19. Управление колебаниями вч в радиопередатчиках
Процесс управления амплитудой, частотой или фазой р/частотного колебания наз. модуляцией. Этот процесс осущ. в модуляторе передатчика. Обратный процесс – демодуляция, происходит в демодуляторе приемника. В некоторых совр. приемо-передатчиках мод/демодулятор конструктивно выполняются в одном блоке - модеме.
В общем виде р/частотное колебания м.б. описаны: U(t)=U(t)∙cos[ωнt+φ(t)], где U(t) – огибающая сигнала; ωн – частота несущей; φ(t) – отклонение фазы колебания от фазы несущей ωнt.
Аргумент косинуса ψ(t)=ωнt+φ(t) - полная фаза сигнала, а его производная ω(t)=dψ(t)/dt=ωн+dφ(t)/dt – мгновенная частота. Обратная зависимость определяется как первообразная ψ(t)=∫t0 ω(t)dt
В зависимости от того, на какой из параметров сигнала U(t) воздействует модулирующий сигнал λ(t), различ. АМ U(t)=k1λ(t); ЧМ φ(t)=k2λ(t); ФМ ω(t)=k3λ(t), где ki – коэффициент пропорциональности.
Наряду с сигналами, модулированными по одному из параметров, широкое применение находит однополосная р/передача, т.е. с одной боковой полосой (ОБП). Сигнал с ОБП относится к сигналам со смешанной АФМ, что требует применения спец. методов восстановленияя информационного парам-ра при приеме. По ряду причин ФМ при передаче непрерывных сообщений не используется. Она используется при формировании сигналов с импульсной, т.е. дискретной модуляцией.
20. Построение модуляторов. Амплитудная модуляция.
АМ находит наибольшее применение при передаче непрерывных сообщений в виду простоты приемо-передающих устройств. Схема транзисторного модулятора и временные диаграммы его работы имеют вид.
На два трансформаторных входа Т1 и Т2 подаются НЧ модулирующее напряжение Uλ(t) и ВЧ колебания Uн(t) c частотой несущей ωн. При модуляция одним тоном с частотой Ω, напряжение между базой и эмиттером выражается суммой UБЭ=U1cos(Ωt)+U2cos(ωнt)-EБ. Выбирая рабочую точку с помощью напряжения ЕБ (рис А) так, чтобы обеспечить режим с отсечкой коллекторного тока (рис.Б), получим изменение тока iК(t) подобно АМ сигналу, но усеченное снизу (рис.В).
В коллекторной цепи транзистора в качестве нагрузки используется колеб. контур LC, настроенный на частоту ωн. Под воздействием импульсов коллекторного тока в контуре возникают колебания тока с положительными и отрицательными полярностями. В результате в выходной обмотке трансформатора Т3 наводится напряжение U(t), имеющее вид АМ сигнала сигнала: U(t)=(Um+ΔU·cosΩt)∙cosωнt=Umcosωнt+½mUmcos(ωн-Ω)t+½mUmcos(ωн+Ω)t, где m=ΔU/Um≤1 – коэффициент АМ.
Um – амплитуда несущей, ΔU – изменение амплитуды.
Спектр АМ-сигнала содержит несущую на частоте ωн с амплитудой Um и две боковые составляющие на частотах (ωн±Ω) c амплитудами ½mUm. Т.о. только 1/3 полной мощность АМ сигнала является полезной - недостаток АМ, как и неэффективном использование мощности передатчика.
21. Построение модуляторов. Частотная модуляция.
При ЧМ модулирующий сигнал λ(t) вызывает пропорц. изменение мгновенной частоты ω(t) генератора: ω(t)=kλ(t). Если |λ(t)|≤1, то Δω – девиация частоты (максимальное отклонение мгновенной частоты от частоты несущей ωН).
Формирование ЧМ сигналов происх. за счет изменения колебаний автогенератора по закону модулир. сигнала λ(t). Частота автоколебаний задающего LC-генератора определяется вблизи резонансной частоты ω0=1/(LC) колеб. контура генератора, то можно изменением емкости С измененять ω0. Достижение высокой скорости изменения С (при управляющем сигнале в еденицы кГц), возможно лишь ее электронной перестройкой. Это осуществляется с пом. электронных приборов – варикапах. Емкость закрытого p-n перехода варикапа CВ понижается с возрастанием отрицательного смещения – ЕСМ.
Выбрав рабочую точку постоянным смещением – ЕСМ в середине линейного участка характеристики СВ(Е) и подавая на варикап модулирующее напряжение Uλ(t), получим пропорц. изменение емкости СВ(t). Вариации емкости вызывают изменение резонансной частоты контура автогенератора (АГ) и соответственно генерируемой частоты.
При однотональной ЧМ λ(t)=cos(Ωt), U(t)=Umcos(ωHt+∆ω/Ω∙sin(Ωt)), где ∆ω/Ω=∆f/F=mЧ - индекс ЧМ, он хар-т отношение девиации частоты Δω к частоте модулирующего сигнала, а так же максимальное отклонение фазы от фазы несущей при тональной модуляции.
С ростом mЧ пропорц. расширяется спектр сигнала, поэтому случай с mЧ=1 принято называть узкополосной ЧМ. При широкополосной ЧМ ширина спектра: ΔfЧМ≈2mЧF=2Δf, т.е. равна удвоенной девиации частоты. Поэтому широкополосная ЧМ используется лишь на сравнительно высоких частотах в диапазоне метровых и более коротких волн, где частотная плотность радиоизлучений сравнительно невелика.
Увеличение помехоустойчивости ЧМ обусл. более рациональн. распределением мощности в спектре сигнала: доля мощности несущей очень мала по сравнению с мощностью полезных боковых составляющих, а постоянство амплитуды ЧМ сигнала позволяет эффективней использовать мощность передатчика.