Частотная модуляция в автогенераторе на варикапе
Существующие разнообразные методы получения УМ делятся на прямые и косвенные. Прямые методы подразумевают непосредственное получение требуемого вида модуляции, а косвенные основаны на поэтапном преобразовании одного вида модуляции в другой до получения заданного. Например, косвенный метод формирования ЧМ-сигналов позволяет получить более высокую стабильность частоты несущей. Наиболее широкое применение в настоящее время находит ЧМ. Она используется в радиосвязи, радиовещании, телевизионном вещании, радиорелейных линиях и других областях радиоэлектроники.
Типичная схема осуществления ЧМ прямым методом в автогенераторе, выполненном по схеме емкостной трехточки, представлена на рис. 27. В состав КС АГ включен варикап VD, барьерная емкость которого СВ используется в качестве управляемого реактивного элемента КС. Управление осуществляется изменением подаваемого на варикап напряжения в соответствии с его вольт-фарадной характеристикой. В рассматриваемой схеме на варикап одновременно воздействуют напряжения ВЧ колебания, генерируемого в АГ, и модулирующего НЧ сигнала с амплитудами U0 и UМОД, а также постоянное напряжение начального смещения варикапа Е0. С целью минимизации нелинейности СМХ и АДМХ необходимо снижать влияние ВЧ колебания на емкость варикапа. Поэтому обычно UМОД>U0.
Рис. 27. Схема автогенератора с частотной модуляцией на варикапе
Частота генерируемых колебаний, практически равная резонансной частоте колебательной системы АГ, определяется соотношением
,где
СК=C1C2/(C1+С2)
– полная емкость КС АГ без учета варикапа;
CВ0
– емкость варикапа в выбранной рабочей
точке (начальная емкость варикапа,
определяемая величиной напряжения
смещения Е0),
а ΔСВ(t)
– изменение во времени емкости варикапа
под действием модулирующего сигнала.
При выводе анализируемого соотношения
учитывалось, что ΔCВmax(t)<<СК,
и поэтому справедливы следующие
приближенные соотношения: (1+х)1/2х/2
и 1/(1+0,5х)≈1-0,5х
при х<<l.
Таким образом, Δ(t)/0=-0,5ΔCВ(t)/CK,
а относительное изменение частоты
генерируемых колебаний оказывается
пропорциональным изменению емкости
варикапа только при малом индексе
модуляции.
Основные качественные характеристики формируемого радиосигнала, как и в случае АМ, определяются статической и динамической модуляционными характеристиками. Под СМХ понимается зависимость девиации частоты Δ от медленно изменяющегося модулирующего сигнала. АДМХ представляет собой зависимость девиации частоты Δ от амплитуды модулирующего сигнала UМОД при постоянной его частоте Ω, а ЧДМХ – зависимость Δ от Ω при UМОД=const.
Нелинейный характер СМХ обусловлен нелинейными зависимостями резонансной частоты КС АГ от значений реактивных элементов контура и величины самой реактивности от амплитуды модулирующего сигнала. Нелинейность СМХ АГ в свою очередь является основной причиной нелинейности АДМХ и приводит к появлению нелинейных искажений в спектре модулированного сигнала. Достаточная линейность АДМХ, как правило, может быть получена только при малом индексе модуляции, что требует для получения заданной девиации частоты Δ включения умножителей частоты в последующих каскадах.
ЧДМХ должна оставаться постоянной во всем диапазоне частот модулирующего сигнала от min до max. Однако наличие цепей с зависящими от частоты коэффициентами передачи, включенных между управляемым реактивным элементом (например, варикапом) и источником модулирующего сигнала, приводит к появлению неравномерности ЧДМХ в области нижних и верхних частот модулирующего сигнала. Механизм появления неравномерности в целом тот же, что и при амплитудной модуляции (см. п. 3.3. Исследование базовой амплитудной модуляции, с. 40).
Литература для самостоятельной подготовки: [2, гл. 5.6-5.8; 4, гл. 8.1, 8.3, 8.4; 5(7), гл. 22].