Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
2. Однако чисто синусоидальные волны высокой частоты, излучаемые антенной, не только не несут никакой информации, но и не воспринимаются ухом человека, если их преобразовать в звуковые волны той же частоты. Для передачи информации, например человеческой речи или музыки, требуются низкочастотные сигналы, с частотами примерно от 100 до нескольких тысяч герц. Для передачи телеграфных сигналов требуемые частоты еще ниже. Непосредственная передача низкочастотных сигналов радиоволнами тех же частот, как указывалось выше, невозможна из-за невозможности их генерации. Эта трудность устраняется в радиотехнике тем, что передача осуществляется синусоидальными волнами высокой частоты, измененными низкочастотными сигналами. Такое изменение называется модуляцией, а сами волны — модулированными (см. § 128). Модуляция состоит в изменении во времени амплитуды, частоты или фазы колебания. Во всем последующем изложении имеется в виду наиболее простая, амплитудная, модуляция.
V
Гена- “ саге/.
а-)
Piic. 37?
V
б)
1
I
Рис. і
§ но;
ПРИНЦИПЫ РАДИОСВЯЗИ
6G1
Если нз студии радиостанции не производится передача, то колебания тока в передающей антенне синусоидальны:
<^ = <^0 sin (о* (146.1)
(рис. 380, а). Во время передачи (речь, музыка перед микрофоном) эти колебания преобразуются в
^r = ^ro[l+/(0]sinte/> (145.2)
где функция / (t) зависит от формы передаваемого (модулирующего)
сигнала [|/ (?) | <"' 1]. Она называется модулиру:оп[ей функцией.
Простейшая модулирующая функция соответствует передаче чисто музыкального тона, например звучания камертона. В этом случае f (0 = « sin ilt (рис. 380, б). Постоянная Q называется частотой, а постоянная а — глубиной модуляции. (Начальную фазу мы взяли равной нулю, так как она не играет принципиальной роли.) Подставляя / (і) в формулу (146.2), представим модулированное колебание в виде
3 = 30[1 -fee sin Ш]зіп со/
(146.3)
(рпс. 380, в). Преобразовывая это выражение, получим
<^ =
=#е31псо/ + -^соъ(со-0)/ —
_ cos (со+ 0)7. (146.4)
Если модулирующая функция f (і) не синусоидальна, но периодична, то ее можно разложить в ряд Фурье и к каждому члену этого разложения применить рассуждение, приведенное выше. Тогда вместо двух частот со — Q и со + ?2 слева п справа от со появится несколько боковых частот. Они образуют боковые полосы, состоящие из дискретного набора частот. Если же модулирующая функция не периодична, .то она разлагается в интеграл Фурье. В этом случае боковые полосы слева и справа от со содержат не только бесконечное, но и непрерывное множество частот. Примером могут служить модулирующая функция и модулированные колебания в случае телеграфных знаков, передаваемых по азбуке Морзе (рис. 381). Существенно, что все боковые частоты расположены 0<,пнь близко от «несущей» частоты со. Все колебания с такими
в)
Рис. 380.
662
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
[ГЛ. X
частотами являются высокочастотными, а потому они пригодны для излучения радиоволн. Приемник должен принимать не только колебания несущей частоты, но и колебания примыкающих к ней боковых полос. Иначе вся информация, содержащаяся в передаваемом сигнале, будет утеряна. Поэтому настройка приемника не должна быть особенно острой.
3. Для осуществления модуляции применяются устройства, образующие произведения, а не сумму подводимых к ним напряжений. Такие устройства принадлежат к классу нелинейных систем. На рис. 382 приведена простейшая схема генератора радиотелефонного
_JI1H___1111IL,
Рис. 381.
передатчика с модуляцией на сетку. Колебательный контур включен в цепь анода. Модулирующее напряжение возникает в цепи микрофона М и повышается трансформатором. Сопротивление сеточного конденсатора Cg для высокочастотных токов генератора мало, а сопротивление вторичной обмотки трансформатора благодаря ее большой индуктивности, наоборот, велико. Поэтому токи высокой частоты не ответвляются в модулирующую микрофонную цепь, и генератор работает практически так же, как и в отсутствие этой цепи. Иначе ведут себя микрофонные токи, идущие от вторичной обмотки трансформатора. Это — токи низкой частоты. Для них конденсатор Cg оказывает очень большое сопротивление, а потому напряжение трансформатора оказывается целиком приложенным между сеткой и катодом лампы. Это напряжение и модулирует выходное напряжение генератора. Действительно, анодный ток е7 есть функция анодного Vy и сеточного V-i напряжений: 3 = = {Vy, V2). Разложим эту функцию в ряд Тейлора по обоим аргументам, оборвав разложение на членах второй степени. Получим
3 — C!q -f- ayVу -f- a2V2 -f- йцV\ -p iV2.
§ 14G1
ПРИНЦИПЫ РАДИОСВЯЗИ
6G3
Последний член пропорционален произведению подводимых напряжений. Он и вызывает модуляцию анодного напряжения, а следовательно, и напряжения на конденсаторе или катушке индуктивности колебательного контура. Допустим, например, что Vx = = Лх sin cot, V-і = А2 sin Qt.
Тогда
3 = 1 + А2 sin Qtj sin Ы +
+ (а0 + агА2 sin Ш + ацА{ sin2 Ы + a2iA\sin2 Qt).
Первая скобка и есть требуемое модулированное колебание. Его можно выделить с помощью резонансного контура, настроенного (но не слишком остро) на частоту со. Из приведенного анализа следует, что для модуляции колебаний лампа обязательно должна работать в таком режиме, чтобы ее вольтамперная характеристика была нелинейна. Модулированные колебания передаются в антенный контур, связанный индуктивно с катушкой L колебательного контура.
