7.1 Влияние умножения частоты при чм и фм

При подаче на нелинейный прибор (варактор) колебаний на его выходе, кроме основной компоненты, будут и гармоники, т.е. при использовании умножителей в тракте получим зависимость

где n – коэффициент умножения.

Из уравнения следует, что при умножении частоты в n-раз в это же число раз умножается индекс модуляции m, а, следовательно, в n-раз увеличивается отклонение частоты или фазы колебаний передатчика. Таким образом, применяя умножение частоты колебаний можно получить углубление модуляции.

Энергетические вопросы: Применение ЧМ или ФМ позволяет значительно повысить использование УМ передатчика, особенно в выходных ступенях. Это объясняется тем, что амплитуда колебаний остается неизменной, а значит остается неизменным режим передатчика. Последнее позволяет полностью использовать выходную мощность активных элементов и выбрать наиболее целесообразный режим, обеспечивающий получение наибольшей мощности или КПД данной ступени.

Основные качественные характеристики: При модуляции колебаний по частоте или фазе качественные показатели передатчика определяются несколькими характеристиками (аналогичными при АМ): статической и динамической модуляционной характеристикой, частотной характеристикой, уровнем шумов и фона относительно заданной глубины модуляции, нелинейными искажениями и т.д.

Однако в отличие от АМ при ЧМ характеристики определяют изменение не амплитуды колебаний, а изменение частоты или фазы ВЧ колебаний от величины модулирующего напряжения .

Аналогично случаю АМ, частотная характеристика при ЧМ определяет зависимость изменения частоты колебаний от частоты модулирующего сигнала а при ФМ - зависимость фазы колебаний от частоты модулирующего сигнала при неизменной амплитуде .

Следует отметить, что при проектировании и настройке ЧМ и ФМ передатчиков для уменьшения нелинейных искажений необходимо уделить внимание правильному выбору ширины полосы пропускания контуров и точности их настройки. Нелинейные искажения при ЧМ могут возникнуть также вследствие паразитной амплитудной модуляции. Обычно считается допустимым иметь коэффициент АМ около 1%.

7.2 Схемы фазовой модуляции

Фазовая модуляция на практике используется как предварительная ступень для последующего превращения в частотную. Принцип фазовой модуляции основан на получении боковых частот, сдвинутых по фазе относительно несущей частоты на 90°. В результате сложения боковых частот и несущей получаются колебания, модулированные по фазе. При этом возникает паразитная АМ, поскольку вектор результирующего колебания изменяет свою амплитуду.

Рассмотрим блок-схемы, с помощью которых осуществляют фазовую модуляцию.

Блок – схема без преобразования частоты приведена на рис. 7.3.

Рис. 7.3

В эту схему входят следующие блоки:

1.Высокостабильный генератор несущей частоты ;

2. Буферный каскад;

3. Балансный модулятор;

4. Обычный модулятор;

5. Фазовращающее устройство;

6. Смеситель (сумматор);

7. Амплитудный ограничитель;

8. Умножители частоты;

9. Усилитель мощности (УМ) модулированных колебаний.

Принцип работы схемы: напряжение несущей частоты от генератора 1 через буферный каскад 2 поступает на фазовращающее устройство 5, сдвигается по фазе на 90° и подается на смеситель 6. На балансный модулятор 3 приходит напряжение несущей частоты и низкой частоты F от обычного модулятора 4. На выходе балансного модулятора 3 появляются колебания боковых частот без несущей частоты. Эти колебания поступают на смеситель 6 и в его нагрузке возникают колебания несущей и боковых частот сдвинутых по фазе на 90° и образующих модуляционный вектор (первой боковой частоты). Результирующие колебания будут модулированы по амплитуде и по фазе. Для устранения паразитной АМ применяют амплитудные ограничители 7.

Указанное фазомодулирующее устройство ФМ отмечено (пунктиром) может дать максимальную девиацию фазы но с большими нелинейными искажениями (из-за нарушения прямой пропорциональности между фазой и модулирующим напряжением ). Следовательно, девиацию фазы необходимо выбирать не более 35÷40°, а индекс фазовой модуляции (при этом девиация частоты составит ).

Для увеличения индекса модуляции и девиации частоты применяют многократное умножение частоты. В результате чего несущая частота , и увеличиваются в n-раз.

Может оказаться, что потребуется очень низкая несущая частота генератора. Действительно, при необходимой девиации частоты на выходе передатчика и при частотах модуляции от 50 Гц до 10⁴ значение девиации Гц. При этом следует увеличить индекс модуляции в n-раз, т.е.

и при работе на (т.е. ) несущая частота генератора потребуется низкой

.

Очевидно, что при такой низкой частоте и полосе 10 кГц обеспечить прохождение боковых частот невозможно. Поэтому для нормальной работы передатчика частота генератора должна быть в несколько раз больше частоты модуляции, т.е. .

Использовании схем с преобразованием частоты

Кроме многократного умножения, приходится понижать несущую частоту с тем, чтобы обеспечить достаточно высокую частоту генератора и нужную частоту на выходе. Частота преобразуется по тому же принципу, что и в супергетеродинных приемниках, однако девиация фазы при этом не снижается (рис. 7.4).

Рассмотрим такую структуру:

Рис. 7.4

В данную схему входят следующие блоки:

1. Фазовый модулятор;

2. Умножитель частоты;

3. Смеситель (преобразователь);

4. Умножитель;

5. Гетеродин.

Необходимость в многократном умножении и преобразовании частоты делает схемы передатчиков с ФМ сложными и дорогими.