Методы осуществления модуляции в радиогенераторах.

Под модуляцией понимают управление параметрами колебания под действием сигнала передаваемого сообщения (Х_t)

В СВЧ-технике используют модуляцию по поляризации. Для передачи дискретного сообщения используется метод манипуляции или телеграфии.

Различают: амплитудную телеграфию (АТ).когда сигнал не передается, то называют телеграфию с пассивной нагрузкой.

При импульсной модуляции в СВЧ используют:

- амплитудно-ипульсная модуляция;

- ШИМ;

- дельта-импульсная модуляция.

Характеристики устройств модуляторов при модуляции.

Управление колебаниями генератора осуществляется напряжением: е_у. Выходное напряжение генератора: ток или напряжение. Возможно получение различных зависимостей выходного напряжения от управления. Различают: статические модуляционные характеристики и динамические.

Статические МХ снимаются как I=f(e_у).

Изменяем е_у и снимаем I. Сигнал, при снятии СМХ, на модулятор не подается.

Основное назначение СМХ:

1. выбор рабочей точки;

2. выбор амплитуды сигнала;

3. оценка нелинейных искажений.

Выбор рабочей точки осуществляют на середине прямолинейного участка.

Динамические МХ – при их снятии подается модулирующий сигнал е_у(х_t). В этом режиме снимаются характеристики аналогичные усилителям (амплитудная и частотная).

амплитудные характеристики.

Амплитудная модуляция

II

Выходной сигнал изменяется в соответствии с передаваемым сообщением.

- x_t(t) - передаваемое сообщение;

- U_г(t) - сигнал с генератора (радиосигнал);

- U_вых(t) - выходной радиосигнал;

(*)

m – индекс АМ или глубина АМ.

Для того, чтобы не было нелинейных искажений, необходимо чтобы U_U_н, т.е. m1.

Если m>1, то эффект перемодуляции (сильные нелинейные искажения).

Для того, чтобы сигнал U_вых повторял исходное сообщение, необходимо чтобы, << (в 3050 раз). В металлах радиовещания диапазон волн начинается со100 кГц. В U_вых можно рассмотреть следующие режимы:

- когда амплитуда U_вых не изменяется – режим несущей или молчания: U_вых=U_н - I;

- амплитуда U_вых достигает максимального значения – режим максимальной мощности: U=U_н(1+m) – II;

- амплитуда U_вых достигает минимального значения – режим минимальной мощности: U=U_н(1-m) – III.

Например: 0U(m=1)2U_н

Разрыв (*), получим:

При модуляции чистым тоном имеем несущее гармоническое колебание с амплитудой U_н и 2 боковых составляющих mU_н/2:

При m=1, амплитуда боковых составляющих в2 раза меньше несущей.

Основные энергетические соотношения при АМ:

Генератор пусть работает на активную нагрузку R;

Колебательная мощность:

- мощность в режиме несущей:

- в режиме максимальной мощности: .

При m=1; Р_макс в 4 раза выше Р_н; выходные каскады должны обеспечивать в 4 раза запас по мощности.

- режим минимальной мощности: при m=1: Р_min=0.

Средняя мощность называется телефонной:

при m=1, Р_ в 1,5 раза выше Р_н.

(**) можно использовать для расчета эффект I и U.

.

Методы осуществления ам

Преобразование (*) возможно при использовании линейного модулятора. Простейший модулятор можно выполнить на диоде.

Трансформатор – линейное устройство. На выходе Т – сумма колебаний U_ и U_н.

Изменяется амплитуда импульсов и она повторяет исходный сигнал; изменяется  импульсов (при уменьшении амплитуды  уменьшается и наоборот).

- для 1-го импульса. С увеличением   увеличивается.

Из последовательности импульсов, богатой гармониками, мы выделили амплитуду модулированного колебания,  контура.

На выходе М будут высшие гармоники колебания.

После выходного каскада надо применять контурные системы для их подавления.

Качество VD-модулятора низкое, для осуществления однополосных сигналов, балансной модуляции. Не является усилителем.

На практике часто используют модуляторы с АЭ:

В АЭ предусмотреть возможность изменения амплитуды импульсов и .

1. м ожно изменять напряжение смещения в соответствии с передаваемым сигналом Е_с, Е_б, Е_э.

сеточное смещение (Е_с) базовое и эмиттерное смещение (Е_б и Е_э);

2. можно изменять амплитуду входного сигнала в соответствии с передаваемым сообщением или модуляция возбуждением: режим усиления модулированных колебаний: U_;

3. можно изменять Е_к напряжения источника выходного электрода, получим коллекторную или анодную модуляцию;

4. можно изменять сопротивление нагрузки Z_н (изменяется режим работы генератора), модуляция нагрузкой (в телевизионном передатчике);

5. сеточная модуляция:

- экранная модуляция Е_С2;

- пентодная модуляция Е_С3 (защитная);

6. автомодуляция: АКМ – автоколлекторная модуляция, ААМ – автоанодная модуляция, используют готовые АМС.

Сеточная (базовая) модуляция смещением.

изменяется  I_к, изменяется амплитуда ????. изменяется содержания коллекторного тока, изменяется амплитуда выходного сигнала.

Сеточную модуляцию можно осуществить только в недонаряженном режиме.

. На выходе I_ma1 изменяется в зависимости от амплитуды импульсов.

В режиме А также модуляции нет. Можно В, С или АВ.

Модуляционная характеристика:

в линейном режиме m=0,6.

Недостаток: 1) малая линейность МХ,  m мала, 2) низкий кпд.

Достоинство: малая мощность модулятора (можно обеспечить широкополосную АМ), в передающих телевизионных системах.

Эмиттерная модуляция смещением.

Более линейные статические модуляционные характеристики. Но здесь повышается резко мощность, потребляемая от модулятора.

Модуляция возбуждением или усиление модулированных колебаний.

В режиме класса А возможно УМК; работа в перенапряженном режиме. Большая линейность, он низкий кпд. Используется в маломощных усилениях.

В режиме В  не изменяется, изменяется выходное поле за счет изменения I_к; высокий кпд.

Имеется провал характеристики.

При УМК, глубина модуляции на выходе больше, чем на входе

Выпуклость вверх из-за изменения ; m уменьшается. В С и АВ характеристики линейны, используют для компенсации нелинейностей.

Вводят: - коэффициент преобразования

К_пр=1 в А и В

К_пр<1 в АВ – невыгодный (малый кпд и К_пр)

К_пр>1 в С.

Сеточные методы модуляции.

1. модуляция на экранирующую сетку.

Изменяется  импульсов за счет смещения проходной характеристики.

В недонапряженном режиме работы.

Достоинства: высокая линейность МХ по сравнению с сеточной модуляцией, т.к. I_C2 больше I_C1 требуется высокая мощность для осуществления модуляции;

2) модуляция на защитную сетку: ??????? выходного тока за счет изменения амплитуды импульсов анодного тока.

В перенапряженном режиме, т.е. при е_с3<0.

Достоинство: 1) высокая линейность характеристик;

2. малая мощность от модулятора, т.к. I_c3 мал при е_с3<0; используют для управления мощностью генератора.

Коллекторная или анодная модуляция.

Работа в недонапряженном режиме не приведет к изменению коллекторного тока.

При малой D, модуляция в недонапряженном режиме не осуществима.

При уменьшении Е_к, переходим в перенапряженный режим работы (Е_к^"), ток I_к уменьшается, и уменьшиться амплитуда Е_к.

Анодную модуляцию нужно производить в перенапряженном режиме работы.

В режим max P, достигаем КР режима.

Значение Е_кн должно быть в перенапряженном режиме.

1) При использовании АЭ с малой D (тетроды, пентоды, БР) модуляционная характеристика оказывается линейной при большой m.

2) КПД в процессе модуляции изменится слабо, равен КПД каскада в критическом режиме ( 60 70%) т.о., энергетически выгодная модуляция.

Все мощные передатчики САМ имеют анодную модуляцию.

Недостатки:

1) требуется большая мощность модулятора, имеет тот же порядок, что и у генератора.

(m=1; )

это приводит к снижению КПД передатчика в целом.

2) в транзисторных генераторах нельзя осуществить резко перенапряженного режима работы; в VT наблюдается инверсный режим:

наличие отрицательного импульса приводит к ухудшению спектра; VT могут выйти из строя за счет теплового пробоя (большой обратный ток).

Поэтому в VT, с m<0,7 не рекомендуется получать.

Для увеличения m, применяют комбинированные методы модуляции:

- коллекторно-базовая;

- анодно-экранная.

Модулирующее напряжение подается в цепь базы и коллектора.

Можно подобрать напряжение так, чтобы генератор работал в ???? режиме.

Для повышения КПД кроме таких схем применяют АКМ: