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無線電子工学および電気工学の百科事典 SSBとは何ですか？ 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
アマチュア無線コードで採用されている単側波帯変調（SSB）の略称は、英語の単側波帯、つまり片側波帯に由来します。 単側波帯変調の検討に進む前に、一般的な変調とは何かを思い出します。 同時に、当面はその実装方法については触れません。 変調は、別の信号の影響下で特定の信号の XNUMX つまたは複数のパラメーターを変更するプロセスです。 変調信号は通常、次の式で表される最も単純な振動を表します。u=Ucos(wot+fo)、ここで、U は振幅です。 wo=2pfo - 角周波数; fo - 初期段階。 t - 時間。 このような信号のパラメータは、振幅 U、周波数 w® (または fo)、および位相 fo です。 これらのパラメータの XNUMX つに影響を与える低周波信号 X(t) は、変調信号と呼ばれます。 このような信号の影響を受けるパラメータに応じて、振幅、周波数、位相の XNUMX 種類のモジュレーションがあります。 変調された振動を分析するために、信号に関する XNUMX つの異なる考え方を使用します: 時間、スペクトル (周波数)、およびベクトルです。 これらの表現に従って、コサイン (または正弦波) 振動。 図に図１に示すように、時間ｔを横軸にプロットし、振幅Ｕの瞬時値を縦軸にプロットする。 図１ｂでは、横軸は周波数ｆ ＝ ｗ ／ ２ｐを示し、縦軸は振幅を示している。 このグラフでは、正弦波振動がy軸に平行な直線セグメントとして表されています。 セグメントの長さは振動振幅Uに対応し、横軸上の位置は周波数foに対応します。 図1では、正弦波振動は角速度で反時計回りに回転するベクトルとして表されています。 wo=2pfo=2p/To、 ここで、To は発振周期です。 ベクトルの長さは振幅 U に対応し、角度 fo は時間のカウントを開始する初期位相に対応します。 変調信号に関する XNUMX つの考え方はすべて完全に同等であることに注意してください。 最も適切な場合は、これらの各ビューまたは複数のビューを並行して使用します。 振幅変調を考えてみましょう。 この場合、高周波発振の振幅 U は、送信された低周波信号 Um=U+dUx(t) に従って時間とともに変化します。ここで、dU は、変調信号の影響の強さを特徴付ける定数値です。振幅。 振幅 Um の値を最初の式に代入すると、次のようになります。
変調度を特徴付ける比 dU/U=m は、変調係数と呼ばれます。 変調信号が法則に従って変化する場合 X(t)=cosWt、 ここで、W=2pF、F は変調信号の周波数です。初期位相 fo がゼロに等しいと考えると、 u=U(1+m cosWt)coswot。 括弧を展開して変換を実行すると、次のようになります。
最後の式は、XNUMX つのコサイン波形、つまり周波数 fo での元の波形 (位相 fo を除く)、または fo+F でのいわゆるキャリア波形 (上側波帯周波数) と fo-F での波形 (下側波帯) の合計です。周波数。 横振動の振幅は互いに等しく、搬送波の振幅と変調度に比例します。 図上。 図２ａは、図２から分かるように、変調信号および変調信号の時間、スペクトルおよびベクトル図を示す。 図２ｂに示されるように、変調された振動の包絡線は元の信号を完全に繰り返す。
図 2.e のベクトル図は、少し異なる方法で提示する方が便利です。 観測者がキャリア ベクトルの速度で図面の平面内で回転する場合、このベクトルは静止しているように見え、上側周波数と下側周波数に対応するベクトルは角速度 W で反対方向に回転します。結果として得られるベクトルの振幅は、低周波の法則に従って時間とともに変化し、位相はキャリア振動の位相と一致します（図3）。
周波数変調と位相変調では、ベクトル U の長さは一定のままです。 平面上の位置は時間とともに変化します。 ベクトルは元の位置に対して振動しているように見えます。 このずれ角 df を位相ずれと呼びます。 その公称値 fo からの周波数偏差 df は、周波数偏差と呼ばれます。 周波数変調と位相変調の違いは、位相変調では、低周波信号の変化の法則に従って位相角の瞬間的な変化が発生し、周波数変調では、この法則に従って瞬間的な周波数が変化することです。 低周波信号の変化の法則がわかっている場合にのみ、特定の信号が周波数変調されているか位相変調されているかを判断できます。 両方のタイプの変調の間には、明確に定義された数学的関係があります。 どちらの場合も、変調信号に対応するベクトルは、その原点を中心に一様に回転するのではなく、ある程度の可変角速度で回転します。 2つの低周波信号（4トーン）による変調を考えました。 興味深いのは、変調信号が単純な高調波ではなく、より複雑な、たとえば XNUMX つ以上の周波数を含む場合です。 この場合、側周波数ではなく、変調側波帯について話します。 広い周波数スペクトルを持つ複雑な振動を表す音声信号によって変調されると、下側波帯と上側波帯が形成されます。 最低の変調周波数が Fmin、最高が Fmax の場合、振幅変調信号 (AM) が占めるスペクトル全体は XNUMXFmax に等しくなります (図 XNUMX)。
AM発振信号の研究は、有用な情報がXNUMXつの変調側波帯のいずれかにあり、搬送波には有用な情報がないことを示しています。 送信機では、電力の大部分が搬送波に費やされるため、AM 変調が無効になります。 明らかに、必要な情報を送信するには、側波帯の XNUMX つだけを送信するように制限できます。 搬送波は、局所的な低電力局部発振器を使用して受信機で再生できます。 この場合、送信機への電力供給に費やされるエネルギーが節約されるだけでなく、信号が占有する周波数帯域も狭くなります。 搬送波のない XNUMX つの側波帯 (DSB) と搬送波のある XNUMX つの側波帯の送信にも関心があります。 したがって、単側波帯変調 (SWM) を考慮して、これらのタイプの変調についても触れます。 図上。 図５は、再歌われた信号、ＡＭ、ＤＳＢ、搬送波を有するＳＳＢおよび搬送波を有さないＳＳＢの元のスペクトルの周波数図である。 図5に示すように、スペクトルの周波数成分の相対位置を維持しながら、単側波帯信号を形成できます。 5fおよび5d、またはスペクトルの反転（反転）を使用（図5eおよび5g）。 前者の場合、単側波帯信号スペクトルは上側波帯または通常スペクトルと呼ばれ、後者の場合、下側波帯または逆スペクトルと呼ばれます。
図 6 は、1 つの周波数成分 W2 と W6 からなるスペクトルで変調されたときの AM、DSB、キャリア付き SSB とキャリアなし SSB のベクトル図を示しています。 キャリアベクターが阻害されます。 AM (図 XNUMXa) の場合、キャリア ベクトルと、XNUMX つの上側周波数と XNUMX つの下側周波数に対応する XNUMX 組のベクトルがあります。 結果のベクトルは、搬送波ベクトルと同相です。
DSB（図6b）では、キャリアベクトルはありません。 したがって、結果のベクトルは、抑制されたキャリアのベクトルと一致するか、反対方向に向けられます。つまり、位相が180°シフトします。 この図は、結果のベクトルがちょうど反対方向に向けられている場合を示しています。 図上。 図６ｃは、搬送波を伴う単側波帯信号の図を示す。 上側波帯の両方の成分は、角速度 W6 および W1 で同じ方向に回転する 2 つのベクトルによって表されます。 角速度 (W1+W2)/2 を含む合計ベクトルがキャリア ベクトルに加算され、結果としてベクトル v が形成されます。 グラフからわかるように、このベクトルは元の位置に対して「スイング」し、長さが変化します。 したがって、搬送波による単側波帯変調の場合、振幅周波数変調が組み合わされます。 図 6d は、単側波帯ツートーン信号のベクトル図を示しています。 この場合の結果のベクトルは、(W1+W2)/2 で反時計回りに回転するベクトルです。 一方のベクトルが他方のベクトルに常に「追いつく」ため、結果として生じるベクトルの振幅が変化します。 このことから、単側波帯変調は振幅と周波数を組み合わせた変調であると結論付けることもできます。 研究によると、単側波帯変調では、振幅は変調信号の瞬間振幅の変化の法則に従って変化し、周波数は瞬間周波数の変化の法則に従って変化します。 オシロスコープを使用して SSB エキサイターを設定する際に遭遇する必要があるため、上記の信号の時間的特性は非常に重要な実用的な役割を果たします。 したがって、最初に 7 つのトーン (図 8)、次に XNUMX つのトーン (図 XNUMX) で変調中の時間特性を詳細に検討します。
元の正弦波低周波信号を図 7a に示します。 AM 信号図 (図 7b) は、図 3 のベクトル図を使用して簡単に作成できます。 AM 信号のエンベロープの位相は、変調期間全体で元の信号の位相と一致します。 図７ｃは、図２に従って構築された双方向信号の図を示すが、搬送波ベクトルはゼロに等しい。 7 回転 (T=2/F 周期) で逆方向に 1 回回転するベクトルが算術加算され、180 回補正されます。 したがって、結果のベクトルの係数は正弦波状に変化し、変調信号の周期の半分の位相は抑圧された搬送波の位相と一致し、残りの半分の位相は反転します。 振幅が正の値であるため、搬送波のない双方向信号の包絡線は正弦波となり、その負の半分が時間軸を中心に XNUMX°回転します。 オシログラムの高周波充填は周波数 fo の振動であり、変調電圧がゼロを通過すると位相が反転します。 AM 波形の同じベクトル図を使用して、側波帯に対応するベクトルの XNUMX つを破棄すると、搬送波を持つ単側波帯信号の波形を簡単に作成できます。 この場合のエンベロープも元の信号に対応しておらず、変調が深くなるほどエンベロープの歪みが大きくなります。 図の点線は、XNUMX% 変調時のエンベロープを示しています。 デューティ サイクルは、低周波数期間中に変化します。 図 7e は、搬送波のない単側波帯信号の図を示しています。 図は通常の正弦波信号 (エンベロープ直線) で、振幅は一定で、周波数は wo+F または wo-F です。 変調が深いほど、信号の振幅が大きくなります。 1 周波数信号のタイミング図を考えてみましょう。 構造を単純化するために、同じ振幅と複数の周波数 F2 および F3=1F8 を持つ 8 つの信号を使用します。 図XNUMXaでは、実線は変調信号を示しており、これには指定された周波数の振動が含まれています。 図 XNUMXb は、振幅変調信号の図を示しています。 そのエンベロープは変調信号に対応します。
搬送波のない両側波帯信号の図 (図 8c) は、単一周波数信号の場合と同じように推論して作成できます。 変調電圧が正の場合、エンベロープの位相は変調電圧の位相に対応し、高周波フィルの位相は抑圧された搬送波の位相と一致します。 負の変調電圧では、エンベロープと高周波フィルの位相が逆になります。 両方の場合の充填周波数は、キャリア周波数 f0 に等しくなります。 6 トーン単側波帯信号のタイミング図は、図 1 の対応する図を参照して作成および分析できます。 この場合、速度 W2=1pF2 と W2=3p(1F3)=1WXNUMX で回転するベクトルは同じ振幅を持つため、結果のベクトルは速度で一様に回転します。 W2=(W1+3W1)/2=2W 最初の瞬間、両方のベクトルが一致すると、結果として得られるベクトルの長さは最大になります。 したがって、エンベロープの振幅は、各高周波成分の振幅の 1 倍になります。 角速度が W2 であるベクトルが 3 回転する間に、角速度 W1=W1 のベクトルは最初のベクトルに XNUMX 回「追いつき」、XNUMX 回反対方向に向かうことがわかります。 これに従って、期間 TXNUMX=XNUMX/F の結果として得られるベクトルの長さは、高周波発振の XNUMX 倍振幅の XNUMX 倍に等しく、XNUMX 倍はゼロに等しくなります。 この場合のタイミング図を図 8d に示します。 高周波充填の周波数はfo+F3=fo+2F1となります。 図８に示される発振のスペクトルには、「充填」周波数、すなわち搬送周波数による発振が存在しないことに留意されたい。 また、周波数成分fo + 8Fのスペクトルには複雑な振動はなく、その時間図が図8dに示されている。 上記の信号の振幅検出では、検出器の出力は高周波振動のエンベロープに対応する電圧を持ちます。 AMの場合、エンベロープは元の信号を繰り返すため、検出器の出力は元の低周波信号を変調しているように見えます。 単側波帯の搬送波信号を検出すると、エンベロープに対応する電圧検出器の出力も得られます。 ただし、エンベロープ自体は変調信号を正確に再現しないため、検出積も歪んだ信号になり、変調が深いほど歪みが大きくなります。 従来のDSBまたはSSB検出では歪みのみが発生することは明らかです。 たとえば、単一のFトーンで変調された場合、DSB検出は2F1信号とその高調波を生成しますが、SSB検出はDC成分のみを生成します。 前述のように、DSB および SSB の検出は、搬送波を復元するローカル オシレータを使用して実行されます。 DSB の場合のキャリア周波数の回復は、位相の精度で実行する必要があることに注意してください (もちろん、受信機が両側を通過しない限り)。 そうしないと、不要な現象が発生します。 検出プロセスは、ベクトル図 (図 9) で示されます。ここで、復元されたキャリアは、抑圧されたキャリアと位相が角度 f だけ異なります。 同時に、総ベクトルの長さの変化が小さくなるため、検出効果が低下します。 位相が角度 f=90° だけシフトすると、振幅検出は出力に低周波電圧を与えません。
受信機でキャリアが再生された SSB の検出は、基本的に、キャリアが抑圧されていない単側波帯信号の検出と同じです。 ただし、この場合の出力信号 (エンベロープ) の形状は、上で確認したように、局部発振器信号の振幅と検出信号の振幅の比の影響を受けます。 明らかに、局部発振器の電圧の振幅が検出信号の振幅よりも何倍も大きい場合、歪みは重要ではありません。 これは、抑制されていない搬送波を含む単側波帯信号のタイミング図を考慮するとわかります (図 7d)。 著者: L.ラブティン (UA3CR); 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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