3. Временная импульсная модуляция (вим)

При временной импульсной модуляции сдвиг импульсов относительно тактовых точек изменяется по закону r(t), отображающему передаваемую информацию (рис. 5.7). Последова­тельность импульсов, модулированных по положению, можно по­лучить из выражения (5.9), если принять, что разность моментов возникновения переднего и заднего фронтов постоянна и равна длительности импульсов , поэтому для ВИМ

(5.20)

где

(5.20а).

В зависимости от закона изменения различают два вида временной импульсной модуляции: фазовую импульсную модуляцию (ФИМ) и частотную импульсную модуляцию (ЧИМ). Различие между ФИМ и ЧИМ такое же, как и между ФМ и ЧМ (гл. 4). Остановимся сначала на рассмотрении фазовой импульсной мо­дуляции.

Рис. 5.7

Уравнение, определяющее Моменты возникновения канальных импульсов, в обозначениях рис. 5.7 будет

где — крутизна характеристики модулятора ФИМ.

Подставляя в последнее выражение r(t) через нормированную функцию сообщения D(t) формулы (4.11), получаем

(5.21)

Здесь — максимальная девиация импульсов.

Если моменты возникновения импульсов подчиняются законо­мерности (5.21), то получаем фазовую импульсную модуляцию. Существует несколько разновидностей ФИМ, в частности фазовая импульсная модуляция первого рода (ФИМ-1) и второго рода (ФИМ-2).

ПРИ ФИМ-1 моменты возникновения импульсов

(5-22)

т. е. временной сдвиг импульса пропорционален значению модулирующей функции D(t) в момент появления этого же импульса (рис. 5.7).

Моменты возникновения импульсов при ФИМ-2

(5.23)

В данном случае временной сдвиг импульсов пропорционален значениям модулирующего напряжения в тактовых точках. Различие между ФИМ-1 и ФИМ-2 становится несущественным, если выполнено условие 1, где Q — частота модулирующего напряжения.

Фазовую импульсную модуляцию можно получить из широтной, если последовательность модулированных по ширине импульсов продифференцировать и исключить из последовательности импульсы, соответствующие неподвижно­му фронту. Нетрудно убедиться, что при таком способе получения фазоимпульсной модуляции ОШИМ-1 переходит в ФИМ-l, а ОШИМ-2 соответственно в ФИМ-2. Следовательно, все способы и схемы получения ОШИМ пригодны также и для получения ФИМ.

Фазовую импульсную модуляцию можно также получить из модулированного по фазе синусоидального колебания двусторонним его ограничением с по­следующим дифференцированием результата и оставлением импульсов какой-либо одной полярности. В многоканальных системах для получения ФИМ ши­роко применяются специальные электронные приборы: циклофоны, электронные коммутаторы и т. п.

В основу работы значительного класса модуляторов ФИМ, широко рас­пространенных в радиотелеметрии, положен так называемый принцип динами­ческой компенсации. Модуляторы, работающие на этом принципе, позволяют получить ФИМ сравнением некоторого опорного напряжения с напряжением сообщения r(t). Принципиальная схема модулятора ФИМ, реализующая ука­занный принцип, показана на рис. 5.8. Компенсирующее напряжение и напря­жение сообщения r(t) сравниваются нульиндикатором на диоде Д, на выходе которого в момент равенства напряжений возникает импульс. В качестве ком­пенсирующего используется синусоидальное напряжение тактовой частоты. Компенсирующие напряжения всех каналов сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол

Перейдем теперь к частотной импульсной модуляции (ЧИМ). При ЧИМ частота периодической последовательности импуль­сов F_п изменяется по закону, отображающему передаваемую ин­формацию. Так же, как и при ФИМ, канальные импульсы сдвига­ются относительно тактовых точек, однако сдвиги импульсов под­чиняются другой закономерности. Можно показать [2], что при ЧИМ моменты возникновения импульсов определяются следую­щим соотношением:

(5.24)

где — максимальная девиация частоты повто­рения —— постоянный для всех импульсов сдвиг.

Для сравнения ФИМ и ЧИМ рассмотрим частный случай, ког­да модулирующая функция

Из соотношения (5.24) для моментов tk получим

(5.25)

где

(5.26)

— максимальный временной сдвиг импульсов при ЧИМ.

Аналогичным способом можно получить следующее выражение для максимальной девиации импульсов при ФИМ:

(5.27)

Итак, при ЧИМ девиация импульсов обратно пропорциональна частоте  модулирующего напряжения r(t), в то время как для ФИМ такая зависимость не имеет места. Установленное различие совпадает с полученным ранее результатом для ЧМ и ФМ (см. рис. 4.9).

Из соотношений (5.26) и (5.27) видно, что при ФИМ макси­мальная величина временного сдвига выбирается независимо от спектра частот передаваемых сообщений, в то время как при ЧИМ _макс необходимо привести в соответствие с минимальной частотой спектра _мин модулирующей функции. Следовательно, ЧИМ нецелесообразно применять в многоканальных системах при передаче низких модулирующих частот. Чем выше значение низ­шей частоты спектра передаваемых частот, тем меньше требуемая девиация _макс и тем большее число каналов можно реализовать в системе с ЧИМ.

Один из возможных способов получения ЧИМ основан на использова­нии различия между частотной и фазовой модуляциями [см. выражение (5.26) и (5.27)]. Для получения ЧИМ этим способом используются схемы получения ФИМ, однако, модулирующее напряжение r(t) перед подачей на модулятор про­пускают через линейный четырехполюсник, амплитудно-частотная характеристи­ка которого меняется обратно пропорционально частоте модуляции, что и тре­буется при ЧИМ.

Второй способ получения ЧИМ основан на преобразовании частотно-моду­лированного колебания посредством двустороннего ограничения с последующим дифференцированием в последовательность импульсов модулированных по ча­стоте повторения. Иногда для получения ЧМ применяется мультивибратор, ча­стота колебаний которого может легко модулироваться.