Надольский А.Н. Теоретические основы радиотехники (2005) (1151788), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

Такие выпрямители позволяют получить выходное напряжение значительно большее, чем амплитуда входного переменного напряжения (до нескольких десятков киловольт).8.6. Угловая модуляция8.6.1. Общие принципы получения сигналов с угловой модуляциейРадиосигналы с угловой модуляцией имеют видs (t )  U н cos[ 0 t   (t )] ,где  (t )  k ф s м (t )   0 – изменение фазы несущего колебания при фазовой модуляции;t (t )  kч  s м (t )dt   0 – изменение фазы несущего колебания при частот0ной модуляции.Здесь s м (t ) – модулирующий сигнал,  0 – начальная фаза несущего колебания , k ф и k ч – масштабные коэффициенты.Такие радиосигналы формируются фазовыми и частотными модуляторами.Фазовый модулятор (ФМ) – это устройство, формирующее высокочастотное колебание, фаза которого изменяется по закону модулирующего сигнала(рис.

8.20,а).Частотный модулятор (ЧМ) – это устройство, формирующее высокочастотное колебание, частота которого изменяется по закону модулирующего сигнала (рис. 8.20,б).Рис. 8.20. Фазовый (а) и частотный (б) модуляторыФазомодулированное колебание можно получить и с помощью частотногомодулятора.

Для этого необходимо модулирующий сигнал подать на модуляторчерез дифференцирующую цепь (диф. цепь, рис. 8.21,а). В свою очередь с помощью фазового модулятора можно получить частотно-модулированное колебание, если модулирующий сигнал подается на модулятор через интегрирующую цепь (инт. цепь, рис. 8.21,б).Рис. 8.21. Взаимосвязь частотной и фазовой модуляций8.6.2. Фазовые модуляторыИзменение фазы несущего колебания по закону модулирующего сигналанаиболее просто осуществляется с помощью колебательного контура с пере-страиваемой фазочастотной характеристикой. Управляя этой характеристикой спомощью модулирующего сигнала, можно изменять в определенных пределахфазу высокочастотного колебания, поступающего на контур.

ФЧХ контура зависит от его параметров (индуктивности, емкости, сопротивления). Поэтомууправление этой характеристикой можно осуществить, изменяя, например, величину емкости контура с помощью варикапа – параметрического плоскостногодиода, барьерная емкость p-n-перехода которого зависит от обратного напряжения, приложенного к нему. Для осуществления процедуры модуляции на варикап необходимо подать модулирующий сигнал.Схема такого фазового модулятора представлена на рис.

8.22.Рис. 8.22. Фазовый модулятор на основе перестраиваемого контураДля устранения паразитной амплитудной модуляции, вызванной неизбежной расстройкой контура относительно частоты несущего колебания, к выходумодулятора подключается усилитель-ограничитель.Фаза выходного сигнала  вых модулятора будет определяться изменениемфазового сдвига контура  к по закону модулирующего сигнала u м (t ) , т.е. вых [u м (t )]   к [u м (t )]   0 .Индекс угловой модуляции определяется произведением амплитуды модулирующего сигнала U м на крутизну модуляционной характеристики, равнуюS ф  d к (u ) du .

Крутизна модуляционной характеристики зависит от добротности контура, порядка включения варикапа в контур (последовательно или параллельно емкости контура) и крутизны вольт-кулонной характеристики варикапа. При необходимости получить значительный индекс угловой модуляции применяется умножитель частоты выходного сигнала.Другой способ построения фазовых модуляторов основан на преобразовании амплитудной модуляции в фазовую.

В таких модуляторах формированиеФМ-сигнала производится в два этапа. На первом этапе формируется АМсигнал, а на втором этапе осуществляется преобразование данного сигнала всигнал с фазовой модуляцией.Второй этап выполняется путем сложения двух колебаний несущей частоты, сдвинутых относительно друг друга на угол  2 . Причем амплитудномодулированными могут быть одно или оба складываемых колебаний.На рис. 8.23 и 8.24 приведены схемы подобных фазовых модуляторов ивекторные диаграммы, поясняющие эффект фазовой модуляции.Рис. 8.23. Фазовый модуляторФазовый модулятор рис. 8.23 реализует свои функции путем сложения амплитудно-модулированногоu1 (t )  U (t ) cos  0 tинемодулированногоu 2 (t )  E sin  0 t колебаний.

Выходной сигнал равенu вых (t )  U (t ) cos  0 t  E sin  0 t  U 2 (t )  E 2 sin{ 0 t  arctg[U (t ) E ]} .Как видно из этого выражения, выходной сигнал представляет собой высокочастотное гармоническое колебание, амплитуда и фаза которого зависит отмодулирующего колебания. Векторная диаграмма иллюстрирует эффект изменения фазы и тот факт, что фазовая модуляция в этом случае сопровождаетсяпаразитным изменением амплитуды C (t )  U 2 (t )  E 2 результирующего сигнала.При сложении двух амплитудно-модулированных колебаний (рис. 8.24)можно значительно уменьшить изменения амплитуды фазомодулированногосигнала.Рис. 8.24. Фазовый модуляторПри небольших индексах угловой модуляции  (не более 0,5) для получения сигналов с фазовой модуляцией можно использовать метод Армстронга(Эдвин Армстронг – американский радиотехник). Метод предусматривает сложение под углом  2 немодулированного и балансно-модулированного колебаний. Схема фазовой модуляции по методу Армстронга и векторная диаграмма, поясняющая эффект модуляции, приведены на рис.

8.25. Диаграмма приведена для однотональной фазовой модуляции.Рис. 8.25. Фазовый модулятор АрмстронгаФазовый модулятор реализует свои функции путем сложения двух колебаний:модулированного u1 (t )  mU н cos( 0  )t  mU н cos( 0   )t ;немодулированного u 2 (t )  U н sin  0 t .Выходной сигнал равенuвых (t )  U н sin  0t  2mU н cos t cos  0 t  C (t ) sin[ 0t  arctg ( 2m cos t )] ,C (t )  U н 1  4m 2 cos 2 t .Таким образом, выходной сигнал модулятора представляет собой высокочастотное гармоническое колебание, амплитуда и фаза которого зависит от модулирующего колебания.

Векторная диаграмма иллюстрирует эффект изменения фазы. Фазовая модуляция сопровождается паразитным изменением амплитуды результирующего сигнала.Рассмотренные фазовые модуляторы сохраняют линейную зависимостьфазы выходного сигнала от модулирующего сигнала при малых индексах угловой модуляции. При больших значениях  становится существенной нелинейность фазовых модуляционных характеристик. Увеличение индекса модуляциидостигается при умножении частоты ФМ-сигнала.8.6.3. Частотные модуляторыСуществуют прямой и косвенный способы построения частотных модуляторов.

Прямой способ предусматривает непосредственное управление частотойколебаний, формируемых автогенератором, с помощью модулирующего сигнала. Косвенный способ основан на возможности получать частотномодулированное колебание с помощью фазового модулятора, как показано нарис. 8.21.Рассмотрим реализацию прямого способа.Эффект частотной модуляции можно получить за счет электронногоуправления резонансной частотой контура в составе LC-генератора гармонических колебаний (рис. 8.26).

Генератор собран по схеме резонансного усилителяс положительной обратной связью через высокочастотный трансформатор. Частота колебаний определяется резонансной частотой колебательного контура.Динамическое управление этой частотой осуществляется путем изменения емкости контура с помощью варикапа.

Варикап подключен параллельно емкостиконтура, барьерная емкость его p-n-перехода изменяется под воздействием модулирующего сигнала.Рис. 8.26. Схема частотного модулятора с варикапомОпределим характер зависимости частоты генерируемых колебаний от относительного изменения величины емкости. Как уже говорилось, частота колебаний на выходе автогенератора определяется в основном резонансной частотой контура. Поэтому можно считать, что отклонение емкости на величину Cприводит к изменению частоты на величину  .Исходные формулы и преобразования элементарны, поэтому они даны безкомментариев. Обозначения:Lk , C k – индуктивность и емкость колебательного контура в схеме автогенератора;C0 – емкость варикапа в рабочей точке (при отсутствии модулирующегонапряжения);C ,  – изменение емкости и приращение частоты за счет изменения емкости.1Cko  C k  C0 ;0 ;Lk C ko11 0   .L(C ko  C )LC ko 1  C C koРазделим левую и правую часть равенства на  0 и продолжим преобразования:2  0   2  0211;C C ko  .201  C C ko1    0 Практика применения частотной модуляции при передаче сообщений показывает, что относительное изменение частоты, как правило, незначительно.Так, например, в УКВ диапазоне величина   0 не превышает нескольких долей процента.

В этом случае полученное выражение можно упростить:C C ko  2   0 .Таким образом, положительному приращению емкости соответствует отрицательное приращение частоты. Причем при малых относительных изменениях частоты имеется линейная зависимость между  и C . Следовательно,для получения частотной модуляции достаточно изменять емкость варикапа позакону модулирующего сигнала.От величины напряжения, прикладываемого к варикапу, зависит также сопротивление его p-n-перехода. Это приводит к изменению добротности колебательного контура автогенератора, следствием чего является паразитная амплитудная модуляция формируемого ЧМ-колебания.

Данный недостаток рассмотренного метода модуляции проявляется при значительных амплитудах модулирующего сигнала.8.7. Детектирование сигналов с угловой модуляцией8.7.1. Общие принципы детектирования сигналов с угловой модуляциейРадиосигналы с угловой модуляцией, имеющие видuвх (t )  U н cos[ 0 t   ( t )] ,детектируются фазовыми и частотными детекторами.Фазовый детектор (ФД) – это устройство, формирующее выходной сигнал, закон изменения которого соответствует закону изменения фазы входноговысокочастотного сигнала (рис. 8.27,а).Частотный детектор (ЧД) – это устройство, формирующее выходнойсигнал, закон изменения которого соответствует закону изменения частотывходного высокочастотного сигнала (рис.

Характеристики

Список файлов книги