Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Как известно из курса нТеория электрической связи», при модуляции одним тоном спектры ФМ и ЧМ колебаний линейчатые, содержат составляющую средней частоты в и бесконечное множество составляющих боковых частот (вв 1 рй, р = 1, 2, 3,,). Относительные амплитуды составляющих спектра пропорциональны функциям Бесселя первого рода /р(т) порядка р от аргумента т: и(/)/(/ = соз(вв/+ тгйпй/) = /,(т)созвя/+ О +,) / (т) ]соя(ве — рй)/ + (-1у'соз(щ, — рй)/]. л.! Спектры сигналов при т = 1, 4 и 8 представлены на рис.8, 1 в качестве примера. Цифры около спектральных составляющих указывают их значение в процентах относительно немодулнрованной несущей. Характер зависимости функций Бесселя от аргумента представлен графиками на рис,8.2.
Прн./ < 0 соответствующие спектральные составляющие изменяют фазу на 180', что не отражено на рис. 8.1. Отметим, что функция 394 ез е' лз Ю> 2оР и г н а Р дз-в зг р л е е в уд Р Рис. 8.!. Спектр сигналов с угловой модуляцией при различных индексах модуляции ,/ (ле) проходит через нуль при лз и 2,4; 5,5; 8,6;...
Отсюда следует, что составляющая спектра с частотой оэо в модулированном сигнале может отсутствовать. По этой причине частоту со называют средней или центральной частотой ЧМ сигнала, а не несущей, как ее называют в спектре АМ колебаний. Амплитуды боковых составляющих при Р и т имеют максимум и при р > лз быстро убывают с увеличением р (см.
рис.8.2). Множитель (-1)Р показывает, что фазы нижних нечетных боковых составляющих повернуты на 180' относительно того положения, которое занимают аналогичные составляющие при амплитудной модуляции. Так в спектральном и векторном представлениях проявляется постоянство амплитуды колебания с УМ. При угловой модуляции средняя мощность модулированного колебания не изменяется по сравнению с мощностью Р„немодулированного колебания, так как амплитуда остается постоянной.
Однако происходит значительное перераспределение мощностей между колебанием Р„н суммарной мощностью боковых составляющих. На рис.8.3 представлены эти зависимости. Характерно, что при т > ! основная часть мощности приходится на долю боковых составляющих, которые несут информацию. Этим и обьясняются более высокая помехоустойчивость и хорошие энергетические показатели при угловой модуляции [5 — 7). Напомним, что при АМ на долю боковых составляющих приходится не более 50 % мощности несузцего колебания или не более 1/3 излучаемой средней мощности (см, гл.б). Основные характеристики и показатели качества при угловой модуляции, как и при других видах модуляции, определяются статической модуляционной характеристикой (СМХ) со(Е„са) или гр(Е„,а), 395 Уд биу лечи а,г б б У Р лечи Рнс, 8.3.
Соотношения мощнос- тей боковых составляющих н колебаний центральной (сред- ней) частоты Рнс. 8.2. Графики функций Бесселя первого рода порядка р где Š— постоянное напряжение, подаваемое на вход модулятора (рис.8.4,а). Эта характеристика должна быть достаточно линейной в пределах требуемых девиаций и иметь высокую крутизну Я= ей(ИЕ „. Нелинейность СМХ вызывает нелинейные искажения, которые при ЧМ состоят в том, что при модуляции гармоническим сигналом им(() = Ео + УПСОай( девиация частоты оказывается Ьш(() = ехоУ(совйг + Лоззсоз(2 й( + Ч'2) + Ьоэзсоа(Зйг + Ч'у) + ...
Коэффициенты нелинейных искажений по второй и третьей гармоникам Кз = Ьсозуе)го,; Ку = Ьлу)Ыв, и т. д. Динамические модуляционные характеристики — амплитудная и частотная представлены на рис.8.4,б 34ии 9)а) еу Еща УУ 4Р эра а) б) ф Рис. 8.4, Основные характеристики прн угловой модуляции: а — сеитичсская модуляциоиня»; 6 — амплитудная или динамическая модуляциоииаа: я — чассотиая динамическая модуляционная 396 и я соответственно. Качество угловой модуляции характеризуется еще уровнями шума, фона и динамическим диапазоном сигнала. При определении практической ширины полосы частот(0), занимаемой сигналом с угловой модуляцией, учитываются составляющие спектра с амплитудами не менее ! ',4 амплитуды немодулированного сигнала, при этом полоса определяется приближенным соотношением зу и 2й'„(пг+ 4т + 1).
Поскольку при ЧМ индекс модуляции т = п('/ Р'„убывает с ростом Р'„, к тому же составляющие спектров реальных модулирующих сигналов максимальны в области частот 0,7...1,5 кГц и с ростом Р'„убывают [1О[, на верхних модулирующих частотах ухудшается соотношение сигнал-шум принимаемого сигнала, что ведет к снижению качества в вещании или помехоустойчивости (разборчивости речи) в связи. Для устранения этого недостатка обычно применяют предварительную коррекцию (частотные предыскажения) модулнрующего сигнала таким образом, чтобы с возрастанием Р'„пропорционально возрастала амплитуда (или, как называют, коррекция 6 дБ на октаву).
При такой коррекции ЧМ передатчик по существу излучает ФМ сигнал, и если в приемнике осуществляется частотное детектирование, то после него производится обратная коррекция. реальные модулирующие сигналы являются случайными процессами, которые с некоторым допущением можно считать стационарными, т. е. процессами, статистические параметры которых можно определить за конечное время Т. Основной интерес представляют такие параметры, как максимальное, среднее и среднеквадратическоезначения,энергетический спектр н дисперсия.
Среднее значение случайной величины и(с) за время наблюдения Т Т У у ~ И(~)й ! 0 Для телефонного речевого и звукового радиовещательного сигналов 0 = О. Действующее значение сигнала определяется средней мощностью за время Т: '-,~~©~~ о Спектральная плотность Я(й) сигнала и(с) есть средняя (по времени) мощность в полосе частот 1 Гц. Дисперсия сигнала и(с) со средним значением Уь т е„= — ци(Π— У [Й. О 0 397 Для сигналов с (У = 0 величина о„совпадает с эффективным значением (/„,„„„— квазипиковым значением сигнала, превышаемым в течение 1 'Уо времени наблюдения. Тогда пик-фактор л = П„, „„„/(У Реальный речевой (телефонный) сигнал имеет р ~ 3...4, сигнал радиовещания р ~ 4...6, а при многоканальной передаче информации могут быть еще большие значения пик-фактора (см. гл.7).
Спектры ЧМ сигналов и сами частотные модуляторы следует рассчитывать с учетом пнк-фактора на квазипиковые уровни амплитуд и соответствующие девиации частоты. При умножении частоты в тракте передатчика в Ж раз пропорционально увеличивается девиация частоты йу' и фазы А<р, а также индекс угловой модуляции. Умножение частоты применяюткак для увеличения глубины модуляции, так и из соображений повышения устойчивости ВЧ тракта усиления мощности передатчика. 8.2.
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЧМ. ФАЗОВЫЕ МОДУЛЯТОРЫ Существуют прямые и косвенные методы получения ЧМ и ФМ колебаний. При прямых методах модулирующее колебаниенепосредственно воздействует на необходимый для данной модуляции параметр: частоту а (рис.8.5,а) нли фазу ~р (рис.8.5,б) РЧ колебания, В первом случае частотный модулятор представляет собой автогенератор (см.гл. 4), в контур которого включен реактивный элемент, управляемый модулирующим сигналом (рис.8.5,в). Прямая фазовая модуляция обычно осуществляется в цепи, через которую проходит РЧ колебание, и сдвиг фазы выходного сигнала изменяется под действием сигнала модуляции (рис.8.5е).
Косвенные методы предполагают получение нужного вида угловой модуляции осуществлением другой модуляции и соответствующим преобразованием сигнала. Так как частота и фаза гармонического колебания взаимосвязаны (а=йр/й) ЧМ колебание можно получить, осуществляя модуляцию по фазе, но при этом необходимо устранить зависимость девиации частоты Ла от частоты модуляции (2, присущую ФМ (рис. 8.5,д) [см.
(8.1) и (8.2)],Это нетрудно выполнить, пропустив модулирующий сигнал через цепь с коэффициентом передачи, пропорциональным 1!(2 (рис. 8.5,д). Девиация фазы на выходе такого устройства Ьу = к(Уп/(2, а девиация частоты при этом Лв = к(Уп будет зависеть только от амплитуды (Уп, что характерно для ЧМ. Аналогично ФМ колебание можно получить косвенным путем с помощью частотного модулятора и корректирующей цепи на его выходе с коэффициентом передачи, пропорциональным (2 (рис. 8.5,е).
В качестве корректирующих цепей можно использовать интегрирующую ЕС-цепь (рис. 8.5,д) или дифференцирующую ЕС-цепь (рис. 8.5,е). 398 Р-~~ее» д иезус и~ иу г иу Уегсвеуе (меме а) й) =вЬ./Ми„ю ЗРГ ге( ин чЦн и авйг Рнс. 8.5. Схемы прямого (и,е н б,г) н косвенного(де) методов получення частотной н фваовой модуляций Определить вид угловой модуляции можно довольно просто: подать на вход модулятора сигнал УпсоаЖ, а к выходу подключить измеритель девиации частоты, Если девиация частоты зависит только от Уп и не зависит от частоты, то имеет место частотная модуляция. Если же Л(» оказывается пропорциональной и У„, и частоте ах, то модуляция фазовая.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
