Частотная модуляция сигналов

Частотная модуляция радиосигналов начала применяться в РЭС значительно позже амплитудной модуляции. В настоящее время ЧМ применяется в командных МВ, ДМВ радиостанциях, в радиовысотомерах малых высот и в РЛС. В соответствии с принятой терминологией при частотной модуляции отклонение частоты пропорционально мгновенному значению модулирующего сигнала. Для частотно-модулирующего сигнала мгновенное значение частоты может быть записано следующим выражением:

где - мгновенная частота, - девиация частоты

Фазовая модуляция

Фазовая модуляция, как правило, используется в передатчиках специального назначения и в военных радиолокационных станциях. При фазовой модуляции, фаза несущей изменяется пропорционально мгновенным значением модулирующего сигнала. Девиация частоты при частотно-модулирующем сигнале, так же как и девиация фазы при фазовой модуляции зависит только амплитуды модулирующего колебания и не зависит от частоты. Фаза несущей описывается следующим выражением:

где - девиация фазы.

ЧМ и ФМ являются разновидностями более общего вида модуляции угловой.

Амплитудная модуляция

АМ называется процесс изменения амплитуды несущей по закону модулирующего сигнала. В авиационных передатчиках амплитудная модуляция осуществляется электронным способом в ГВВ или АГ. Устройство для осуществления модуляции называется модулятором. Непременным условием амплитудной модуляции должно быть значительное превышение несущей частоты над высшей частотой модулирующего сигнала.

Для упрощения математического анализа принято рассматривать случай с амплитудной модуляции гармоническим сигналом одной частоты.

Если сигнал несущей частоты записывается выражением

(1)

а модулирующий сигнал записывается выражением

(2)

то амплитудно-модулированный сигнал можно записать следующим выражением:

Данное выражение истинно с учетом допущений

Амплитудная модуляция может применяться на входной электрод активного элемента. В этом случае модулирующий сигнал подается на первую сетку в электронной лампе, на затвор в полевом и на базу в биполярном транзисторе. Модуляция осуществляется в ГВВ или АГ изменением напряжения смещения по закону модулирующего сигнала при неизменных остальных параметрах, определяющих режим модулируемого генератора.

Достоинством АМ на базу является возможность применения маломощного модулятора, а так же постоянство потребляемой мощности от источника питания.

Недостатком АМ на базу является низкий КПД (менее 50%), малый коэффициент амплитудной модуляции, а так же необходимость в источнике постоянного напряжения для обеспечения начального смещения на базу.

В авиационных передатчиках АМ на базу применяется в радиостанции Р-855 М.

АМ используется так же и на выходной электрод, например на коллектор ГВВ.

При коллекторной модуляции КПД = 70-80%.

Недостатком АМ на выходя является необходимость мощного модулятора.

Коллекторная АМ применяется, например, на радиостанции Р-863.

Стабилизация частоты передатчика Дестабилизирующие факторы и меры параметрической стабилизации частоты

Под стабильностью частоты понимается степень ее постоянства, неизменства в течении времени.

В ходе работы любого передатчика, несущая частота зондирующего сигнала (ЗС) отклоняется под воздействием различных дестабилизирующих факторов. Величина ухода частоты называется нестабильностью. Существуют понятия относительной и абсолютной нестабильности частоты.

Абсолютной нестабильность частоты называется отклонение частоты относительно установленной за определенный промежуток времени.

Относительная нестабильность - это отношение абсолютной нестабильности к установленной частоте.

Нестабильности несущих частот радиосигналов определяются в основном опорным автогенератором (ОГ) РПУ. Следовательно, основные требования предъявляются именно к ОГ. Причинами нестабильности частоты являются дестабилизирующие факторы, условно представленные четырьмя группами:

1. Климатические – изменение температуры, давления, влажности

2. Электрические – изменение напряжения источников питания, непостоянство нагрузки, флуктуации внешних электромагнитных полей (ЭМП)

3. Механические – это вибрации, ускорения, изгибы

4. Временные факторы – старение и износ

Под влиянием вышеперечисленных факторов, изменяются параметры колебательного контура или электрический режим активного элемента, в результате чего генерируемая частота уходит от номинала.

Целью параметрической стабилизации является уменьшение диапазона, изменения частотозадающих параметров автогенератора.

Основные меры параметрической стабилизации:

1. Термостатирование – элементы колебательного контура или вся конструкция АГ целиком помещают в термостат, где автоматически поддерживается температура с заданной точностью

2. Термокомпенсация – обеспечивается применением термокомпенсирующих деталей, например тикондовых конденсаторов, емкость которых уменьшается с повышением температуры, в то время как у воздушных возрастает. Их параллельное включение может обеспечить постоянство суммарной емкости колебательного контура

3. Герметизация блока АГ – исключается влияние изменения давления и влажности

4. Стабилизация напряжения источников электропитания

5. Экранирование и применение электрических фильтров для защиты от внешних ЭМП

6. Применение буферного усилителя для уменьшения влияния последующих каскадов

7. Амортизация блока АГ или всего передатчика

8. Жесткий монтаж схемы, применение печатных плат

9. Использование высоко эталонных элементов, параметры которых слабо зависят от дестабилизирующих факторов

10. Применение высокодобротных элементов колебательного контура – катушек индуктивности и конденсаторов

11. Выбор наиболее стабильной схемы автогенератора

12. Генерируемая мощность должна быть минимальной, порядка 10 мВт

13. Выдержка времени после включения

14. Применение высокодобротного эталонного стабилизирующего генератора

Однако даже применение всех перечисленных мер одновременно обеспечивает долговременную относительную нестабильность частоты автогенератора не менее чем . Поэтому в современных РЭС обязательно применяется система АПЧ с использованием кварцевой стабилизации частоты.