2.5. Стабілізація частоти несучої при частотної маніпуляції
Оскільки при прямому методі ЧС до контуру автогенератора підключається частотний модулятор, то це призводить до зниження стабільності частоти автоколивань. Для нейтралізації цього явища використовують три способи:
– Маніпуляцію здійснюють у кварцовому автогенераторі;
– Застосовують непрямий метод маніпуляції, тобто перетворення ФМ в ЧС відповідно до схеми на рис. 2.4, в;
– Стабілізують частоту автогенератора, до якого підключений частотний модулятор, за допомогою системи АПЧ.
Два перших способи забезпечують отримання порівняно малої девіації частоти, і тому вони застосовуються в основному при вузькосмугової ЧС, коли девіація частоти не перевищує декількох кілогерц.
Приклад схеми кварцового автогенератора з частотним модулятором на варикапі наведено на рис. 2.7. У ній fдев = 2 ... 3 кГц при частоті несучої 10...20 МГц.
Рис. 2.7. Схеми кварцового автогенератора з частотним модулятором на варикапі
Третій метод дозволяє забезпечити малу нестабільність частоти, необхідну, в тому числі велике значення девіації частоти. Структурна схема пристрою автоматичного підстроювання частоти автогенератора з підключеним до нього частотним модулятором наведена на рис. 2.8.
Рис. 2.8. Структурна схема АПЧ автогенератора з підключеним до нього частотним модулятором
У схемі на рис. 21.8 частотний модулятор підключений до стабілізованого автогенераторах (рис. 2.6, а). Слід встановити таку швидкодію системи авторегулювання, щоб вона реагувала на відносно повільні зміни частоти автогенератора під дією дестабілізуючих факторів (наприклад, зміни температури) і не відгукувалася б на відносно швидкі зміни частоти під дією модулюючого сигналу. Для реалізації даної умови АЧХ замкнутого кільця АПЧ повинна мати вигляд згідно рис. 2.9, на якому 1-2 спектр частот модулюючого сигналу.
Рис. 2.9. АЧХ замкнутого кільця АПЧ
3. Формування функціональної схеми і приклад її функціонування
На рис. 3.1. продемонстрована функціональна схема передачі інформації за допомогою ФМ-8. Якщо дивитися на схему бітова послідовність, яку потрібно доставити від джерела до одержувача, накопичується для подальшої передачі в регістр з трьома двійковими осередками кожні Т секунд (мс, мкс і т.п.) по керуючому сигналу № 1 від пристрою синхронізації.
Трішки пізніше (на час, що необхідний для перезапису трьохбітового регістру новим укрупненим символом) пристрій синхронізації надає керуючий сигнал № 2 на формувач сигналів, який протягом тимчасового інтервалу Т генерує несучу заданої частоти fH з фазою, яка визначається виходячи з значень сигналів від трьохбітового буфера. В результаті виходить сигнал ФМ- 8 для кожної трійки бітів інформаційної послідовності.
Рис. 3.1. Функціональна схема передачі інформації за допомогою ФМ-8
Проведемо моделювання в середовищі Mathcad для формування сигналів ФМ-8 при передачі 12-бітової послідовності IP = {1,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0}. Код програми наведемо в додатку А.
Для формування сигналів ФМ-8 виберемо наступні параметри:
1) Т = 1 мс ( максимальна швидкість передачі інформаційної послідовності складе 3 кБіт/с);
2) fH = 2 кГц (всього в два рази більше, ніж 1/Т, для наочності одержуваних тимчасових діаграм);
3) А = 1 В;
4) фазове сузір'я відповідно до рис.1.13, б.
Всі 8 сигналів ФМ-8 приведені на рис. 3.1.
Рис. 3.2. Сигнали ФМ-8 згідно із фазовим сузір'ям рис.1.13, б
Результат, одержаний на виході схеми рис. 3.1, зображений на рис.3.3. На ньому наведені позначення укрупнених символів для співставлення з сигнальною більшістю, зображений на рис.3.2.
Рис.3.3. Часова діаграма сигналу на виході модулятора ФМ-8
Спектр S(f) сигналу, приведеного на рис.3.3, отримаємо за допомогою прямого перетворення Фур'є:
Рис. 3.4. Спектр S (f) сигналу, зображеного на рис. 3.3
Часова діаграма сигналу рис. 3.3 з адитивним шумом у вигляді нормального стаціонарного стохастичного процесу (математичне сподівання = 0, дисперсія = 0.3A) показаний на рис.3.5:
Рис. 3.5. Часова діаграма сигналу з рис. 3.3