tìm hiểu kỹ thuật điều chế am

tìm hiểu kỹ thuật điều chế am

MỤC LỤC





MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 4

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 7

1.1 Sóng vô tuyến trong thông tin viễn thông 7

1.2 Điều chế biên độ 12

1.2.1Điều chế biên độ truyền sóng mang (Double Side Ban Transmitted Carrier) 17

1.2.2 Điều chế DSB-SC (Double SideBand- Supperssed carrier) 20

1.3 Điều chế đơn biên (SSB: single sideband) 24

1.3.1Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với DSB 25

1.3.2 Các phương pháp điều chế đơn biên 26

1.4 Điều chế biên độ dải biên dớt (Vestigial SideBand – VSB) 29

1.5 Các mạch điều chế cụ thể 30

1.5.1 Mạch điều chế AM dùng diode 30

1.5.2Mạch điều chế vòng 30

1.5.3Mạch điều biên dùng transistor 32

CHƯƠNG 2: GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 33

2.1 Khái niệm tách sóng điều biên 33

2.2 Tách sóng DSB-AM 33

2.2.1 Hoàn điệu cổng 33

2.2.2 Hoàn điệu bình phương 34

2.2.3 Tách sóng không kết hợp (Incoherent detection) 35

2.2.4 Tách sóng kết hợp (coherent) 37

2.3Tách sóng SSB-AM 37

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH, PHÁT THANH 39

3.1 ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH 39

3.1.1 Chức năng và nhiệm vụ của máy phát hình 42

3.1.2 Sơ đồ khối cơ bản của máy phát hình 42

3.1.3 Đặc điểm của loại máy phát điều chế ở mức công suất lớn 46

3.1.4 Khối chủ sóng hình 47

3.1.5 Mạch trộn tần tạo cao tần hình 49

3.1.6 Mạch bội tần 51

3.1.7 Mạch khuếch đại và sửa âm tần 53

3.1.8 Bộ tiền điều chế 53

3.1.9 Tính toán mạch điều chế AM 54

3.1.10 Chức năng và đặc tính các tầng khuếch đại cao tần 56

3.1.11 Bộ trung hợp và mạch lọc hài 57

3.1.12 Dây dẫn cao tần và Anten 58

3.2 Ứng dụng điều chế AM trong máy phát thanh 59

3.2.1 Khảo sát máy phát AM mức thấp 59

3.2.2 Máy phát AM mức cao 61

3.2.3 Một số mạch điện cơ bản trong máy phát thanh AM 62

Chương 4: MÔ PHỎNG ĐIỀU CHẾ AM DÙNG MATLAB 69

4.1 Giới thiệu chương trình MATLAB: 69

4.2 Giới thiệu về chương trình mô phỏng 70

4.2.1 Mô phỏng điều biên với tín hiệu sóng sin 70

4.2.2 Mô phỏng điều chế với tín hiệu file wav 75

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

Phụ lục 79

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT





AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ

DSB Double SideBand Điều chế biên độ triệt sóng mang

Fc Frequency carrier Tần số sóng mang

FM Frequency Modulation Điều chế tần số

SNR Signal-to-noise ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

USSB Upper Single SideBand Điều chế đơn biên trên

VCO

W

Voltage Controlled Oscillator Bộ dao động điều khiển bằng điện áp

Băng thông tín hiệu gốc

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU





Hình 1.1: Một tín hiện nhiễu trắng 10

Hình1.2: Nhiễu xuyên âm 11

Hình 1.3: Nhiễu xuyên kênh 11

Hình 1.4 Sơ đồ khối điều chế biên độ 12

Hình 1.5 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m=1 14

Hình 1.6 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m<1 15

Hình 1.7 Hình dạng phổ của tín hiệu điều biên 15

Hình 1.8 mô phỏng phổ của tín hiệu sau điều chế 16

Hình 1.9: đặc tuyến điều chế tĩnh A-giá trị cực đại B-tải tin chưa điều chế 16

Hình 1.10 Sơ đồ điều chế DSB-TC 17

Hình 1.11 Biến đổi furier của 2 sóng AM 18

Hình 1.12 Sự tách sóng điều biên hai kênh hai kênh 19

Hình 1.13 Biến đổi F của TC-AM 19

Hình 1.14 Mô phỏng tín hiệu điều chế DSB-SC 21

Hình 1.15: Phân tích phổ tín hiệu điều chế DSB-SC 21

Hình 1.16 Tích của s(t) với hàm cổng tuần hoàn 22

Hình 1.17 Mạch tạo xung cổng dùng diode 23

Hình 1.18 Biểu diễn furier của tín hiệu biến điệu bình phương 23

Hình 1.19 Điều biên cân bằng 24

Hình 1.20 Biểu diễn phổ của 2 băng cạnh USSB và LSSB 25

Hình 1.21: Sơ đồ khối và dải phổ của tín hiệu của phương pháp lọc 27

Hình 1.22: Phổ tín hiệu theo phương pháp tổng hợp 28

Hình 1.23 Phổ điều chế điều biên rớt 29

Hình 1.24 Sơ đồ mạch điều chế AM dùng diode 30

Hình 1.25: Mạch điều biên vòng dùng diode 31

Hình1.26: Điều biên colector 32

Hình 2.1 Sơ đồ hoàn điệu cổng 33

Hình 2.2 Sơ đồ tách sóng không kết hợp 36

Hình 2.3 Biểu diễn sự phóng nạp của tụ khi giải điều chế 36

Hình 2.4 Sơ đồ tách sóng kết hợp 37

Hình 2.5 Sơ đồ khối hoàn điệu SSB-AM 38

Hình 3.1 Phổ của tín hiệu NTSC 40

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của các hệ 41

Hình 3.3 Sơ đồ khối máy phát hình điều biến ở mức công suất lớn 44

Hình 3.4Mạch tạo dao động tần hình 48

Hình 3.5 Mạch điện trộn tần 50

Hình 3.6 Mạch điện trộn tần số trung tần tiếng 51

Hình 3.7 Mạch điện bội tần 52

Hình 3.8 Mạch ghim dùng transistor 53

Hình 3.9 Mạch điện điều biên AM cân bằng dùng transistor và diode 55

Hình 3.10 Mạch điện tương đương của bộ lọc hài 58

Hình 3.11 sơ đồ khối máy phát thanh AM mức thấp 60

Hình 3.12 sơ đồ máy phát AM mức cao 61

Hình 3.13 Mạch điều biên cực E dùng một transistor 62

Hình 3.14 mạch điều chế AM công suất trung bình 64

Hình 3.15 Mạch điều chế AM DSB-TC 66

Hình 3.16 Mạch dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp 68

Hình 4.1 Giao Menu của chương trình mô phỏng 70

Hình 4.2 Mô phỏng tín hiệu nhiễu gauss 71

Hình 4.3 Mô phỏng điều chế DSB-TC với tín hiệu tin tức là sóng sin 73

Hình 4.4 Mô phỏng điều chế DSB-SC tín hiệu sóng sin 74

Hình 4.5 Mô phỏng điều chế đơn biên USSB 74

Hình 4.6 mô phỏng điều chế và giải điều chế file wav 76

LỜI MỞ ĐẦU





Ngày nay với sự phát triển công nghệ thông tin thì tín hiệu số ngày càng được

sử dụng rộng rãi, và trong kỹ thuật thông tin vô tuyến

Âm thanh mà tai người cảm nhận được là những dao động cơ học có tần số từ 16Hz đến 20000Hz Trong kỹ thuật truyền thanh để gửi âm thanh từ đầu phát đến đầu thu người ta phải biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện âm tần nhờ micro Tín hiệu này có tần số rất nhỏ không thể bức xạ ra môi trường không gian Do vậy để truyền các tín hiệu âm tần từ đầu phát đến đầu thu với một cự li xa trong không gian người ta phải gửi tín hiệu này vào một sóng mang cao tần Phương thức gửi tín hiệu âm tần vào sóng mang cao tần gọi là phương pháp điều chế.Trong thực tế tồn tại nhiều phương pháp điều chế tín hiệu, như điều chế ASK, FSK, PSk, QAM, FM, AM mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng

Việc điều chế và tách sóng là khâu rất quan trọng trong quá trình truyền thông tin đối với cả thông tin số cũng như thông tin tương tự chính vì vậy trong nội dung đồ án em chọn đề tài “Tìm hiểu kỹ thuật điều chế AM” nhằm tìm hiểu thêm

về những vấn đề trong điều chế và giải điều chế tương tự đồng thời làm quen và ứng dụng phần mềm matlab để mô phỏng tín hiệu

Nội dung đồ án gồm 5 phần:

Chương 1: Điều chế biên độ

Chương 2: Giải điều chế biên độ

Chương 3: Ứng dụng điều biên trong máy phát thanh phát hình

Chương 4: Mô phỏng điều chế AM bằng Matlab

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.Rất mong sự chỉ bảo, góp ý, phê bình của quý thầy cô và các bạn

CHƯƠNG 1: ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 1.1 Sóng vô tuyến trong thông tin viễn thông

- Tín hiệu tin tức

Trong truyền thông, tin tức và dữ liệu là tất cả những gì cần trao đổi chúng có thể là tiếng nói hình ảnh, tập hợp các con số các ký hiệu,các đại lượng đo lường được đưa vào máy phát để phát đi hay nhận được ở máy thu

Tín hiệu chính là tin tức đã được xử lý để có thể truyền đi trên hệ thống thông tin

Ví dụ : Tín hiệu âm tần có giải tần từ 20Hz đến 20KHz và không có khả năng bức

xạ thành sóng điện từ để truyền trong không gian với khoảng cách xa

-Tín hiệu sóng mang

Là tín hiệu cao tần có tần số trên 30 KHz tín hiệu cao tần có tính chất bức xạ thành sóng điện từ Thí dụ trên một dây dẫn có tín hiệu cao tần chạy qua, thì dây dẫn có một sóng gây can nhiễu ra xung quanh, đó chính là sóng điện từ do dòng điện cao tần số bức xạ ra không gian

-Băng thông kênh truyền (Bandwidth)

Bởi vì một tín hiệu bất kỳ có thể được xem như là một sự kết hợp của một chuỗi các sóng hình sin, nên ta có thể xem rằng, sự truyền tải một tín hiệu bất kỳ tương đương với việc truyền tải các sóng hình sin thành phần Vì tần số của chúng là khác nhau, chúng có thể đến nơi với độ suy giảm là khác nhau, một trong số chúng có thể không còn nhận ra được Nếu ta định nghĩa một ngưỡng còn “nghe” được f1, thì tất

cả các tín hiệu hình sin có tần số nhỏ hơn f1 được xem như bị mất Tương tự các tín hiệu có tần số lớn hơn f2 cũng được xem là bị mất Những tín hiện có thể nhận ra được ở bên nghe là các tín hiệu có tần số nằm giữa f1 và f2 Khoảng tần số này được gọi là độ rộng băng thông

Nói một các khác, với một tín hiệu phức tạp bất kỳ, tín hiệu này sẽ truyền tải được nếu như tần số của các sóng hình sin thành phần của nó có tần số nằm trong khoảng băng thông của kênh truyền Chúng ta cũng nhận thấy rằng, băng thông càng lớn thì càng có nhiều tín hiệu được truyền đến nơi Chính vì thế chúng ta thường quan tâm đến các kênh truyền có băng thông rộng.Ví dụ: độ rộng băng thông của kênh truyền điện thoại là 3100Hz vì các tín hiệu âm thanh có thể nghe được nằm ở khoảng tần

số từ 300 Hz đến 3400 Hz

Tên gọi băng

tần

Viết tắt

Băng tần ITU

Tần số và bước sóng trong không khí

Thông tin dưới nước

10 km – 1 km

Dẫn đường, tín hiệu thời gian, quảng bá (sóng dài) AM (Châu

Âu và một phần Châu Á), RFID,

vô tuyến nghiệp dư Tần số trung

vô tuyến, điện thoại di động, WLAN, Bluetooth, ZigBee, GPS

và vô tuyến hai chiều như vô tuyến di động mặt đất, FRS và GMRS, vô tuyến nghiệp dư

thiên văn vô tuyến, thông tin/thiết

bị vi ba, WLAN, radar, vệ tinh thông tin, truyền hình vệ tinh, DBS, vô tuyến nghiệp dư

Vô tuyến AM sóng trung = 530 KHz – 1710 KHz (MF)

Vô tuyến AM sóng ngắn = 3 MHz – 30 MHz (HF)

-Nhiễu trong thông tin vô tuyến

+ Nhiễu trắng (White noise)

Nhiễu trắng là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng nghĩa là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng băng thông Tín hiệu này

có tên là nhiễu trắng vì nó có tính chất tương tự với ánh sáng trắng

Hình 1.1: Một tín hiện nhiễu trắng

+Nguồn sinh ra nhiễu trắng:

-Nhiễu sinh ra do chuyển động nhiệt của các điện tử trong linh kiện bán dẫn -Những âm thanh như tiếng gió tiếng nước của là nguồn nhiễu trắng

-Các vấn đề như thời tiết con người

+Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference)

-Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số hoặc trên cùng một kênh Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát, và sóng mang Nhiễu đồng kênh thường gặp trong hệ thống thông tin số cellular, Trong đó để tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách sử dụng lại tần số Như vậy có thể coi nhiễu đồng kênh trong hệ thống cellular là nhiễu gây nên do các cell sử dụng cùng 1 kênh tần

số

+ Nhiễu xuyên âm (Intersymbol Inteference)

Dải thông tuyệt đối của các xung nhiều mức đỉnh phẳng là vô hạn Nếu các xung này được lọc không đúng khi chúng truyền qua một hệ thống thông tin thì chúng sẽ

trải ra trên miền thời gian và xung cho mỗi kí hiệu sẽ chèn vào các khe thời gian bên cạnh gây ra nhiễu giữa các kí hiệu (ISI)

Hình1.2 Nhiễu xuyên âm

-Để giảm nhiễu xuyên âm người ta phải làm thế nào hạn chế dải thông mà vẫn không gây ra ISI

-Khi dải thông bị giới hạn, xung sẽ có đỉnh tròn thay vì đỉnh phẳng

-Một trong những phương pháp để loại bỏ nhiễu ISI là dùng bộ lọc cos nâng và

bộ lọc ngang ép không (phương pháp Nyquist I)

-Nhiễu xuyên kênh (Interchannel Interference)

-Gây ra do các thiết bị phát trên các kênh kề nhau

Hình1.3: Nhiễu xuyên kênh

-Thường xảy ra do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến bị dịch tần gây can nhiễu sang các kênh kề nó

-Để loại bỏ nhiễu xuyên kênh người ta phải có khoảng bảo vệ (guard band) giữa các dải tần

Tác động của môi trường truyền tới việc truyền tín hiệu

- Méo tuyến tính và méo phi tuyến

Méo tuyến tính là méo gây ra cho tín hiệu bởi các phần tử tuyến tính trên kênh truyền, trong đó các phần tử (trong nhiều trường hợp lại có thể xem chúng như các

hệ thống - đơn giản là xem chúng như những khối/block) tuyến tính là các phần tử

mà phép toán biểu diễn quan hệ đầu ra theo đầu vào thỏa mãn tính chất xếp chồng

Nguyên nhân:

Các mạch lọc chế tạo không hoàn hảo

Do môi trường truyền:

- Dây kim loại: tần số càng cao tiêu hao càng nhiều nhưng độ tăng không đều mà lượn nét, mấp mô

Méo phi tuyến, trái lại, lại gây bởi các phần tử phi tuyến (không thỏa mãn tính chất xếp chồng, có đặc tuyến vào-ra là một đường không thẳng)

1.2 Điều chế biên độ

Tín hiệu tương tự khi truyền đi xa thì năng lượng của chúng bị suy giảm theo khoảng cách Vì vậy, để có thể truyền tín hiệu đi xa và thích hợp với các dạng kênh truyền khác nhau cần phải thực hiện quá trình điều chế tín hiệu

Điều chế biên độ hay còn gọi là điều biên (AM) được thực hiện bằng cách thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang theo biên độ của tín hiệu thông tin cần gửi đi, trong

đó tần số và pha của sóng mang thì giữ nguyên

Phương pháp điều chế này gồm điều chế hai biên (DSB-SC), điều chế biên độ truyền thống (DSB-TC), điều chế đơn biên (SSB-AM) và điều chế biên độ triệt một phần dải biên (VSB-AM) Sự phụ thuộc giữa tín hiệu điều chế và biên độ của sóng mang đã được điều chế có thể rất đơn giản, ví dụ như trong trường hợp DSB-AM, hoặc phức tạp hơn nhiều như trong SSB-AM hay VSB-AM Các hệ thống điều chế biên độ thường được đặc trưng bởi một yêu cầu khá thấp về độ rộng băng thông và tính hiệu quả về công suất so với các mạch điều chế tần số hoặc pha Yêu cầu về độ rộng băng thông đối với hệ thống AM dao động trong khoảng W tới 2W, trong đó

W là ký hiệu cho độ rộng băng thông của tín hiệu bản tin Đối với SSB-AM có độ rộng băng thông là W, đối với DSB-AM và AM truyền thống là 2W còn đối với hệ thống VSB-AM thì độ rộng băng thông sẽ từ W tới 2W

Tín hiệu âm tần có thể lấy từ Micro sau đó khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần, hoặc có thể lấy từ các thiết bị khác như đài Cassette, Đầu đĩa CD …

Tín hiệu cao tần được tạo bởi mạch tạo dao động, tần số cao tần là tần số theo quy định của đài phát

Tín hiệu đầu ra là sóng mang có tần số bằng tần số cao tần, có biên độ thay đổi theo tín hiệu âm tần

Ưu điểm: của sóng AM là có thể truyền đi xa tới hàng nghìn Km

Nhược điểm: của sóng AM là dễ bị can nhiễu, dải tần âm thanh bị cắt sén do đặc

điểm của mạch tách sóng điều biên, do đó chất lượng âm thanh bị hạn chế

Cơ sở lý thuyết điều chế biên độ

Tin tức s(t) là tín hiệu âm tần có công thức :

s(t) = Uscos2πf0t

Khi tin tức là âm thanh của người phát ra nó không có đặc trưng riêng biệt nào về mẫu dạng sóng Với tín hiệu âm thanh có đặc tính sinh lý học có dải tần số từ 20Hz – 15Khz ngoài dải tần này khi biến đổi furier :S(f)=0 với f>15Khz

Giả sử muốn truyền đi tín hiệu audio trong môi trường không khí với tần số 3Khz theo tính toán sẽ cần anten sẽ cần có chiều dài bằng ¼ độ dài quãng đường truyền sóng.Mặt khác tín hiệu này còn liên quan đến việc truyền không hiệu quả trong không khí và sự giao thoa do các dải tần của dài khác chèn lên.Do vậy ta phải cải tiến tần số ,thường dùng với tín hiệu khác có tần số cao hơn.Tín hiệu sau điều chế sẽ

ít nhạy cảm với nhiễu so với tín hiệu gốc

Tải tin là tín hiệu cao tần có công thức:

uc(t) = Uocos(2πfct + θ)

Trong đó tần số của sóng mang fc > fs (tần số của tin tức)

Bước sóng fc dược chọn hợp lý sóng mang có thể được truyền đi có hiệu quả Ví dụ

có thể chọn sóng có dải tần trong khoảng giữa 0,5-3 Mhz để truyền xa đến 250Km Bước sóng của các tần số tương ứng cỗ 100Mhz như vậy chiều dài anten được rút ngắn đến mức chấp nhận được

Hình 1.5 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m=1

Khi hệ số điều chế m>1 lúc này tín hiệu sau điều chế sẽ không khôi phục được tại bên thu chính vì vậy các hệ thống điều chế không bao giờ được xảy ra trường hợp này

Hình 1.6 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m<1

Ta biết rằng biến đổi Fourier của hàm cosin như sau:

Hinh 1.7 Hình dạng phổ của tín hiệu điều biên

Hình 1.8 mô phỏng phổ của tín hiệu sau điều chế

BWAM=2*f0 (f0 tần số của tin tức cần điều chế)

Trong điều chế đơn biên tín hiệu gồm 2 biên tần như hình 1.7 sẽ được lọc để chỉ truyền đi dải trên hoặc dưới với độ rộng BW=f0, điều này có ý nghĩa giúp giảm sự lãng phí băng thông do hai biên tần trên và dưới cùng chứa một lượng thông tin như nhau nhưng việc thực hiện khó khăn hơn do phải thiết kế mạch lọc có độ chính xác cao

-Hệ số méo phi tuyến

(ω ± ω Ω)

ω

± ω ω

Để đặc trưng cho méo phi tuyến

trong mạch điều khiển, người ta

dùng đặc tuyến điều chế tĩnh (hình 1.9)

Đặc tuyến điều chế tĩnh cho biết quan hệ

giữa biên độ tín hiệu ra và giá trị tức thời

của tín hiệu điều chế ở đầu vào

Dạng tổng quát của đặc tuyến điều chế tĩnh được biểu diễn trên hình 1-9

Đường đặc tuyến điều chế tĩnh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A Đặc tuyến điều chế tĩnh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi của biên độ dao động cao tần

A-đầu ra so với giá trị ban A-đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với trị tức thời của điện áp điều chế Do đó trên đầu ra thiết bị điều biên, ngoài các thành phần hữu ích (các biên tần), còn có các thành phần bậc cao không mong muốn khác Trong đó đáng lưu ý nhất là thành phần của tần số ωc ± 2ωs có thể lọt vào các biên tần mà không thể lọc được

Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế trong đoạn đường thẳng của đặc tuyến điều chế tĩnh Lúc đó buộc phải giảm độ sâu điều chế

1.2.1Điều chế biên độ truyền sóng mang (Double Side Ban Transmitted Carrier)

- Biến điệu DSB-TC là phương pháp điều chế biên độ trong đó tín hiệu sau điều chế vẫn còn tồn tại thành phần sóng mang

Điều chế DSB-TC, công suất thành phần sóng mang chiếm phần lớn Với

+m = 1, thì 66% công suất dành cho sóng mang, chỉ 17% công suất để tải thông tin (một dải biên)

+m < 1, công suất để tải thông tin còn giảm hơn nữa, m = ½, thì gần 90% công suất cho sóng mang, hơn 5% công suất của tín hiệu để tải thông tin

-Phương pháp điều biên DSB-TC:

Hình 1.10 Sơ đồ điều chế DSB-TC

Trong sơ đồ điều chế trên tín hiệu tin tức được cho vào mạch nhân với tín hiệu sóng mang sau đó tín hiệu sau bộ nhân được cộng chung với tín hiệu sóng mang sau khi

đã được khuếch đại công suất đối với sóng mang

Với sơ đồ điều chế như hình trên cho ta công thức về tín hiệu thu được biểu diễn bởi

Sm(t)=S(t)cos2& ' ( )*2& ' (1.5)

=Us (cos(wc+wt)+cos(wc-wt))+ ( )* - ' (1.6)

Phân tích biểu thức (1.5) ta thấy ngoài tín hiệu sóng mang còn có tín hiệu

được biểu diễn bởi S(t) cos(2πfct) như vậy khi tin tức thay đổi dẫn tới tín hiệu sau điều chế thay đổi theo biên độ của tín hiệu cần truyền Xét về tần số tín hiệu tin tức

sẽ bị dịch tần một khoảng bằng với tần số của sóng mang theo (1.6) (dải tần fc-fm và

fc+fm) do đó thuận đạt được mục đích truyền sóng đi xa Nếu gán các giá trị tiêu biểu fm=15khz và fc=1Mhz ta sẽ thấy tần số bị chiếm bởi sóng biến điệu là từ

Hình 1.11 Biến đổi furier của 2 sóng AM

Thực tế các tín hiệu có thể tách được nếu chúng không bị phủ lên nhau (hoặc về thời gian hoặc về tần số).Nếu chúng không phủ lên nhau về thời gian có thể dùng các cổng hoặc các switch để tách.Nếu chúng không phủ nhau về tần số thì các tín hiệu có thể tách ra bằng mạch lọc thông dải Vậy một hệ thống như hình (1.11) có thể tách sóng mang bị biến điệu

Việc điều chế những tin tức khác nhau với những sóng mang cũng có tần số khác nhau giúp việc tách kênh trong hệ đa hợp trở lên dễ dàng vì vậy có thể dùng điều biên trong kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số OFDM Theo đó dải tần sóng mang được chia ra thành nhiều dải tần con, mỗi dải tần con được điều chế để truyền

đi luồng dữ liệu tốc độ thấp tập hợp của dòng dữ liệu tốc độ thấp sẽ là dòng dữ liệu tốc độ cao cần truyền

Hình 1.12 Sự tách sóng điều biên hai kênh hai kênh

Nhận xét

Qua việc biểu diễn tín hiệu thu được sau điều chế tồn tại 3 dải tần

-Thành phần (1) biên độ U0, còn tần số sóng mang fc;

- Thành phần (2) biên độ mU0/2, còn tần số biên trên là (fc+fm);

- Thành phần (3) biên độ mU0/2, còn tần số biên dưới là (fc-fm)

Hình 1.13 Biến đổi F của TC-AM

- Công suất của thành phần sóng mang: Pc =

Ta có nhận xét công suất đầu ra AM lớn nhất phụ thuộc vào công suất sóng mang

và hệ số điều chế: khi điều chế cực đại tức là m=1 thì theo (1.1) biên độ

VAmmax=Uc(1+m)

Do đó PAmmax=@ 5 8C 5

0 G 1 =4Pc Công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế khi m=1 :

PAM= Pc [1 + m2/2] =3/2Pc

Hệ số lợi công suất k= IJ

I KL

I M /D 5 /I9 2 8 D 5 / 3

C 5 8C 5 Khi hệ sâu điều chế bằng 1 thì k=1/3 nghĩa là công suất hữu ích chỉ bằng 1/3 công

suất phát đi

1.2.2 Điều chế DSB-SC (Double SideBand- Supperssed carrier)

Trong điều chế DSB_SC, biên độ của tín hiệu đã điều chế tỷ lệ thuận với tín hiệu

bản tin Ta có tín hiệu sau điều chế như sau :

hiệu sóng mang thực chất không chứa đựng tin tức hữu ích

m(t) là tín hiệu bản tin Ở đây m(t) là một tín hiệu có thể là một hàm đơn giản như

hàm sin hoặc cos nhưng cũng có những tín hiệu bản tin rất phức tạp nó có thể là tổ

hợp của nhiều biểu thức khi đó việc tính toán là vô cùng phức tạp Biểu diễn trên

miền tần số của tín hiệu sau điều chế DSB-AM nhận được bằng cách lấy biến đổi

Fourier của hàm U(t) ta được :

U(f) = M(f – fc) + M(f + fc)

Trong đó M(f) là biến đổi Fourier của m(t) Hiển nhiên kiểu điều chế này dẫn đến

một sự dịch chuyển tần số đi một khoảng ±fc và một sự thay đổi tỷ lệ biên độ là ,

đối với phổ của tín hiệu bản tin Băng thông truyền dẫn được ký hiệu bởi B> bằng

hai lần độ rộng băng thông của bản tin :B> = 2W

Hình 1.14 Mô phỏng tín hiệu điều chế DSB-SC

Quan hệ năng lượng trong điều biên

- Công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế

PAM=G /C5

-Công suất biên tần

Pbt(wc+ws)=Pbt(wc-ws)= G /C<5

Hình1.15: Phân tích phổ tín hiệu điều chế DSB-SC

-Các nguyên tắc thực hiện điều chế DSB:

Sự biến điệu là quá trình dời tần và không có một hệ tuyến tính nào thực hiện được

điều đó Một hệ phi tuyến thay đổi theo t nói chung là rất phức tạp.Tuy nhiên trong

trường hợp biến điệu người ta có thể thực hiện được bằng hai kiểu gián tiếp:

+Biến điệu cổng (Gated mudolator)

+Biến điệu theo luật bình phương (Square - Law Modulator)

-Biến điệu cổng:

Dựa vào sự kiện phép nhân của S(t) với một hàm tuần hoàn bất kỳ sẽ tạo ra một chuỗi sóng AM với những sóng mang là bội số của tần số

Hình 1.16 Tích của s(t) với hàm cổng tuần hoàn

Output của mạch nhân hình 1.16 là s(t)P(t)=s(t)2P ∑∞ PRcos 2&V '

Trong đó fc –tần số cơ bản của cổng tuần hoàn

an – các hệ số khai triển của P(t)

Giả sử P(t) là hàm chẵn (để tránh viết các số hạng sin trong dãy).Lọc BPF sẽ chặn tất cả trừ thành phần tần số nào ta sẽ chọn kết quả là ở ngõ ra sẽ thu được sóng điều biên.Mạch lọc điều hợp với tần số cơ bản,nhưng nó có thể điều hợp với tần số họa tần của sóng AM có tần số sóng mang cao hơn.Trong thực tế ta chọn họa tần thấp vì

hệ số F sẽ suy giảm biên độ tín hiệu khi n tăng.P(t) là một hàm cổng gồm một dãy xung tuần hoàn

Vì P(t) có giá trị bằng 0 hoặc 1 do vậy mạch nhân có thể có cơ chế hoạt động on/off Bất lợi của đóng ngắt cơ khí là chậm yêu cầu tần số đóng ngắt phải bằng tần số của sóng mang hoặc họa tần cần chọn nếu tần số lớn cỡ MHz thì đóng ngắt cơ khí không đáp ứng được yêu cầu

Với việc đóng ngắt sử dụng phần tử khác ở đây dùng diode cầu như hình

Hình1.17 Mạch tạo xung cổng dùng diode

Khi Uc*cos2& ' X * ' thì cả 4 diode khóa dẫn tới mạch tương tự công tắc thường

mở Ngược lại khi Uc*cos2& ' Y * ' khi đó mạch tương tự công tắc thường đóng.Giới hạn duy nhất của mạch đóng ngắt này là tần số đóng ngắt của diode

Có thể dùng linh kiện tác động như transistor hoạt động giữa vùng khóa và vùng bão hòa.Khi transistor khóa tương đương với sw hở khi dẫn bão hòa tương với sw đóng

-Biến điệu theo luật bình phương: Loại này dựa trên định luật “bình phương của một tổng hai hàm có chứa một số hạng là tích của hai hàm đó “

2Z ' )*2& '3 Z ' )* 2& ' 2Z ' / )*2& '

Số hạng mà ta mong muốn là 2Z ' / )*2& ' và phải tìm cách loại ra khỏi 2 tần

số kia Rõ ràng chúng chồng lên nhau về mặt thời gian xét về mặt tần số biến đổi furier của Z ' bị giới hạn dưới 2fm tương tự )* 2& ' bị giới hạn bởi tần số 2fcMặt khác ta lại có biểu diễn furier của các số hạng ở hình1.18 dưới đây

Hình 1.18 Biểu diễn furier của tín hiệu biến điệu bình phương

Xem hình 1.18 trên cho thấy khi fc >3fm thì tín hiệu không bị chồng lên nhau vậy có thể tách chúng ra bằng mạch lọc BPF để thu được tín hiệu Am thực tế tín hiệu sóng mang có fc >> fm lên điều kiện trên dễ dàng thỏa mãn

Các diode bán dẫn có đặc tuyến rất giống với luật bình phương (trong vùng hoạt động của nó)

Hình1.19 Điều biên cân bằng

Xây dựng bộ phận bình phương thì không đơn giản, bất kỳ một linh kiện phi tuyến nào cũng cho một tín hiệu ra tương ứng với tín hiệu vào bởi một hệ thức mà ta khai triển thành chuỗi lũy thừa

Với y(t) là output và x(t) là input biểu diễn mỗi quan hệ giữa y(t) và x(t) sẽ là y(t)=a0+a1x(t)+a2x2(t)+a3x+a3 x3(t)+…-số hạng mà ta cần quan tâm là a2x2(t) và phải tìm cách tách ra khỏi các thành phần khác

Trong mạch trên cộng sóng mang với tin tức s(t) sau đó đưa chúng vào linh kiện phi tuyến (bình phương) áp dùng cho cả -s(t).Mạch tổng sẽ lấy hiệu số của hai tín hiệu làm loại bỏ số hạng lũy thừa lẻ trong khai triển đồng thời giúp số hạng

2Z ' / )*2& ' không đổi dấu khi –s(t) thay bằng s(t) vậy sẽ làm tăng đôi biên

độ tín hiệu.Vậy khi số hạng bậc 2 bị triệt tiêu nên tín hiệu thu được sẽ là SC-AM

1.3 Điều chế đơn biên (SSB: single sideband)

Ta 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 tin trước khi truyền đi Trong các hệ thống DSB nói trên khoảng băng tần cần thiết để truyền tín hiệu thuộc khoảng fc-fm và fc+fm khổ băng tổng cộng là 2fm vì vậy trong phương pháp SSB ta chỉ truyền đi 1 băng tần trên hoặc dưới

Biểu diễn trên miền thời gian của các tín hiệu này là :

U(t) = m(t)cos(2πfct) ± [(t)sin(2πfct) (1.7)

Trong đó dấu trừ ứng với USSB-AM còn dấu cộng ứng với LSSB-AM

Tín hiệu được ký hiệu bằng [(t) là biến đổi Hilbert của m(t), nó tạo ra một trục đối xứng qua vị trí của sóng mang Trên miền tần số ta có

\@ $ (f) = m(f+fc), fc ≤ |f| (1.8)

0 với mọi giá trị khác của f

\] $ (f) = m(f-fc) |f| ≤ fc (1.9)

0 với mọi giá trị khác của f

Hình1.20 Biểu diễn phổ của 2 băng cạnh USSB và LSSB

Ta thấy băng tần của biến điệu SSB chỉ chiếm một phần băng tần được chiếm của DSB

1.3.1Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với DSB

(1) Phổ của tín hiệu điều chế LSSB và USSB là một nửa độ rộng băng của DSB

và AM truyền thống do đó bằng với độ rộng băng thông của tín hiệu bản tin tức là : Bt= W

Bởi vậy trong cùng một dải tần số thì số đài có thể bố trí tăng gấp đôi

(2) 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 máy thu SSB được

sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực quân sự

(3) Đối với tín hiệu AM trong giải truyền sóng ngắn, do sự phân tán của đặc tuyến pha mà xẩy ra sự chia pha các dao động trong dải biên Điều đó làm méo tín hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầu vào bộ tách sóng của máy thu AM Tổn hao công suất ở đầu ra, do đó được đánh giá là 50% Còn đối với tín hiệu SSB thì mọi tin tức điều được phát trong một dải biên nên không có hiện tượng chia pha (4) Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f0 có thể bị suy giảm Đối với máy thu AM 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 sẽ không thu được gì Còn đối với

máy thu SSB pha đinh làm suy giảm hay triệt tiêu tần số sóng mang không gây ảnh hưởng gì

Tuy có nhiều ưu điểm nhưng do yêu cầu kỹ thuật khá cao như mạch lọc dải phải rất hẹp và dốc đứng; việc tạo lại tần số sóng mang f0 trong máy thu phải rất chính xác mới không méo tín hiệu… nên máy phát và máy thu hiệu SSB cấu tạo phức tạp hơn

so với máy phát và máy thu AM Bởi vậy nó chỉ được dùng trong các máy thu phát thông tin chuyên dụng như trong máy phát thoại và phát tín hiệu nhiều kênh

1.3.2 Các phương pháp điều chế đơn biên

Vì băng cạnh trên và băng cạnh dưới tách biệt về tần số các mạch lọc có thể dùng

để chọn băng cạnh mong muốn bằng cách thay đổi thông số của các mạch lọc người

ta có thể chỉ nhận được USSB hoặc thu được cả tín hiệu DSB

Các phương pháp điều chế đơn biên trong thực tế:

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 của tín hiệu ra Nhưng do yêu cầu chất lượng cao nên bộ lọc dải rất phức tạp Bởi vậy người ta tạo hai phương pháp tạo tín hiệu SSB khác nhau: phương pháp quay pha và phương pháp lọc pha Nhưng hai phương pháp này lại tạo ra một số sản phẩm không cần thiết như tần số sóng mang fc , dải biên thứ hai…

Mặt khác hai phương pháp này không thể tạo ra bộ điều chế có chỉ tiêu kỹ thuật cao

và ổn định, bởi vậy nó cũng ít được dùng Ngày nay phương pháp tạo tín hiệu SSB

đã được sử dụng rộng rãi 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 ra đời thì phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi.Tín hiệu điều chế Vs và tải tin Vc được đưa vào

bộ điều chế cân bằng.Sau bộ điều chế cân bằng ta thu được hai dải biên (DSB) Sau đó dùng bộ lọc dải ta sẽ thu đuợc biên trên hoặc biên dưới như hình 1.21 Nhưng do ω << ωc nên ωc ±ω rất gần ωc, vì vậy việc lọc rất khó khăn

Ta có tỷ Số: X=∆

ωc

ωc:tần số sóng mang

∆: Khoảng cách giữa tần số cần lọc và tần số cho qua.Ta thấy X càng lớn, càng dễ lọc có nghĩa.là tần số sóng mang fccàng gần tần số điềuchế ω càng dễ lọc

Trong thực tế ta chọn tần số trung gian nằm trong khoảng (100 ÷ 500MHz) vì ở dải tần số đó ta có bộ lọc thạch anh và bộ lọc cơ điện tốt nhất Sau đó để chuyển fTG lên tần số tải tin f0 ta dùng thêm một vài bộ điều chế cân bằng và bộ lọc dải ở các tần số khác nhau.Việc sử dụng tần số trung gian sau khi qua bộ điều chế đầu tiên giúp nâng cao tần số của tín hiệu sau điều chế mặt khác giúp cho từng bộ lọc ở mỗi khâu được dễ dàng hơn Mỗi lần lọc thì tỷ số X lớn hơn nên dễ thực hiện lọc hơn Phương pháp đó gọi là phương pháp tổng hợp

Hình1.21: Sơ đồ khối và dải phổ của tín

hiệu của phương pháp lọc

Phương pháp tổng hợp:

Bộ lọc 1 thường là bộ lọc thạch anh hay bộ lọc cơ điện chất lượng cao vì ∆ rất nhỏ

Tần số sóng mang thứ 2 có f1>>f0 và ∆ = ω1 + ωmin khá lớn nên dễ lọc hơn Vì vậy

bộ lọc 2 thường là bộ lọc L, C đơn giản Nếu f2 chưa ở trong dải tần số làm việc thì

ta lại dùng tới tần số thứ 2 : dùng bộ điều chế cân bằng 3 Bộ lọc 3 cũng đơn giản

như bộ lọc 2 vì ∆ lớn:∆ = ω1 +ω2 + ωminCứ thế cho đến khi nào ta đạt được tần số

làm việc f0 (Tần số tải tin)

Dao động n Dao động 2

1.4 Điều chế biên độ dải biên dớt (Vestigial SideBand – VSB)

Trong kỹ thuật truyền hình, để truyền tải hình ảnh bằng điều biên AM hoặc

DSB-SC, phổ tần số của nó quá rộng W = 2 x 4,2 = 8,4 MHz

Nếu sử dụng SSB-AM, thì giải pháp kỹ thuật lại quá phức tạp, giá thành đắt

Vì vậy, người ta sử dụng giải pháp điều biên rớt

Tín hiệu VSB có thể thực hiện từ tín hiệu AM hoặc DSB-SC, nhờ một mạch lọc giải thông đặc biệt, gọi là mạch lọc biên rớt

Mạch lọc biên rớt có tác dụng làm giảm (cắt cụt) phần lớn phổ biên tần dưới

Hình 1.23 Phổ điều chế điều biên rớt

Mạch lọc trong điều chế biên rớt không lọc bỏ hoàn toàn một biên tần mà chỉ lọc bớt một phần dải tần số trên hoặc dưới nên không yêu cầu độ chính xác so với điều chế đơn biên

Tín hiệu VSB được biểu diễn bằng biểu thức: s VSB (t) = u AM (t)*h(t)

- uAM(t) là tín hiệu điều biên AM,

- h(t) là đáp ứng xung của mạch lọc biên rớt,

- Dấu * ở đây chỉ phép tích chập

Phổ tín hiệu VSB xác định bằng biểu thức: SVSB(f) = SAM(f) H(f)

- SAM(f) - phổ biên độ - tần số của tín hiệu AM,

- H(f) là hàm truyền của mạch lọc biên rớt

Để có UAM(t) = [U0 + s(t)]cos(2πfct)=U0cos(2πfct)+s(t)cos(2πfct)

=a1V1+2a2V1V2

Ta cần có bộ lọc thông dải tích hợp nhằm lọc dải băng thông của tín hiệu điều biên

1.5.2Mạch điều chế vòng

Trong thực tế, không có phần tử phi tuyến nào là bậc 2 thuần tuý, chính vì vậy

để tạo tín hiệu DSB và triệt tiêu các thành phần bậc 1 và bậc 3, ta dùng hai mạch

AM ghép đối xứng, gọi là mạch điều chế vòng

Hai mạch điều chế AM giống nhau, cùng có thành phần sóng mang Accosw c t Tín hiệu tin tức x(t) được đảo pha và đặt vào hai ngõ vào với pha ngược nhau

Tín hiệu tin tức V2 có dạng

V2=Uscos(wst)

Tín hiệu tải tin V1 có dạng

V1=Uccos(wct)Với mạch điều biên cân bằng ta có khi D1,D2 dẫn ta có

VD1=V1+V2

VD2=V1-V2

iD1= f(V1+V2)=a0+ a1(V1+V2) + a2(V1+V2)2+…

=a0+ a1V1+a1V2+a2V12+ 2a2V1V2+ a2V22+…

iD2= f(V1-V2)=a0+ a1(V1-V2) + a2(V1-V2)2+…

=a0+ a1V1-a1V2+a2V12- 2a2V1V2+ a2V22+ a3V13+…

Vậy i(t)=iD1-iD2=4a2V1V2+2a1V2+2a3V22+ 6a3V12V2+…

Sử dụng khung cộng hưởng LC đầu ra lọc lấy thành phần 4a2V1V2, đây cũng chính

là tín hiệu AM

-Thành phần 4a2V1V2= 2UsUccos(wc-ws)+ 2UsUccos(wc+ws)

Trường hợp 2 khi D3, D4 dẫn ta có mạch hoạt động tưởng tự

Ưu điểm của điều chế vòng:

Đã loại bỏ được các thành phần có dải tần không mong muốn

Ngoài ra nó còn giảm hiện tượng méo phi tuyến.Mục đích của phương pháp điều biên cân bằng được ứng dụng trong điều chế DSB.Ngoài ra có thể thay thế diode

D

D

D D

trong mạch điều biên cân bằng với transistor với đặc điểm đầu ra biên độ lớn và méo phi tuyến nhỏ

1.5.3Mạch điều biên dùng transistor

Về nguyên lý điều biên bằng Transistor cũng gồm các loại: Trong trường hợp Transistor lưỡng cực, FET, đèn điện tử để điều biên, người ta phân biệt các loại mạch điều biên sau đây: điều biên base, điều biên collector, điều biên cửa, điều biên máng, điều biên anot, điều biên lưới Các loại mạch điều biên có tên gọi tương ứng với cực mà điện áp điều chế được đặt vào

VCC: điện áp nguồn cung cấp trong trường hợp sóng mang không điều chế

Đối với Transistor, điện áp của Collector không được tăng quá giá trị an toàn cực đại dù trong thời gian ngắn Bởi vậy cần phải thỏa mãn điều kiện:

Vs + Vc < VCemax= BVCEO

Trong đó :- Vc : điện áp cao tần cực đại ở collector khi m=1;

- BVCEO: điện áp đánh thủng cho phép cực đại;

Khi điện áp collector thấp mối nối collector được phân cực thuận bởi điện áp đầu vào Do vậy dao động cao tần trực tiếp đi qua mối nối collector phân cực thuận Sựthay đổi của dòng collector trong vùng 0- a xuất hiện bởi điều chế quá mức khi tín hiệu lớn

CHƯƠNG 2: GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 2.1 Khái niệm tách sóng điều biên

Giải điều chế thực chất là quá trình tách tín hiệu bản tin đã được điều chế Quá trình

giải điều chế tùy thuộc vào kiểu điều chế Đối với DSB-AM và SSB-AM, phương

pháp giải điều chế là giải điều chế kết hợp (coherent) yêu cầu cần phải có một tín

hiệu có cùng tần số và pha giống với tín hiệu sóng mang tại máy thu Đối với AM

truyền thống sử dụng các bộ tách sóng đường bao cho giải điều chế Trong trường

hợp này việc biết chính xác tần số và pha của sóng mang không phải là điều thiết

yếu, cho nên quá trình giải điều chế dễ dàng hơn nhiều Việc giải điều chế kết hợp

đối với DSB-AM và SSB-AM bao gồm việc nhân (trộn) tín hiệu đã điều chế với

một tín hiệu cosin có cùng tần số và pha với sóng mang, sau đó cho tín hiệu của

việc nhân qua một bộ lọc thông thấp sẽ thu được dạng tín hiệu bản tin m(t) ban đầu

Với sơ đồ giải điều chế trên hay còn được gọi là mạch hoàn điệu đồng bộ trong đó

có mạch tạo dao động Sc(t) được đồng bộ hóa cả về tần số lẫn pha với sóng mang

thu

2.2 Tách sóng DSB-AM

2.2.1 Hoàn điệu cổng

Trước hết xét mạch giải điều chế DSB-SC-AM sử dụng mạch hoàn điệu cổng

Hình 2.1 Sơ đồ hoàn điệu cổng Trong đó P(t) là một hàm cổng gồm 1 chuỗi xung có dạng

S0(t)= P * '

Và hoàn điệu được hoàn tất

Trên đây là việc giải điều chế với sóng điều biên kiểu DSB-SC còn với mạch giải điều chế kiểu DSB-TC.Ta thấy rằng đầu ra mạch giải mã sẽ có dạng

S0(t)= P 2d * ' 3

Biểu thức trình bày tín hiệu tin gốc bị dời bởi 1 hằng

2.2.2 Hoàn điệu bình phương

Ta khảo sát hiệu quả của phương pháp hoàn điệu bình phương: bằng cách cộng sóng AM vào sóng mang thuần túy rồi sau đó bình phương tổng

2Z ' d )*2& '3 (2.1) Trước hết hãy xét trường hợp sóng mang bị nén DSB SC công thức (2.1) sẽ trở nên: Sm(t)=s(t).cos2& '

Số hạng thứ hai có thể khai triển theo: S2(t)+2A.S(t) +A2

Tuy nhiên ta không thể tách được tần số chứa S2(t) giả sử rằng ta đã dùng một mạch LPF để tách tất cả số hạng 2* ' d3 ra khỏi thành phần có tần số 2fc

Bây giờ ta xét giải điều chế sóng DSB-TC- với phương pháp hoàn điệu bình phương

Trong việc giải điều chế cần thiết phải tạo lại một bản sao hoàn chỉnh của sóng mang.Điều này khó thực hiện trừ khi sóng AM chứa một số hạng tuần hoàn có tần

số bằng với tần số của sóng mang,việc này dẫn đến lựa chọn sóng điều chế DSB-TC rất phù hợp.Thực vậy việc giải điều chế thực hiện với sóng TC-AM không cần cộng thêm một sóng mang(sóng mang do máy thu tạo ra)vì bản thân sóng điều chế theo phương pháp DSB-TC đã có cộng thêm sóng mang ở tín hiệu sau điều chế

Ta xét biên độ của sóng mang A đủ lớn để cho A+s(t) không âm Đối với sóng SCAM cần phải thêm mạch tạo sóng mang ở máy thu, bản sao này cần phải đồng bộ

hóa với sóng mang thu được.Để thực hiện được việc này máy thu cần có một mạch tạo dao động nội.Nhưng một khó khăn đặt ra là việc đồng bộ về pha và tần số của mạch tạo dao động nội và sóng mang phức tạp nếu mất đồng bộ đầu ra khối tách sóng tín hiệu sẽ bị méo so với tín hiệu tin tức

Giả sử với mạch dao động nội bị lệch pha 1 lượng g và lệch tần một lượng ∆ Khi đó output của mạch nhân sẽ là

Sm(t)cos2& ∆ ' g = s(t)cos2 & ' cos2& ∆ ' g

Số hạng thứ hai của (2.2) có thành phần tần số 2 ∆ nên bị loại bỏ

Trong biểu thức (2.3) giả sử ∆ nhỏ Định lý biến điệu chỉ ra rằng có biến đổi F có tần số trong khoảng đến fm + ∆ dù LPF được thiết kế để chỉ cho đi qua tần số lớn đến fm nhưng nó vẫn cho đi qua fm + ∆ vì fmj ∆

Giả sử đã loại bỏ sự sai khác về tần số rồi chỉ còn sai pha thì

S0(t)=S(t)9:;

(2.4) Vậy không xảy ra méo với S(t).Nhưng có chú ý là khi g tiến đến 90° thì tín hiệu

thu được sẽ bằng 0

2.2.3 Tách sóng không kết hợp (Incoherent detection)

Các khối hoàn điệu đã nói ở trên cần phải tạo lại sóng mang ở máy thu vì vậy tần số sóng mang phải chính xác và pha phải đúng tại bộ phận tách sóng nên sóng mang từ đài phát xem là thông tin chính xác về mặt thời gian truyền đến máy thu

Nhưng nếu thành phần sóng mang đủ lớn trong TCAM ta có thể dùng kiểu tách sóng không kết hợp trong đó không cần phải tạo lại sóng mang

Giả sử biên độ sóng mang lớn sao cho A+s(t) >0 như hình 2.2

+Input không thể lớn hơn output b

(với một diode lý tưởng)

+Output không bao giờ giảm với thời gian điều kiện thứ hai là do tụ điện trong mạch không có đường xả điện nên output luôn luôn bằng với giá trị đỉnh xung thời điểm trước đó

Do Diode chỉ làm việc với nửa chu kỳ dương của tín hiệu AM; khi đó tụ được nạp đến giá trị điện áp đỉnh, ở nửa chu kỳ âm tụ xả, điện áp trên tụ giảm theo hằng số thời gian RC

a, b,

Hình 2.3 Biểu diễn sự phóng nạp của tụ khi giải điều chế

a,khi chưa có tụ điện xả

Để việc tách sóng được chính xác yêu cầu hằng số k l0m l với điều kiện này thì thời gian phóng nạp sẽ lớn hơn rất nhiều lần chu kỳ của sóng mang nên khi tụ sẽ không bị nạp đầy với số ít chu kỳ của sóng mang

Hình 2.4 Sơ đồ tách sóng kết hợp

Cở sở toán học thực hiện tách sóng kết hợp

Trong trường hợp DSB, tín hiệu sau điều chế được cho bởi công thức :

Ac.m(t)cos(2πfct) khi tín hiệu này được nhân (hay trộn) với một tín hiệu cos(2πfct)

ta sẽ được biểu thức sau sau khi trộn như sau :

Y(t) = Ac.m(t)cos(2πfct)cos(2πfct)= m(t) + m(t) cos(4πfct) (2.5)

Ở đây Y(t) ký hiệu cho tín hiệu lối ra mạch trộn và biến đổi Fourier của biểu thức (2.5) được xác định như sau :

Y(f) = m(f) +

<m(f – 2fc) +< m(f + 2fc) (2.6) Như biểu thức (2.6) lối ra mạch trộn có một thành phần thông thấp ( m(f)) và các thành phần cao tần nằm quanh vị trí ± 2fc Khi cho Y(t) qua một bộ lọc thông thấp với độ rộng băng W, các thành phần cao tần sẽ bị lọc bỏ chỉ còn lại thành phần thông thấp ( m(t)) tỷ lệ với tín hiệu bản tin Quá trình này được trình bày như Hình (2.4)

2.3Tách sóng SSB-AM

Nhắc lại về dạng sóng biến đổi furier của tín hiệu SSB-AM :

b

Hình 2.5 a, Biến đổi furier của các băng cạnh

b Sơ đồ khối hoàn điệu SSB-AM

Về phương diện tần số sẽ làm rời tần của tín hiệu Sm(t) khi biến đổi furier cả chiều lên và chiều xuống

Biến đổi furier của của tín hiệu SSB:

Về phương diện thời gian ta thấy:

FSSB(t).cos2& '= % #b5 c % n % boR<c %

Dấu + cho LSB và dấu – thay cho USB, p ' là biến đổi hilbert của S(t)

Khi tín hiệu dao động nội được đồng bộ về tần số cũng như pha của sóng mang ta

có mạch tách sóng đồng bộ giúp giảm méo tín hiệu khi thu được sau bộ lọc

Với phương pháp tách sóng đơn biên dùng mạch tách sóng đường bao để có thể tận dụng ưu điểm đơn giản của mạch giải điều chế nhưng đồng thời cũng phải đồng bộ được sóng mang của bên phát với bên nhận do cần phải dùng mạch tạo sóng mang

để tái tạo biên độ tín hiệu sau đó mới dùng mạch tách sóng đường bao

Chính vì lý do cần phải đồng bộ sóng mang giữa dao động nội (hoặc mạch tạo sóng mang) mà điều chế đơn biên được ưu tiên sử dụng trong lĩnh vực quân sự

a,

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH, PHÁT

THANH 3.1 ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH

-Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)

đủ lớn cho máy thu

-Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để các thông tin được phát đi, không

bị biến dạng quá mức

-Tần số hoạt động của máy phát được chọn dựa vào các kênh và vùng phủ sóng theo qui định của Hiệp hội thông tin quốc tế (ITV) Các tần số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao

-Các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát là: Công suất ra, tần số làm việc, độ

ổn định tần số, dải tần số điều chế

-Phân loại máy phát:

a Phân theo công dụng: Ta có Máy phát thông tin cố định hoặc di động; Máy phát

theo chương trình như phát thanh, truyền hình

b Phân theo tần số

c Phân theo phương pháp điều chế

Ví dụ:

+ Máy phát điều biên (AM)

+ Máy phát đơn biên (SSB)

+ Máy phát điều tần (FM),

+ Máy phát điều tần âm thanh nổi (FM Stereo)

+ Máy phát điều pha (PM)

+ Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM

+ Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK

+ Máy phát khoá dịch tần FSK…

d Phân theo công suất…

Máy công suất nhỏ Pra<100W

Máy công suất trung bình 100W<Pra<100KW

Máy công suất lớn 100KW<Pra<1000KW

Máy công suất cực lớn Pra>1000KW

- Các thành phần của tín hiệu truyền hình

+ Tín hiệu audio: Mang thông tin về tiếng động,ca nhạc, lời thuết minh, tiếng nói

của nhân vật.Tín hiêụ tiếng có phổ rộng: 0 - 20khz, tai người cảm thụ tốt nhất trong

khoảng 16 hz- 16000hz.Thực hiện điều chế fm đối với tín hiệu audio

+Tín hiệu video: Mang thông tin về hinh ảnh và mầu sắc

Tín hiệu video có phổ rộng: từ 0-6 MHz

Mắt người cảm thụ tín hiệu đen trắng tốt hơn tín hiệu mầu

Thực hiện điều chế am đối với tín hiệu video

+ Các tín hiệu đồng bộ:

Đồng bộ màu, đồng bộ ngang, đồng bộ dọc

Ví dụ: trong truyền hình theo tiêu chuẩn NTSC tín hiệu chói có phổ tần từ

0-4,2Mhz

Công thức của tín hiệu chói: Ey=0, 30Er+0, 59Eg+0,11Eb

Tín hiệu màu là hai thành phần mầu điều chế biên độ nén triệt sóng mang và vuông

pha với nhau là Ii và Iq.phổ tín hiệu màu 1,3 Mhz Tần số sóng mang màu 3,58Mhz

Hình 3.1 phổ của tín hiệu NTSC

Qua bảng 3-2ta thấy các hệ truyền hình trên thế giới khác nhau về các thông số

kỹ thuật cơ bản như: độ rộng của một kênh truyền hình; độ rộng của dải tần số

hình; khoảng cách giữa tải tần hình và tải tần tiếng; kiểu điều chế hình và tiếng;