Рис. 11. Несущая 100 МГц с амплитудной модуляцией, wм=0±1 кГц, разрешенная полоса wр=±5 кГц.
3.1.1. Частотное разделение каналов (частотное уплотнение линии связи).
Типичная для телеметрии несущая частота 230 МГц может быть использована с полосой ±320 кГц (стандарты ВМФ н ВВС США). Это означает, что при использовании ее в амплитудной модуляции (AM) информация, которую можно передать без искажений, может иметь ширину полосы 320 кГц. Однако большинство приложений телеметрии оперирует сигналом с гораздо более узкой полосой. Для определенности положим, что ширина полосы частот сигнала составляет 4 кГц. Вместо непосредственной модуляции этим сигналом несущей 230 МГц можно сначала модулировать поднесущую с частотой, к примеру, 32 кГц. Модуляция поднесущей образует сигнал с частотой 32 ± 4 кГц (в случае AM). Промодулированной поднесущей можно теперь модулировать несущую 230 МГц. На рис. 12 показаны частотные полосы, использованные в такой передаче. Остальная часть полосы ±320 кГц не используется. Имеется возможность использовать и другую поднесущую, например 44 кГц, для другого источника данных с аналогичной полосой и получить модулированную поднесущую 44 ± 4 кГц (показанную штриховыми линиями на рис. 12). Очевидно, что можно заполнить разрешенную полосу частот ± 320 кГц большим числом поднесущих, переносящих информацию от большого числа источников. В этом примере полоса частот информации была произвольно ограничена значением 4 кГц. Можно отметить, что модулированные поднесущие отделяет неиспользованная полоса (здесь 4 кГц), 32 ± 4 кГц (полоса от 28 до 36 кГц) и 44 ± 4 кГц (от 40 до 48 кГц), т. е. имеется пустой интервал 4 кГц между высшей частотой нижней поднесущей (36 кГц) и низшей частотой верхней поднесущей (40 кГц). Это отделение необходимо, чтобы предотвратить взаимные помехи между каналами и позволить осуществить разделение поднесущих на приемном конце системы. Рассмотренный пример представляет собой АМ/АМ-телеметрическую систему, где как поднесущая, так и несущая являются амплитудно-модулированными.
Рис. 12. Поднесущие: несущая частота 230МГц, полоса поднесущей ±4 кГц.
Уплотнения в два раза можно достигнуть благодаря использованию передачи на одной боковой полосе, т. е. передачи сигнала модулированной поднесущей, состоящего только из верхней полосы 32— 36 кГц или из нижней полосы 28—32 кГц. Всякий раз, когда это возможно, используется такая однополосная передача. На рис. 13 показан ряд частотных фильтров, которые требуются при разделении каналов с двумя боковыми полосами (рис. 12).
Рис. 13. Фильтрация при частотном разделении.
Здесь F1, F2 и F3 — три поднесущие, a Df1,Df2 и Df3 — полосы частот этих поднесущих (в данном случае ±4 кГц = 8 кГц). Для обеспечения минимального взаимного влияния необходимо, чтобы точка пересечения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) фильтров была бы на 80 дБ ниже максимума. Необходимо подчеркнуть, что Df1,Df2 и Df3 не обязательно должны быть одинаковыми: их значения определяются характером информации. На рис. 14 приведена упрощенная функциональная схема трехканальной системы связи с частотным разделением.
Рис. 14. Частотное разделение. Функциональная схема передатчика и приемника с тремя каналами.
Каждый источник данных модулирует поднесущую определенной частоты. Источник № 1 связан с поднесущей частотой F1 и т. д. Все модулированные поднесущие затем объединяются смесителем для модуляции несущей и передаются к приемнику. Приемник воспроизводит исходный сигнал, который модулировал несущую, а именно набор поднесущих. Поднесущие разделяются набором частотных фильтров, каждый из которых создает полосу пропускания, согласующуюся с определенной поднесущей. Фильтр 1 пропускает полосу частот вокруг центральной частоты F1 поднесущей 1 и т. д. (рис. 13). Выходной сигнал каждого фильтра состоит из амплитудно-модулированной поднесущей, модулирующий сигнал которой соответствует определенному источнику данных. Отметим, что в схеме используются два детектора. Первый «детектирует» или воспроизводит модуляцию несущей, в то время как второй восстанавливает модуляцию поднесущей. Этого и следовало ожидать, так как система состоит из двух последовательных амплитудных модуляции (АМ/АМ). Таким образом, имеется система связи, в которой для каждого источника данных предназначен определенный диапазон частот. Для обеспечения приема на двойной полосе каждый фильтр должен обладать полосой пропускания для двух частотных диапазонов, соответствующих верхней и нижней боковой полосе. Обе боковые полосы определенного капала затем объединяются для образования выходного сигнала этого канала.
Система, рассмотренная выше, является АМ/АМ-системой. Другие схемы модуляции, такие, как AМ/ЧМ или ЧМ/ЧМ, часто используются в телеметрии.
Использование спектра радиочастот для телеметрии и других приложений регулируется различными правительственными учреждениями США. Комиссия по радиодиапазонам (IRIG) выпустила набор стандартов для телеметрии, пересмотренный в мае 1973 г. Обсудим некоторые из этих стандартов, имеющие отношение к ЧМ/ЧМ-системам телеметрии.
Для применений телеметрии предназначен 21 канал с центрами поднесущей, расположенными в пределах от 400 Гц до 165 кГц. Подробные сведения о всех несущих приведены в таблице на рис. 15.
Канал
Центральная частота, Гц
Нижняя граница девиации, Гц
Верхняя граница девиации, Гц
Номинальная полоса частот, Гц
Номинальное время нарастания, мс
Максималь-ная полоса частот, Гц
Минимальное время нарастания, мс
Каналы ±7,5 %
1
400
370
430
6
58
30
11,7
2
560
518
602
8
42
42
8,33
3
730
675
785
11
32
55
6,40
4
960
886
1032
14
42
72
4,86
5
1300
1202
1398
20
18
98
3,60
6
1700
1572
1828
25
14
128
2,74
7
2300
2127
2473
35
10
173
2,03
8
3000
2775
3225
45
7,8
225
1,56
9
3900
3607
4193
59
6,0
293
1,20
10
5400
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
