Обґрунтування та розрахунок структурної схеми пристрою
Прямий метод частотної модуляції полягає в тому, що вона здійснюється в задаючому автогенераторі, який має елемент керування частотою (частотний модулятор на варікапі).
В залежності від того, яким чином забезпечується стабільність частоти, можливі декілька варіантів схем радіопередавачів з прямим методом ЧМ.
В одній зі схем частотна модуляція здійснюється в автогенераторі, який працює на робочій частоті передавача і має рівень вихідної потужності рівний або менший від рівня вихідної потужності радіопередавача.
Для забезпечення розв'язки антени і модульованого автогенератора доцільно використати підсилювач потужності, а в НВЧ діапазоні невзаємні пристрої: вентилі або циркулятори.
Оскільки нестабільність
частоти коливань автогенератора з
параметричною стабілізацією не краща
,
то в такому передавачі для стабілізації
середньої частоти необхідно застосовувати
автоматичне підстроювання частоти.
Рис.1. Схема передавача з АПЧ.
Перевагою такої схеми є простота забезпечення необхідної девіації частоти, а недолік її полягає в складності схеми стабілізації частоти і обмеженнях в забезпеченні високої стабільності частоти .
Окрім систем АПЧ в
радіопередавачах з прямим методом ЧМ
застосовується інтерполяційний метод
стабілізації частоти коливань. У цій
схемі модуляція здійснюється прямим
методом у частотно-модульованому
генераторі (ЧМГ) на частоті
,
яка відрізняється від робочої частоти
передавача
.Частотно-модульовані коливання з
частотою fчмг змішуються з коливаннями
кварцового генератора
в ЗМ1, смуговим фільтром виділяється
коливання проміжної частоти
,
відносна нестабільність частоти яких
визначається згідно з наступним виразом:
де
- відносна нестабільність частоти
кварцового і частотно-модульованого
генераторів.
- значення частот
кварцового і частотно-модульованого
генераторів.
Рис.2. Схема передавача з ЧМ.
Якщо вибрати співвідношення
частот за умовою
,
то можна на порядок зменшити відносну
нестабільність проміжної частоти
і таким чином
досягти відносної нестабільності
робочої частоти передавача
.
Оскільки значення частот вибираються з умови підвищення стабільності проміжної частоти, то для отримання необхідного номіналу робочої частоти застосовуються помножувачі частоти або подвійне перетворення частоти, як це показано в схемі на рис.2.
На практиці робоча
частота частотно-модульованого генератора
вибирається в межах
,
а робоча частота кварцового генератора
вибирається максимально можливою
.
Недоліки такої схеми
полягають в складності фільтрації
інтерполяційних складових, оскільки
значення частот
є
близькими.
Перед розрахунком і
складанням схеми таким шляхом визначають
коефіцієнт
помноження N
виходячи з того, що проміжна частота
знаходиться в межах
.
Тому за заданою робочою частотою
вибирається таке значення N, щоб
виконувалась умова
.
Після цього уточняють значення частот
.
Вибір типів активних елементів і характеристик функціональних вузлів проводиться аналогічно як для передавачів з амплітудною модуляцією з врахуванням того, що амплітуда високочастотних коливань є незмінною.
При розрахунках коефіцієнт передачі за потужністю перетворювача частоти (змішувача) можна прийняти рівним 0,3.
Широко на практиці
використовуються схеми, в яких частотна
модуляція здійснюється в
кварцовому
автогенераторі. В цьому випадку
забезпечується висока стабільність
частоти, але при малій девіації частоти.
Установлено [15], що в КАГ перестроювання
частоти може бути
реалізоване в
межах
відносно
робочої частоти
.
Для досягнення необхідного значення
девіації частоти на виході передавача
необхідно використовувати помноження
частоти (а тим самим і девіації частоти)
в необхідне число разів. Тому, враховуючи
можливості перестроювання КАГ, коефіцієнт
помноження девіації визначається згідно
з виразом
де
-
девіація частоти на виході передавача,
-
девіація частоти КАГ.
З іншого боку, для
забезпечення необхідного значення
робочої частоти загальний коефіцієнт
помноження N дорівнює
і він повинен бути
рівним
.
Тому необхідно вибрати таке значення
частоти
,
щоб коефіцієнт N був рівним цілому числу.
У випадку використання транзисторних
помножувачів частоти коефіцієнт
помноження N буде представлятись добутком
чисел 2 і 3, які відповідають коефіцієнтам
помноження транзисторних помножувачів
частоти коливань.
Рис.3. Схема передавача з прямим методом ЧМ в кварцовому генераторі.
У цьому випадку значення
частоти кварцового генератора fКГ
вибирають в межах
МГц,
і необхідно старатись, щоб N було як
можливо невеликим, а величину девіації
можна зменшувати
від максимально можливого значення
.
Після визначення і N за приведеною вище методикою розраховують і складають структурну схему. Приклад структурної схеми такого передавача подано на рис.3.
Передавачі, виконані за такою схемою, характеризуються багатокаскадністю і спотвореннями сигналу модуляції за рахунок інерційності КАГ.
Зменшити багатокаскадність
можна за рахунок застосування підсилювачів
з високим коефіцієнтом підсилення
і транзисторних помножувачів НВЧ, в
яких використовується параметрична
ємність переходу
, з коефіцієнтом передачі за потужністю
.
Згідно з технічним завданням нам потрібно спроектувати зв'язковий передавач з частотною модуляцією. Частотна модуляція повинна бути отримана прямим способом (коли модулюється безпосередньо частота автогенератора передавача). Передавач повинен відповідати перерахованим вище вимогам і володіти параметрами зазначеними в технічному завданні.
Обрана узагальнена структурна схема передавача з прямим способом отримання ЧС наведена на рис.1:
Рис.4 Узагальнена структурна схема передавача з прямим способом отримання ЧМ
В якості збудника діапазонного передавача з ЧМ використовується синтезатор сітки дискретних частот (нестабільність частоти порядку 10-6 ... 10-7) , ведений генератор якого керується двома варікапами (рис.1).
На варікап VD1 подається модулююча напруга , на варикап VD2 - керуючу напругу системи фазового автопідстроювання частоти. Поділ функцій управління пояснюється тим , що девіація частоти під впливом модулюючого сигналу відносно невелика (зазвичай 3 - 5 кГц) в порівнянні з діапазоном перебудови веденого генератора керуючим сигналом з виходу системи ФАПЧ . З цієї причини варикап VD1 пов'язаний з коливальним контуром веденого автогенератора значно слабкіше , ніж VD2 . Використання ФАПЧ в передавачі , побудованому за подібною схемою , також дозволяє лінеаризовати статичну модуляційну характеристику і отримати стабільну середню частоту генератора.
Для підвищення стійкості в структуру передавача включають помножувачі частоти , але при цьому крок сітки синтезатора зменшується в « n » раз , де n - коефіцієнт множення частоти. При множенні несучої частоти в « n » раз , абсолютна девіація частоти також множиться в « n » раз , що призводить до отримання більш глибокої модуляції.
Подільники із змінним коефіцієнтом ділення призначені для того , щоб на ФД надходила однакова частота від КАГ і від ГКН .