2.3. Методи здійснення кутової маніпуляції

Методи здійснення кутовий маніпуляції можна розділити на прямі і непрямі. Прямий метод при ЧС означає безпосередній вплив на коливальну систему автогенератора, що визначає частоту коливань. Непрямий метод полягає в перетворенні ФМ в ЧС.

Прямий метод при ФМ означає вплив на ВЧ підсилювач або помножувач частоти, тобто на електричні ланцюги, що визначають фазу високочастотних коливань. Непрямий метод полягає в перетворенні частотної маніпуляції в фазову.

Сказане можна пояснити за допомогою чотирьох структурних схем, представлених на рис. 2.4, на яких прийнято такі позначення: Г – автогенератор, У – підсилювач, ЧС – частотний модулятор, ФМ – фазовий модулятор, І – інтегратор.

Для перетворення ФМ в ЧС на вході фазового модулятора включається інтегратор (рис. 2.4, в), а частотної – в фазову на вході ЧС – диференціюються ланцюг (рис. 2.4, г).

Рис. 2.4 Структурні схеми для отримання ЧМ і ФМ прямим і непрямим методами

Сигнал на виході інтегратора U_вих(t) пов'язаний з вхідним сигналом u_мод(t) співвідношенням:

. (2.12)

При модулюючому сигналі (2.2) з (2.12) отримаємо:

. (2.13)

При цьому для фази сигналу маємо:

. (2.14)

Для зміни миттєвої частоти сигналу при функції, що описує фазу згідно (2.14), отримаємо:

. (2.15)

З (2.15) випливає, що девіація частоти , що і потрібно мати при ЧМ. З порівняння останнього виразу з девіацій фази (2.14) отримаємо:

_дев=_дев()=const. (2.16)

Згідно (2.16) фаза змінюється з частотою модулюючого сигналу, причому мінімального значення _мин відповідає максимальне значення відхилення фази _{дев.макс}. Приймемо _{дев.макс}=1 рад. Тоді при непрямому методі ЧС маємо: _дев=_мин – Невелике значення девіації частоти _дев, яке можна отримати при непрямому методі ЧМ, обмежує область його використання. Підвищення _дев можливо шляхом збільшення _{дев.макс} за рахунок застосування багатоконтурних коливальних ланцюгів або множення частоти сигналу в n разів, що в таке ж число разів збільшує девіацію частоти. За аналогічною методикою, досліджуючи схему непрямої модуляції ФМ з використанням диференціюються ланцюга (рис. 2.4, г), отримаємо для девіації фази: _дев=_дев/=const і, отже, _{дев.макс}=_{дев.макс}/_макс.

2.4. Частотний і фазовий модулятори

Найбільше застосування має ЧС на основі варикапа – напівпровідникового діода з обернено зміщеним р-n-переходом. Закон зміни ємності р-n-переходу, який називається бар'єрною ємністю, або зарядною, від величини зворотної напруги U має вигляд:

, (2.17)

де С_нач – початкова ємність; ₀=0,5…0,7 В (для кремнію) – контактна різниця потенціалів.

Графік залежності (2.17) наведено на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Графік залежності зміни бар'єрної ємності варикапа від величини зворотної напруги

Схема ЧС з варикапом в контурі автогенератора, наведена на рис. 2.6, а. Схема ФМ з трьома контурами ВЧ підсилювача і трьома варикапами, що дозволяє збільшити девіацію фази, зображена на рис. 2.6, б.

При невеликій амплітуді модулюючої напруги U відносна зміна частоти під дією варикапа складе:

, (2.18)

де k_св – коефіцієнт зв'язку варикапа з контуром; С₀ – ємність варикапа при U = U₀; C_к – ємність контуру.

Рис. 2.6. Схема ЧС з варикапом в контурі автогенератора