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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA ¿Qué es SSB? Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Varios dispositivos electrónicos El nombre abreviado de modulación de banda lateral única (SSB), adoptado en el código de radioaficionados, proviene del inglés Single Side Band, que significa banda lateral única. Antes de proceder a la consideración de la modulación de banda lateral única, recordemos qué es la modulación en general. Al mismo tiempo, no tocaremos los métodos de su implementación por el momento. La modulación es el proceso de cambiar uno o más parámetros de una señal dada bajo la influencia de otra señal. La señal modulada suele representar las oscilaciones más simples, que se describen con la expresión: u=Ucos(wot+fo), donde U es la amplitud; wo=2pfo - frecuencia angular; fo - fase inicial; t - tiempo. Los parámetros de tal señal son la amplitud U, la frecuencia wo (o fo) y la fase fo. Una señal de baja frecuencia X(t) que afecta a uno de estos parámetros se denomina señal moduladora. Dependiendo de cuál de los parámetros se vea afectado por dicha señal, existen tres tipos de modulación: amplitud, frecuencia y fase. Para analizar las oscilaciones moduladas, utilizaremos tres ideas diferentes sobre la señal: temporal, espectral (frecuencia) y vectorial. De acuerdo con estas representaciones, una oscilación coseno (o sinusoidal). En la fig. 1, y el tiempo t se grafica a lo largo de la abscisa, y el valor instantáneo de la amplitud U se grafica a lo largo de la ordenada. 1b, la abscisa muestra la frecuencia f=w/2p, la ordenada muestra la amplitud. En este gráfico, una oscilación sinusoidal se representa como un segmento de línea recta paralela al eje y. La longitud del segmento corresponde a la amplitud de oscilación U, y su posición en la abscisa corresponde a la frecuencia fo. En la Fig. 1, una oscilación sinusoidal se representa como un vector que gira en sentido antihorario con una velocidad angular wo=2pfo=2p/A, donde To es el período de oscilación. La longitud del vector corresponde a la amplitud U, y el ángulo fo corresponde a la fase inicial en la que comenzó el cómputo del tiempo. Cabe señalar que las tres ideas sobre la señal de modulación son completamente equivalentes. Usaremos cada una de estas o varias vistas en paralelo cuando sea más apropiado. Considere la modulación de amplitud. En este caso, la amplitud U de las oscilaciones de alta frecuencia cambia en el tiempo de acuerdo con la señal de baja frecuencia transmitida Um=U+dUx(t), donde dU es un valor constante que caracteriza la intensidad de la influencia de la señal de modulación en la amplitud Sustituyendo el valor de la amplitud Um en la primera expresión, obtenemos
La relación dU/U=m, que caracteriza la profundidad de modulación, se denomina factor de modulación. Si la señal moduladora cambia de acuerdo con la ley X(t)=cosWt, donde W=2pF, F es la frecuencia de la señal moduladora, entonces, considerando la fase inicial fo igual a cero, podemos escribir u=U(1+m cosWt)coswot. Expandiendo los paréntesis y realizando la transformación, obtenemos
La última ecuación es la suma de tres formas de onda de coseno, a saber, la forma de onda original (excluyendo la fase fo) en la frecuencia fo, o la denominada forma de onda portadora en fo+F, frecuencia de banda lateral superior, y la forma de onda en fo-F, banda lateral inferior frecuencia. Las amplitudes de las oscilaciones laterales son iguales entre sí y son proporcionales a la amplitud de la portadora y al factor de modulación. En la fig. 2, a muestra los diagramas temporales, espectrales y vectoriales de las señales moduladas y moduladas, como puede verse en la fig. 2b, la envolvente de la oscilación modulada repite completamente la señal original.
El diagrama vectorial en la Fig. 2.e es más conveniente para presentarlo de una manera ligeramente diferente. Si el observador gira en el plano del dibujo a la velocidad del vector portador, entonces este vector le parecerá estacionario, y los vectores correspondientes a las frecuencias de los lados superior e inferior girarán en direcciones opuestas con una velocidad angular W. El la amplitud del vector resultante cambia en el tiempo de acuerdo con la ley de baja frecuencia, y la fase coincide con la fase de la oscilación de la portadora (Fig. 3).
Con modulación de frecuencia y fase, la longitud del vector U permanece constante. Su posición en el plano cambia con el tiempo. El vector parece oscilar con respecto a su posición original. El ángulo de desviación df se denomina desviación de fase. La desviación de frecuencia df de su valor nominal fo se denomina desviación de frecuencia. La diferencia entre la modulación de frecuencia y de fase es que con la modulación de fase se produce un cambio instantáneo en el ángulo de fase de acuerdo con la ley de un cambio en una señal de baja frecuencia, y con la modulación de frecuencia, la frecuencia instantánea cambia de acuerdo con esta ley. Es posible determinar si una señal dada está modulada en frecuencia o modulada en fase solo si se conoce la ley de cambio de la señal de baja frecuencia. Entre ambos tipos de modulación existe una relación matemática bien definida. En ambos casos, el vector correspondiente a la señal modulada no gira alrededor de su origen de manera uniforme, sino con cierta velocidad angular variable. Hemos considerado la modulación con una señal de baja frecuencia (un tono). De interés es el caso cuando la señal moduladora no es un armónico simple, sino más complejo, por ejemplo, que contiene tres o más frecuencias. En este caso, no se habla de frecuencias laterales, sino de bandas laterales de modulación. Cuando es modulada por una señal de voz que representa una oscilación compleja con un amplio espectro de frecuencias, se forman bandas laterales inferior y superior. Si la frecuencia de modulación más baja es Fmin y la más alta Fmax, entonces todo el espectro ocupado por la señal modulada en amplitud (AM) será igual a 2Fmax (Fig. 4).
El estudio de las señales de oscilación AM muestra que la información útil se encuentra en cualquiera de las dos bandas laterales de modulación y la portadora no tiene información útil. En el transmisor, una parte importante de la potencia se gasta en la portadora, lo que hace que la modulación AM sea ineficaz. Obviamente, para transmitir la información necesaria, podemos limitarnos a transmitir solo una de las bandas laterales. La portadora se puede recuperar en el receptor utilizando un oscilador local de baja potencia local. En este caso, no solo se ahorrará la energía gastada en alimentar el transmisor, sino que también se estrechará la banda de frecuencia que ocupa la señal. También existe cierto interés en la transmisión de dos bandas laterales sin portadora (DSB) y una banda lateral con portadora. Por lo tanto, considerando la modulación de banda lateral única (SWM), también tocaremos estos tipos de modulación. En la fig. 5 es un diagrama de frecuencias del espectro original de la señal cantada de nuevo, AM, DSB, SSB con portadora y SSB sin portadora. Se puede formar una señal de banda lateral única mientras se mantiene la posición relativa de los componentes de frecuencia del espectro, como se muestra en la Fig. 5f y 5d o con cambio de espectro (inversión) (Fig. 5e y 5g). En el primer caso, el espectro de señal de banda lateral única se denomina banda lateral superior o espectro normal, en el segundo caso, banda lateral inferior o espectro invertido.
La figura 6 muestra diagramas vectoriales de AM, DSB, SSB con portadora y SSB sin portadora cuando se modula con un espectro que consta de dos componentes de frecuencia W1 y W2. El vector portador está inhibido. Para AM (Fig. 6a) tenemos un vector portador y dos pares de vectores correspondientes a dos frecuencias laterales superiores y dos inferiores. El vector resultante está en fase con el vector portador.
Con DSB (Fig. 6b) no hay vector portador. Por lo tanto, el vector resultante coincide con el vector de la portadora suprimida o está dirigido en la dirección opuesta, es decir, está desfasado 180 °. La figura muestra el caso cuando el vector resultante está dirigido en la dirección opuesta. En la fig. 6c muestra un diagrama de una señal de banda lateral única con una portadora. Ambos componentes de la banda lateral superior están representados por dos vectores que giran en la misma dirección con velocidades angulares W1 y W2. El vector total con la velocidad angular (W1+W2)/2, sumado al vector portador, forma el vector resultante v. Como se puede ver en el gráfico, este vector "oscila" con respecto a su posición original y cambia su longitud. Así, en el caso de modulación de banda lateral única con portadora, existe una modulación combinada de amplitud-frecuencia. La figura 6d muestra un diagrama vectorial de una señal de dos tonos de banda lateral única. El vector resultante en este caso es un vector que gira en (W1+W2)/2 en sentido antihorario. Dado que uno de los vectores "alcanza" al otro todo el tiempo, la amplitud del vector resultante cambia. De esto también podemos concluir que la modulación de banda lateral única es una modulación combinada de amplitud y frecuencia. Los estudios muestran que con la modulación de banda lateral única, la amplitud cambia de acuerdo con la ley de cambiar las amplitudes instantáneas de la señal de modulación y la frecuencia, de acuerdo con la ley de cambiar su frecuencia instantánea. Las características temporales de las señales discutidas anteriormente juegan un papel práctico muy importante, ya que deben encontrarse cuando se configuran excitadores SSB usando un osciloscopio. Por lo tanto, primero consideraremos en detalle las características temporales durante la modulación con un tono (Fig. 7) y luego con dos tonos (Fig. 8).
La señal de baja frecuencia sinusoidal original se muestra en la Fig. 7a. El diagrama de señal de AM (Fig. 7b) es fácil de construir utilizando el diagrama vectorial de la Fig.3. La fase de la envolvente de la señal AM coincide con la fase de la señal original durante todo el período de modulación. La figura 7c muestra un diagrama de una señal bidireccional, construida de acuerdo con la figura 2, pero con un vector portador igual a cero. Los vectores que giran en direcciones opuestas dos veces en una revolución (durante el período T=1/F) se suman aritméticamente y se compensan dos veces. Por lo tanto, el módulo del vector resultante cambia sinusoidalmente, y la fase durante la mitad del período de la señal de modulación coincide con la fase de la portadora suprimida, durante la otra mitad se invierte. Dado que la amplitud es un valor positivo, la envolvente de una señal bidireccional sin portadora es una sinusoide, cuya mitad negativa gira 180° alrededor del eje del tiempo. El llenado de alta frecuencia del oscilograma es una oscilación de frecuencia fo, cuya fase se invierte cuando la tensión de modulación pasa por cero. Usando el mismo diagrama vectorial de la forma de onda AM, pero descartando uno de los vectores correspondientes a la banda lateral, puede construir fácilmente una forma de onda de una señal de banda lateral única con una portadora. La envolvente en este caso tampoco se corresponde con la señal original, y la distorsión de la envolvente será mayor cuanto más profunda sea la modulación. La línea punteada de la figura muestra la envolvente al XNUMX% de modulación. El ciclo de trabajo cambia durante el período de baja frecuencia. La figura 7, e muestra un diagrama de una señal de banda lateral única sin portadora. El diagrama es una señal sinusoidal ordinaria, (línea recta envolvente), con una amplitud constante, con una frecuencia de wo+F o wo-F. Cuanto más profunda sea la modulación, mayor será la amplitud de la señal. Considere los diagramas de tiempo de una señal de dos frecuencias. Para simplificar la construcción, tomamos dos señales con la misma amplitud y múltiples frecuencias F1 y F2=3F1. En la Fig. 8a, la línea continua muestra la señal moduladora, que incluye oscilaciones con las frecuencias indicadas. La Figura 8b muestra un diagrama de una señal modulada en amplitud. Su envolvente corresponde a la señal moduladora.
El diagrama de una señal de dos bandas laterales sin portadora (Fig. 8c) se puede construir razonando de la misma manera que en el caso de una señal de una sola frecuencia. Durante los momentos en que el voltaje de modulación es positivo, la fase de la envolvente corresponde a la fase del voltaje de modulación y la fase del relleno de alta frecuencia coincide con la fase de la portadora suprimida. Con un voltaje de modulación negativo, las fases de la envolvente y el relleno de alta frecuencia se invierten. La frecuencia de llenado en ambos casos es igual a la frecuencia portadora f0. El diagrama de temporización de una señal de banda lateral única de dos tonos puede construirse y analizarse consultando el diagrama correspondiente de la Fig. 6. En nuestro caso, los vectores que giran a la velocidad W1=2pF1 y W2=2p(3F1)=3W1 tienen la misma amplitud, por lo que el vector resultante girará uniformemente a la velocidad W2=(W1+3W1)/2=2W En el momento inicial, cuando ambos vectores coincidan, la longitud del vector resultante será máxima. Por lo tanto, la amplitud de la envolvente será el doble de la magnitud de las amplitudes de cada uno de los componentes de alta frecuencia. Durante una revolución del vector, cuya velocidad angular es W1, el vector con la velocidad angular W2 = W3 "alcanzará" al primer vector dos veces y se dirigirá en la dirección opuesta dos veces. De acuerdo con esto, la longitud del vector resultante para el periodo T1=1/F será tres veces igual al doble de la amplitud de las oscilaciones de alta frecuencia y dos veces igual a cero. El diagrama de tiempo para este caso se muestra en la Fig. 8d. La frecuencia de llenado de alta frecuencia es igual a fo+F3=fo+2F1. Cabe señalar que en el espectro de oscilaciones que se muestra en la Fig. 8, no hay oscilaciones con la frecuencia de "relleno", es decir, con la frecuencia portadora. Además, no hay oscilación compleja en el espectro, cuyo diagrama de tiempo se muestra en la Fig. 8d, del componente de frecuencia fo + 2F. Con la detección de amplitud de las señales discutidas anteriormente, la salida del detector tendrá un voltaje correspondiente a la envolvente de oscilaciones de alta frecuencia. En el caso de AM, la envolvente repite la señal original, por lo que la salida del detector será la señal moduladora de baja frecuencia original. La detección de una señal portadora de banda lateral única también dará como resultado una salida del detector de voltaje correspondiente a la envolvente. Pero, dado que la propia envolvente no reproduce con precisión la señal de modulación, el producto de detección también será una señal distorsionada, y cuanto más profunda sea la modulación, mayor será la distorsión. Está claro que la detección DSB o SSB convencional producirá solamente distorsión. Por ejemplo, cuando se modula con un solo tono F, la detección de DSB dará como resultado una señal 2F1 y sus armónicos, mientras que la detección de SSB solo producirá un componente de CC. La detección de DSB y SSB, como se indicó anteriormente, se realiza utilizando un oscilador local que restaura la portadora. Es interesante señalar que la recuperación de la frecuencia portadora en el caso de DSB debe realizarse con una precisión de fase (a menos, por supuesto, que el receptor pase por ambos lados). De lo contrario, aparecen fenómenos no deseados. El proceso de detección se ilustra mediante un diagrama vectorial (Fig. 9), en el que la portadora restaurada difiere en fase de la portadora suprimida en algún ángulo f. Al mismo tiempo, el cambio en la longitud del vector total se vuelve más pequeño, como resultado de lo cual disminuye el efecto de detección. Cuando la fase se desplaza en un ángulo f=90°, la detección de amplitud no generará ningún voltaje de baja frecuencia en la salida.
En principio, la detección de SSB con una portadora recuperada en el receptor no difiere de la detección de una señal de banda lateral única con una portadora no suprimida. Sin embargo, la forma de la señal de salida (envolvente) en este caso, como se encontró anteriormente, se ve afectada por la relación entre la amplitud de la señal del oscilador local y la amplitud de la señal detectada. Obviamente, la distorsión será insignificante cuando la amplitud del voltaje del oscilador local sea muchas veces mayor que la amplitud de la señal detectada. Esto se puede ver considerando el diagrama de tiempo de una señal de banda lateral única con una portadora sin suprimir (Fig. 7d). Autor: L. Labutin (UA3CR); Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Comentarios sobre el artículo: Georgy ¿Cómo pasará por el aire una señal de baja frecuencia sin portadora? Después de todo, una señal de baja frecuencia no pasa por el aire.
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