СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ РПУ С УМ
При выборе структурной схемы УМ РПУ необходимо разрешить противоречие между заданной девиацией частоты, линейностью модуляционной характеристики и получением высокой стабильности средней частоты.
Существуют прямой и косвенный метод формирования сигнала с УМ.
ЧМ
m kU Д /
ФМ
m=kU= 0
Прямой метод |
Косвенный метод |
1
min… max |
Структурная схема передатчика с прямой |
|||||
|
|
частотной модуляцией |
||||
ФНЧ |
|
k ФНЧ |
||||
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ср min |
|
|
МИН |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СР |
|
|
||
|
|
|
||||
Прямой метод формирования ЧМ сигнала ( рис. а, б).
Модулируется частота задающего генератора и производится умножение частоты в последующих каскадах РПУ.
Для стабилизации средней частоты используется АПЧ, которая корректирует медленный уход . ФНЧ АПЧ имеет полосу пропускания < min, чтобы на частоте модуляции min< < max исключить обратную связь.
2
Можно обойтись без системы АПЧ, если управлять частотой кварцевого АГ, который характеризуется относительной нестабильностью 10-5…10-6 и менее.
Однако относительный диапазон управления частотой КАГ мал и составляет ~10-4, поэтому необходимо применять последующее многократное умножение частоты.
Практически в осцилляторных схемах КАГ на частоте порядка 10 МГц получают девиацию частоты до 1 кГц.
Косвенный метод основан на возможности преобразования ФМ в ЧМ.
Модулирующее напряжение подается на модулятор фазы через интегратор. Задающий КГ позволяет получить высокую стабильность средней частоты.
В качестве интегрирующей цепи обычно используется цепочка ФНЧ RC – типа, представленная на рис.
Структурные схемы передатчиков с прямой (б), косвенной (в) частотной модуляцией
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
* |
|
|||
UВХ |
C |
|
|
||||
|
|
UВЫХ |
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Интегрирующая цепь
3
|
* |
UВХ (1/ j C) |
||
Напряжение на выходе такой цепочки U ВЫХ |
||||
|
|
|
R 1/ j C |
|
При R>>1/ минС, |
где мин - низшая модулирующая частота, амплитуда выходного |
|||
напряжения |
UВЫХ UВХ 1/ j C |
|
UВХ |
|
|
|
|||
|
RC |
|||
|
jR C 1 |
|
||
j C
оказывается пропорциональной амплитуде и обратно пропорциональной частоте.
наклон АЧХ 6 дб/октаву
Если таким сигналом осуществить ФМ, то результатом будет ЧМ колебание. Недостатками этого метода являются трудность получения большой девиации на низких частотах модулирующего сигнала и необходимостью умножения девиации
с очень большой кратностью (102…104). |
4 |
|
Для формирования широкополосных сигналов используется комбинированный метод, объединяющий прямой и косвенный по принципу суммирования спектров сигналов.
НЧ ВЧ
наклон АЧХ 6 дб/октаву
Структурная схема передатчиков с комбинированной (г) ЧМ
Спектр модулирующего сигнала разделяется на две полосы: НЧ и ВЧ. Модуляция в области НЧ производится изменением частоты кварцевого АГ.
Модуляция фазы с интегратором превращает ФМ в ЧМ в высокочастотной части НЧ спектра.
Частотное разделение модулирующего сигнала производится фильтрами ФНЧ и ФВЧ.
(При ФМ девиация частоты увеличивается пропорционально частоте модулирующего сигнала с темпом 6 дб/октаву, поэтому чтобы получить ЧМ сигнал на выходе ФМ модулятора, на вход последнего подают сигнал после интегрирования интегратором с таким же спадом АЧХ).
5
Противоречие между высокой стабильностью средней частоты f и девиацией f удается разрешить в интерполяционном генераторе (интерполяционный метод).
fк
f1
fк>>f1
Схема интерполяционного генератора
УГ работает на f1 и подвергается ЧМ. Частоты УГ и КГ с частотой fк (или сетки частот с СЧ) подаются на
смеситель, |
на |
|
|
выходе |
|
которого |
||||||||
полосовым |
фильтром |
выделяются |
||||||||||||
колебания с частотой f=f1+fк. |
|
|
|
|||||||||||
|
1 |
|
f |
|
|
|
1 |
|
f |
|
||||
f / f |
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1/ |
A |
f |
|
|
A |
||||||||
1 |
|
K |
|
1 |
|
f |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||||
где А=fк/f1, fк/fк – нестабильность КГ, |
f1/f1 – нестабильность УГ |
При А>>1 нестабильность УГ f1/f1 ослабляется на выходе смесителя в (1+А) раз.
Практически невыгодно выбирать А более 10…20 из-за трудности фильтрации комбинационных частот на выходе смесителя.
В интерполяционном генераторе полезная абсолютная девиация переносится на выходные колебания без изменения, а относительная девиация меньше в 1/(1+А) раз.
Уместно заметить о выборе частот fк и f1. При использовании в качестве рабочих частот fк+f1 или fк–f1 необходимо проверить отсутствие в рабочем диапазоне гармоник
сигналов с частотами nfк mf1. |
6 |
По величине n+m (сумма порядков комбинационных частот) можно приблизительно определить степень ослабления Д комбинационных частот:
(n+m)=5 Д=-60…-80 дб, (n+m)=7 Д=-70…-87 дб, (n+m)=9 Д=-75…-92 дб,
Применение умножителя частоты в РПУ с ЧМ позволяет понизить частоту задающего генератора, что облегчает его стабилизацию. При умножении несущей частоты в N раз, абсолютная девиация умножается тоже в N раз.
Характеристики для оценки качества РПУ с ЧМ
•статистические модуляционные характеристики (СМХ), т.е. зависимость частоты f от медленно меняющегося напряжения EУ, приложенного к управителю частоты;
•динамические модуляционные характеристики, представляющие ту же зависимость f (EУ), но при быстро меняющемся EУ;
•амплитудные характеристики, показывающие, как зависит индекс модуляции m от амплитуды модулирующего UВХ на заданной частоте модулирующего сигнала (F);
•частотные характеристики, представляющие зависимость индекса модуляции m от частоты модулирующего сигнала F при постоянной UВХ;
•зависимость амплитуды колебаний U на выходе от напряжения EУ, определяющая
7
паразитную амплитудную модуляцию (ПАМ).
ЕВ0
Cвар= f (Uв)= С0(1+Uв/ к) ,
ЧМ ГЕНЕРАТОР
Частотно – модулируемый автогенератор (ЧМАГ) по схеме емкостной трехточки.
VT1 по схеме с ОБ.
L1, С3,С1,С2 – резонансный контур.
С1, С2 – ПОС.
Варикап VD1 подключен параллельно емкости делителя (С1, С2) через Ссв (С4).
где =0,5…1, к=0,6 В, С0=С при Uв
Qв=1/ [(1/ СвR)+ Свr]
1
QB = r Cбар
8
|
СВ |
U |
пер |
=Е |
В0 |
+U cos t+Ucos t - мгновенное напряжение на |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
переходе. |
|
|
|||||
|
|
ЕВ0= UП*R2/(R1+R2) – напряжение молчания |
|||||||
СВ0 |
+ΔСВ |
|EВ0| 0.5|еДОП| для выбора рабочей точки при средней |
|||||||
емкости варикапа в центре рабочего участка |
|||||||||
|
– СВ |
||||||||
|
характеристики. |
|
|||||||
ЕВ0 |
(1…2) В |
|
|||||||
еДОП – максимальное напряжение перехода, превышение |
|||||||||
еДОП |
0 еВ |
||||||||
которого вызывает лавинное нарастание тока через диод. |
|||||||||
U |
|
UМОД=U cos t – управляющий гармонический сигнал |
|||||||
ВЧ |
|
|еДОП|>|Uпер| 0 - границы, в которых может меняться |
|||||||
|
|
||||||||
|
|
напряжение на переходе. |
|
||||||
|
|
Условия выполняются, если |
|
||||||
U |
|
|
|
|
|
|
|EВ0| – U – U > 0 |
~(1…2) В |
|
МОД |
|
|
|
|
|
|
|EВ0| + U +U < |Uпер max| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. Изменение ёмкости варикапа при |
Для =0.5 и действующих на варикапе напряжений с |
||||||||
воздействии на переход постоянного, |
учетом изменения суммарной емкости контура |
||||||||
модулирующего и ВЧ напряжения. |
генерируемая АГ частота имеет вид: |
|
|||||||
|
|
= 0(1- 0)+ 1cos t+ 2cos(2 t+ 2)+ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
+ 3cos(3 t+ 3)+ … |
|
||
|
|
где 0- относительное смещение центральной частоты; |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
1, |
2, |
3- девиации основной частоты модуляции и |
|||||
|
|
её гармоник. |
|
||||||
При ЧМ с использованием варикапов имеют место два недостатка:
•Изменяется значение центральной частоты на 0 (из-за нелинейности C+ > C–); сдвиг частоты м.б. уменьшен нелинейным предискажением U ,
стабилизация частоты – введением системы АПЧ.
•Возникают нелинейные искажения по второй K2= 2/ 1 и третьей K3= 3/ 1 гармоникам (искажения более высоких порядков малы).
Методы линеаризации многообразны: применение предкорректора в тракте U ,
корректора в РЧ тракте,
радикальным средством является введение ООС по огибающей.
Варикап может подключаться к контуру автогенератора параллельно (рис. а и б), последовательно (рис. в и д) и комбинированно с частичным включением (рис. г). При этом следует учитывать, что в реальных схемах всегда имеется начальная емкость контура С3.
10