용하여 쉽게 구축할 수 있습니다. AM 신호 포락선의 위상은 전체 변조 기간 동안 원래 신호의 위상과 일치합니다. 그림 7c는 그림 2에 따라 구성되었지만 반송파 벡터가 1인 양방향 신호 다이어그램을 보여줍니다. 한 회전에서 반대 방향으로 두 번 회전하는 벡터(기간 T=180/F 동안)는 산술적으로 추가되고 서로를 두 번 보상합니다. 따라서 결과 벡터의 계수는 정현파로 변경되고 변조 신호 기간의 절반 동안의 위상은 억제된 반송파의 위상과 일치하고 나머지 절반 동안은 반전됩니다. 진폭이 양의 값이므로 반송파가 없는 양방향 신호의 엔벨로프는 정현파이며 음의 절반은 시간 축을 중심으로 XNUMX° 회전합니다. 오실로그램의 고주파 충전은 변조 전압이 XNUMX을 통과할 때 위상이 반전되는 주파수 fo의 발진입니다. AM 파형의 동일한 벡터 다이어그램을 사용하지만 측파대에 해당하는 벡터 중 하나를 버리면 반송파가 있는 단일 측파대 신호의 파형을 쉽게 구축할 수 있습니다. 이 경우 엔벨로프도 원래 신호와 일치하지 않으며 엔벨로프의 왜곡이 클수록 변조가 깊어집니다. 그림의 점선은 XNUMX% 변조의 포락선을 나타냅니다. 저주파 기간 동안 듀티 사이클이 변경됩니다. 그림 7e는 반송파가 없는 단측파대 신호의 다이어그램을 보여줍니다. 다이어그램은 주파수가 wo+F 또는 wo-F인 일정한 진폭을 갖는 일반적인 정현파 신호(둘러싸는 직선)입니다. 변조가 깊을수록 신호의 진폭이 커집니다. 두 주파수 신호의 타이밍 다이어그램을 고려하십시오. 구성을 단순화하기 위해 동일한 진폭과 다중 주파수 F1 및 F2=3F1을 갖는 두 개의 신호를 취합니다. 그림 8a에서 실선은 표시된 주파수의 진동을 포함하는 변조 신호를 나타냅니다. 그림 8b는 진폭 변조 신호의 다이어그램을 보여줍니다. 엔벨로프는 변조 신호에 해당합니다.
반송파가 없는 양측파대 신호의 다이어그램(그림 8c)은 단일 주파수 신호의 경우와 같은 방식으로 추론하여 구성할 수 있습니다. 변조 전압이 양수인 시간 동안 엔벨로프의 위상은 변조 전압의 위상에 해당하고 고주파 채우기의 위상은 억제된 캐리어의 위상과 일치합니다. 음의 변조 전압을 사용하면 포락선과 고주파 채우기의 위상이 반전됩니다. 두 경우 모두 충전 주파수는 반송파 주파수 f0와 같습니다. 6톤 단측파대 신호의 타이밍 다이어그램은 그림 1의 해당 다이어그램을 참조하여 구성하고 분석할 수 있습니다. 우리의 경우 속도 W2=1pF2 및 W2=3p(1F3)=1WXNUMX에서 회전하는 벡터는 동일한 진폭을 가지므로 결과 벡터는 속도에서 균일하게 회전합니다. W2=(W1+3W1)/2=2W 초기 순간에 두 벡터가 일치하면 결과 벡터의 길이가 최대가 됩니다. 따라서 엔벨로프의 진폭은 각 고주파 구성 요소의 진폭 크기의 두 배가 됩니다. 각속도가 W1인 벡터의 2회전 동안 각속도 W3=W1인 벡터는 첫 번째 벡터를 두 번 "따라잡고" 반대 방향으로 두 번 향하게 됩니다. 이에 따라 기간 T1=XNUMX/F에 대한 결과 벡터의 길이는 고주파 진동의 이중 진폭과 XNUMX배, XNUMX과 XNUMX배가 됩니다. 이 경우의 타이밍 다이어그램은 그림 8d에 나와 있습니다. 고주파 충전 빈도는 fo+F3=fo+2F1과 같습니다. 도 8에 도시된 진동 스펙트럼에서 "채우기" 주파수, 즉 반송파 주파수를 갖는 진동은 없다는 점에 유의해야 한다. 또한 스펙트럼에는 주파수 성분 fo + 8F의 시간 다이어그램이 그림 2d에 표시된 복잡한 진동이 없습니다. 위에서 설명한 신호의 진폭 감지를 통해 감지기의 출력은 고주파 진동의 엔벨로프에 해당하는 전압을 갖게 됩니다. AM의 경우 포락선은 원래 신호를 반복하므로 검출기의 출력은 변조된 원래 저주파 신호가 됩니다. 단일 측파대 반송파 신호를 감지하면 포락선에 해당하는 전압 감지기 출력도 발생합니다. 그러나 엔벨로프 자체가 변조 신호를 정확하게 재생하지 못하기 때문에 검출 제품도 왜곡된 신호가 되며 변조가 깊을수록 왜곡이 커집니다. 기존의 DSB 또는 SSB 감지는 왜곡만 생성한다는 것이 분명합니다. 예를 들어 단일 F 톤으로 변조된 경우 DSB 감지는 2F1 신호와 해당 고조파를 생성하는 반면 SSB 감지는 DC 구성 요소만 생성합니다. 위에서 언급한 것처럼 DSB 및 SSB 감지는 반송파를 복원하는 로컬 발진기를 사용하여 수행됩니다. DSB의 경우 반송파 주파수 복구는 위상의 정확도로 수행되어야 한다는 점이 흥미롭습니다(물론 수신기가 양쪽을 통과하지 않는 한). 그렇지 않으면 원치 않는 현상이 나타납니다. 검출 과정은 복원된 반송파가 억제된 반송파와 어떤 각도 f만큼 위상이 다른 벡터 다이어그램(그림 9)으로 설명됩니다. 동시에 전체 벡터의 길이 변화도 작아지므로 검출 효과가 떨어집니다. 위상이 각도 f=90°로 이동하면 진폭 감지는 출력에서 저주파 전압을 제공하지 않습니다.
수신기에서 복원된 반송파로 SSB를 감지하는 것은 기본적으로 억제되지 않은 반송파로 단측파대 신호를 감지하는 것과 같습니다. 그러나 이 경우 출력 신호(포락선)의 모양은 위에서 살펴본 바와 같이 국부 발진기 신호의 진폭과 감지된 신호의 진폭 사이의 비율에 영향을 받습니다. 분명히 국부 발진기 전압의 진폭이 감지된 신호의 진폭보다 몇 배 더 크면 왜곡이 미미할 것입니다. 이는 억제되지 않은 반송파가 있는 단일 측파대 신호의 타이밍 다이어그램을 고려하여 볼 수 있습니다(그림 7d). 저자: L. Labutin(UA3CR); 간행물: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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