3744

обычной АМ, в которой роль несущих частот выполняют гармоники частоты следования импульсов. Спектр АИМ сигнала при тональной модуляции приведен на рис. 1.2.

Боковые составляющие возле каждой из частот 0, 2 0, ….определяются с использованием выражений k 0- , k 0+ . Характерной особенностью спектра сигнала с ИМ является наличие около частоты ω=0 составляющих, образованных частотам информационного сигнала. Это указывает на возможность демодуляции принимаемого сигнала и выделения полезного сигнала с помощью ФНЧ, пропускающего на выход лишь составляющие с частотами от 0 до 2πFM и отфильтровывающего все остальные частоты, где FM – максимальная циклическая частота в спектре передаваемого непрерывного низкочастотного сообщения a(t).

Рис. 1.2. Спектр сигнала при тональной модуляции

Особенность спектров при импульсных видах модуляции можно уяснить, если рассмотреть случай, когда модулирующий сигнал представляет последовательность импульсов с постоянной амплитудой. Спектр такого сигнала представлен на рис. 1.3, а.

11

Этот спектр немодулированных первичных видеосигналов с основной частотой Ωн, которая может рассматриваться как совокупность N кратных поднесущих синусоидальных частот. При модуляции по амплитуде последовательности импульсов каждая поднесущая модулируется по одинаковому закону. При этом формируется АИМ сигнал, спектр которого приведен на рис. 1.3, б. Спектр АИМ лежит в области низких частот, так как N ограничено. После вторичной амплитудной модуляции гармонической несущей частоты ωн формируется радиосигнал вида АИМ-АМ

(рис. 1.3, г).

Рис. 1.3. Спектры сигналов при АИМ модуляции

Спектр АИМ, также как и спектр других видов ИМ, содержит спектр исходного информационного сигнала. Поэтому в системах импульсной радиосвязи после первичной демодуляции (детектирования) полезный сигнал может быть выделен фильтром нижних частот (ФНЧ) с частотой среза Ωс.

12

При выполнении условия Ωс ≤ Ωн - Ωс или Ωн ≥ 2Ωс побочные составляющие практически отфильтровываются.

Аналогично могут быть сформированы радиосигналы с другими видами ИМ.

1.3. Импульсные модуляторы

Импульсную модуляцию можно получить, если за время длительности импульса τи подключить к активному элементу (АЭ) источник высокого напряжения с помощью коммутатора К (рис. 1.4) и периодически подключать и отключать источник питания (ИП). В интервале времени, когда К разомкнут, мощность ИП поступает в накопитель энергии (НЭ). На время τи коммутатор замыкается и АЭ получает мощность от НЭ, в виду того, что ограничительное сопротивление огр велико по сравнению с сопротивлением АЭ[2…4].

Рис. 1.4. Структурная схема ИМ

ИМ различаются видами коммутаторов К (рис. 1.4) и накопителей энергии. Коммутатор должен пропускать большие токи, выдерживать большие напряжения, иметь малые потери и инерционность. В качестве коммутаторов

13

используются электронные лампы, нелинейные индуктивности и емкости, транзисторы, и др.

Тип коммутатора определяет схему модулятора и процессы, протекающие в нем. Модуляторы делятся на два вида: с “мягкими” и “жесткими” коммутаторами.

Нелинейные индуктивности и трансформаторы обладают высокой эксплуатационной надежностью и практически неограниченным сроком службы, коммутируя мощности до единиц мегаватт.

Вкачестве НЭ используются реактивные элементы: конденсаторы и катушки индуктивности, отрезки длинных линий и их эквиваленты, которые накапливают электрическую или магнитную энергию в интервале между импульсами, поступающую от ИП. При замыкании К накопитель отдает энергию в виде импульса с большой мощностью.

Нагрузкой модулятора является АЭ, на котором выполнен автогенератор или усилитель мощности.

Вкачестве АЭ используются различные виды усилительных приборов, пригодные для работы в усилителях мощности и автогенераторах УВЧ и СВЧ диапазонов. При этом ИМ управляет работой АЭ.

Емкостные накопители работают с частичным или полным разрядом конденсатора. Индуктивные накопители работают только в режиме полного разряда. Коммутатор ИМ с индуктивным накопителем должен обеспечить как размыкание, так и замыкание зарядной цепи. Поэтому в качестве К применяются различные виды АЭ.

Классификация ИМ по типу накопителя. Накопитель может быть построен так, что энергия будет накапливаться либо в виде энергии электрического поля (в емкости) (рис 1.5, а), либо в виде энергии магнитного поля (в индуктивности) (рис 1.5, б).

14

Рис. 1.5. Схемы импульсных модуляторов: а) – с емкостным накопителем; б) – с индуктивным накопителем

В установившемся режиме работы в схеме (рис 1.5, а) количество электричества = .ср (Тс -τи), накапливаемое в емкости С при ее зарядке от источника, равно количеству электричества = Т . τи теряемому этой емкостью при ее разрядке. Поэтому для средних значений зарядного з.ср и раз - рядного р.ср токов выполняется соотношение

составляющей тока генераторного прибора во время импульса.

трансформатора тока. Напряжение, до которого заряжается емкость, зависит от вида зарядной цепи, но обычно примерно совпадает с напряжением источника Е. Так как напряжение на емкости во время импульса приложено к АЭ, а рабочее напряжение АЭ достаточно велико, при применении емкостного накопителя необходим высоковольтный источник питания.

В схеме (рис 1.5, б) в положении 1 ключа ток через индуктивность возрастает и достигает через промежуток

15

времени Т-τ максимального значения и. При перебрасывании в этот момент времени ключа в положение 2 этот ток

выполняет функции трансформатора напряжения, и при его применении необходим низковольтный источник питания, который может обеспечить достаточно большой ток и.Поэтому тип используемого в модуляторе накопителя определяет требования к источникам питания.

Кроме названных, иногда используются комбинированные накопители, которые содержат как индуктивность, так и емкость.

Классификация импульсных модуляторов по режиму работы накопителя. Модуляторы могут быть как с полной, так и с частичной разрядкой накопителя. В обоих момент начала импульса обусловлен переходом ключа из положения 1 в положение 2 (рис. 1.5). В модуляторах с полной разрядкой накопителя длительность импульса равна времени разрядки накопителя, и поэтому нет необходимости в строгой фиксации момента возвращения ключа в положение 1. В модуляторах с частичной разрядкой длительность импульса обусловлена режимом работы ключа. Поэтому момент его переключения в положение 1 должен быть строго фиксирован.

16

1.3.1. ИМ с частичным разрядом накопительной емкости

Режим частичного разряда накопителя предполагает строгую фиксацию моментов переключения коммутатора. Практически безинерционными коммутаторами, позволяющими формировать весьма малые по длительности импульсы (до долей микросекунды), являются АЭ на электронных лампах.

Простейшая принципиальная схема модулятора, выполненного на лампах, представлена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Принципиальная схема ИМ с частичным разрядом накопительной емкости

На интервале времени между управляющими импульсами, подаваемыми от подмодулятора, модуляторная лампа Л заперта отрицательным напряжением смещения - Ес. Происходит заряд накопительной емкости Сн от источника Е через резисторы и до напряжения , близкого к Е. Лампа Л открывается положительным импульсом модулятора, поступающее на ее вход сопротивление становится малым, вследствие этого замыкается цепь разрядки накопительной емкости. Емкость разряжается через лампу Л ,

17

создавая на АЭ1 напряжение, достаточное для генерирования ВЧ колебаний. По окончании действия импульса подмодулятора лампа Л запирается. При этом снимается напряжение с АЭ , поэтому процесс генерирования ВЧ колебаний прекращается[2…4].

Следовательно, длительность импульса модулятора определяется длительностью управляющего импульса, подаваемого на сетку модуляторной лампы. Для того, чтобы во время действия импульса модуляторная лампа не шунтировала источник питания, ее анод соединен с ним через достаточно

быть достаточно большим по сравнению с эквивалентным сопротивлением гСВЧ генератора. Графики напряжений на

18

Рис. 1.7. Зависимости напряжений от времени на сетке Л ,на емкости и на АЭ1

В реальных схемах из-за наличия паразитных емкостей форма импульса напряжения на нагрузке отличается от прямоугольной (пунктир на рис. 1.7, в). Для удобства и анализа все паразитные емкости можно свести к двум: емкости, включающей выходную емкость модуляторной лампы и паразитные емкости между корпусом и элементами модулятора, соединенными с ее анодом, и емкости , включающей входную емкость АЭ1 и паразитные емкости между корпусом и элементами модулятора. К моменту

заряд отсутствует. После отпирания лампы Л ее ток заряжает

19

процессы и обуславливают конечность времени нарастания и спада напряжения , причем длительность фронта импульсов

= +

Типичная зависимость формы импульсов напряжения на выходных электродах АЭ 1(нагрузке) модуляторов различных видов приведена на рис. 1.8 [7].

Рис. 1.8. Формы импульсов на выходе модуляторов

нарастания импульса, измеренное между значением 0,1 и 0,9

Основные параметры генераторов как нагрузок модуляторов: E и Епор – номинальное и пороговое напряжение;

20