1.2 Частотная модуляция
При частотной модуляции амплитуда несущего колебания остается постоянной, а несущая частота ω0 изменяется во времени по закону модулирующего сигнала.
Рисунок 1.2 - Частотная модуляция:
а – несущее колебание;
б – модулирующий сигнал;
в – частотно – модулированный сигнал;
ин – мгновенное значение напряжения несущего колебания;
и – мгновенное значение напряжения модулирующего сигнала;
ичм – мгновенное значение напряжения частотно – модулированного сигнала;
t – текущее значение времени
На рисунке 1.2 показаны графики модулирующего синусоидального звука и колебания с переменной высокой частотой, полученного в результате частотной модуляции. Во время первого положительного полупериода звукового колебания частота несущего колебания возрастает, доходит до наибольшего значения, а затем возвращается к первому значению. В течение другого отрицательного полупериода звука частота несущего колебания уменьшается, доходит до наименьшего значения и снова принимает первоначальное значение. Чем больше амплитуда модулирующего сигнала, тем сильнее изменяется частота.
При частотной модуляции модулируемым параметром является частота гармонического колебания ω0, которая получает приращение Δω, зависящее от времени и пропорциональное мгновенному значению модулирующего сигнала U. В случае гармонического колебания мгновенная частота ω не меняется во времени, она равна несущей частотеω0. При частотной модуляции частота несущего колебания ω связана с модулирующим
сигналом U зависимостью: ω = ω0 +kчU
где ω0 – несущая частота несущего колебания;
kч – размеренный коэффициент пропорциональности между частотой и напряжением, рад / (В·с).
Максимальное отклонение мгновенного значения частоты модулированного колебания от среднего значения называется девиацией частоты. ωд = ωmф = kчU/ω, где ω - мгновенное значение круговой частоты;
mф - девиация фазы несущего колебания (индекс частотной модуляции);
U - амплитуда модулирующего сигнала.
1.3 Достоинства частотной и фазовой модуляций
Главным достоинством частотной модуляции является ослабление действия помех, что позволяет улучшить качество приема. По сравнению с амплитудной модуляцией при частотной
модуляции лучше используется мощность передатчика.
В радиосвязи и радиовещании успешно применяется частотная модуляция. В нашей стране создана сеть УКВ радиовещательных станций, работающих с частотной модуляцией в диапазоне 64,5 – 73 МГц. Для радиовещания применяется широкополосная частотная модуляция, при которой наибольшее отклонение частоты от первоначального значения достигает десятков килогерц (обычно + 75 кГц). Такое отклонение частоты допустимо только в случае, если частота несущих колебаний достаточно велика. Поэтому радиовещание с частотной модуляцией ведется на ультракоротких волнах, т. е. на частотах не менее десятков мегагерц.
Передатчики с ФМ нашли широкое применение на практике из-за существенных преимуществ по сравнению с амплитудной модуляцией (АМ) и частотной модуляцией (ЧМ):
- хорошая помехоустойчивость;
- использование АЭ в выгодном энергетическом режиме.
Разнородный характер передаваемой информации (телефония, телеграфия, передача данных и т.д.) требует выполнения жестких ограничений на такие параметры передатчика, как стабильность частоты, нелинейные искажения, амплитудно- и фазочастотные характеристики.
Тракт формирования ФМ сигнала обычно является маломощным, т.к. к уровню вносимых искажений и стабильности характеристик предъявляются наиболее высокие требования. В настоящее время применяется почти исключительно фильтровой метод (метод повторной балансной модуляции), характеризуемый высокой стабильностью качественных показателей основных узлов тракта формирования.
К передатчикам с ФМ предъявляются высокие требования к стабильности частоты. Для обеспечения требуемой стабильности поднесущие частоты вырабатываются синтезатором сетки частот. Усиление ФМ сигнала осуществляется в двух ступенях: в предварительных усилителях или усилителях промежуточной частоты и в оконечных каскадах усилителя мощности. Главными требованиями для усилителей является высокая линейность и надёжность.