AM 송신기의 구조와 원리

AM 송신기란

AM 송신기는 DSB 송신기를 주로 말하며 음성 등의 신호파로 진폭을 변조한 후, 반송파를 중심으로 양측에 생긴 측파대를 송신하는 장치이다. 

DSB(AM) 송신기의 구성과 동작방식


수정발진기

  • 발진기에서 일정한 주파수를 발생시기키 위해 사용함.
  • 10㎒ 이상의 발진은 매우 어려움

완충증폭기

  • A급 증폭기로 발진기가 부하의 영향으로 발진주파수가 변동되는 것을 방지하기 위해 사용 

주파수체배기

  • 수정발진기의 발생 주파수를 높이려면 수정을 최대한 얇게 제작해야 하는데 실제로는 한계가 있음. 
  • 주파수체배기는 입력 주파수를 정수배(x1, x2, x3)로 출력하는 역할을 한다.
  • 완충증폭기와 전력증폭기 사이에 위치함

전력증폭기

  • 주파수체배기를 거친 주파수를 원하는 공중선 전력까지 증폭하는데 사용하는 장치
  • 여러개의 전력증폭기를 배치해 원하는 전력까지 증폭한다 
  • 다음의 조건이 반드시 필요함
    • 스퓨리어스 발사가 적을 것
    • 전력 효율이 좋을 것
    • C급으로 동작
    • 스퓨리어스 발사를 억제하기 위해 동조회로의 Q를 높일 것
    • 차폐(Shield)를 완전히 할 것 

DSB 변조



DSB의 변조(주파수에 소리나 신호를 담는 것)는 위의 그림과 같은 형태로 이루어짐. 
반송파(carrier frequency)와 신호파(signal frequency)를 변조회로에 넣어 피변조파를 생성하는 방식.
이때 DSB의 경우, 반송파를 중심으로 아래쪽과 위쪽에 각각 동일한 형태의 신호파가 생성됨.

이 결과 반송파 주파수 fc에 대해 fc - fs와 fc + fs의 두개의 주파수 뭉치가 생기며, fc - fs를 하측파대(LSB, Lower Signal Band), fc + fs를 상측파대(USB, Upper Signal Band)라고 부른다.

DSB의 변조도

변조도란 신호파(fs)가 반송파(fc)에 얼마나 영향을 주는지 나타내는 척도이며, M으로 표기하며 백분율로 나타내면 변조율이라고 부른다. 


이때 M = 1 이면 변조도 100%이며, M > 1 이면 과변조라고 부르며 수신불능상태 또는 불요반사(unwanted emission)가 된다. 

DSB 변조파의 전력

이때 변조파의 전력은 다음과 같다. 

반송파(Fc)

상측파(USB)

하측파(LSB)

1

1/4

1/4


또한 이때 변조파의 전류는 다음과 같다. 



SSB(AM) 송신기의 구성과 동작방식


SSB (Single Side Band) 변조방식은 다음 두 가지 방식으로 나뉜다:
  • 억압반송파 (J3E) : 반송파(Carrier)뿐만 아니라 LSB나 USB중 하나를 추가로 제거해서 하나의 반송파만 남기는 방식
  • 전반송파 (H3E) : 반송파는 남겨두고 LSB나 USB중 하나만 제거하는 방식 
SSB 송신기는 이런 두 가지 방식을 이용하기 위해 다음의 구조를 가진다. 


이때 변조회로(위 그림의 평형 변조기 부분)는 어떤 것을 쓰느냐에 따라 억압반송파(J3E)가 되거나 전반송파(H3E)가 된다. 

평형변조회로(Balanced Modulation Circuit) - J3E에 사용 


링 변조회로(Ring Modulation Circuit) - H3E에 사용


링 변조회로는 다음의 특징을 갖는다 :
  • 소형이고 물리적으로 견고함
  • 전원이 불필요해서 전원전압에 의한 변동을 받지 않음
  • 변조에 필요한 전력이 적어도 상관없음
  • 복조기로도 사용됨
  • 증폭작용이 없으므로 출력이 작음
  • 다이오드가 주위 온도의 변화에 영향을 받음

SSB 변조부

변조된 신호는 이미 반송파가 있거나 없는 상태이며, 이것을 대역필터(BSF, Band Pass Filter)에 통과시켜 LSB나 USB중 하나만 남긴다. 

주파수 변환부

국부발진기를 포함한 주파수 혼합부(Mixer)는 신호를 보내고 싶은 주파수 대역으로 변환시키는 장치이다.

여진증폭기

완전히 변환된 주파수를 전력증폭기에 보내기 전, 전력 증폭기에서 받아들일 수 있는 수준으로 증폭시키는 역할을 한다. 

전력증폭기

여진증폭기에서 증폭된 주파수를 필요한 전력까지 증폭시켜 공중선(안테나)로 공급하는 역할이다. 

፠ 여진증폭기와 전력증폭기는 주파수의 외곡을 최소화하기 위해 A급, AB급 증폭기를 사용하고 대전력인 경우 B급 증폭을 사용한다 (C급은 쓰지 않는다!)

SSB의 특징

장점

  • 편측파대만 이용하므로 점유주파수대폭이 DSB(AM)의 절반이 되어 채널이 2배로 증가한다.
  • 반송파가 없어 송신시에만 전파가 발사되므로 혼신이 경감된다 (비트방해가 없다)
  • 편측파대만 이용하고 송신시에만 전파가 발사되므로 송신전력이 절약된다. 
    (DSB에 비해 전력비는 1/4, 6dB감소한다)
  • 수신측의 신호대잡음비(S/B)가 개선된다
  • 대역폭이 절반이라 선택성 페이딩 영향이 적다
  • 다중통신이 용이하고, 일반 라디오 수신기로는 수신이 불가능하므로 약간의 비화성이 있다. 

단점

  • 잡음이 심한 지역에서 수신시, DSB방식에서 나타나는 반송파에 의한 잡음 억압효과가 없어 음성과 잡음이 교대로 수신되는 경우가 있다. 
  • 송수신기가 복잡해진다
  • 송수신기의 조정이 어렵다
  • 고충실도의 사용이 어렵다
    (주파수가 잘 맞지 않으면 말소리가 앵앵거린다) 

SSB 송신기의 부가장치

스피치 클리퍼(Speech Clipper)

SSB변조기는 입력되는 음성신호의 강도에 비례해 출력이 변함. 그래서 강한 피크 입력이 있으면 주파수의 찌그러짐이 생겨 다른 증폭기까지 영향을 미침. 이로인해 : 
  • 과변조에 의한 변조 찌그러짐
  • 발사전파의 점유주파수대폭이 증가해 다른 통신에 방해를 줌
  • TVI / BCI를 유발할 수 있음 
스피치 클리퍼는 변조에 영향을 줄 수 있는 강한 신호입력을 잘라냄(클리핑, Clipping).
보통 음성증폭기와 평형변조기 사이에 설치해 평형변조기로 피크 신호가 들어가지 못하게 함. 

톤 발진기(Tone Oscillator)

SSB 송신기는 음성입력이 있어야 이후 모든 회로가 작동하므로 음성입력이 없으면 아예 전파의 발생이 없음. 그래서 A1이나 CW 발신, 그리고 송신기 조정시 1,500㎐정도의 저주파발진기를 이용해 평형변조기에 일정 진폭의 신호파를 공급해 전파를 발사하기 위한 목적으로 사용됨. 

반송파 첨가장치


상대 무선국이 SSB(J3E) 수신이 불가능할 경우 최종 변조파에 반송파를 다시 첨가해 SSB(H3E)로 만들어주는 장치. 
위 회로도와 같이 반송파 발진기에서 출력 일부를 BSF이후에 추가해준다. 

자동레벨조정회로(Automatic Level Control, ALC)

전력증폭기에 들어오는 신호의 입력 수준을 검출해 일정수준 이상의 입력이 들어오는 경우 앞 부분의 증폭기 이득을 자동적으로 줄여 출력파형의 찌그러짐을 억제하기 위한 회로. (스피치 클리퍼와 ALC는 다른 것이다!) 
주로 부궤환 원리를 이용함. 


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