3.2 Методы получения угловой модуляции

В 30-х годах Армстронг предложил эффективный метод получения радио­сигналов с угловой модуляцией (ЧМ- и ФМ-сигналов). Струк­турная схема модулятора Армстронга изображена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Модулятор Армстронга

Здесь к одному из входов сумматора приложен сигнал поступающий с балансного модулятораБМ.На второй вход сумматора подается, немодулированный сигналс вы­хода фазовращателя, изменяющего фазу гармонического сиг­нала несущей частоты на 90° в сторону запаздывания. Таким образом, сигнал на выходе данного модулятора

, (3. 7)

где и —некоторые постоянные амплитуды.

Для того чтобы убедиться, что формула (3.7) действи­тельно описывает сигнал с угловой модуляцией, рассмотрим векторную диаграмму этого колебания. Немодулированной составляющей отвечает постоянный векторОВ длиной.Балансно-модулированный сикналотображается векторомВА.Длина этого векторанепостоянна во времени, однако он всегда перпендикулярен векторуОВ.Ясно, что результирующий векторО Ас тече­нием времени будет поворачиваться, имея центр вращения в точкеО.Угол, входящий в выражениеполной фазы сигнала на выходе модулятора, очевидно, можно найти из соотношения.

Обычно стремятся получить линейную зависимость между сигналом и фазовым углом. Для этого устанавли­вают такой режим работы модулятора, когда, так что

. (3.8)

В этом случае мгновенная частота выходного сигнала приближенно пропорциональна производной низкочастотного передаваемого колебания:

. (3. 9)

Итак, модулятор Армстронга согласно выражению (3. 8) должен работать с малым индексом модуляции, т. е. с ма­лой девиацией частоты. Чтобы преодолеть этот недостаток, в передатчиках ФМ- и ЧМ-сигналов после модулятора предусматривают многократное умножение частоты. Если на входе умножителя девиация частоты составляет , то на выходе она будет равна, где— кратность умножения.

Вопросы для самопроверки

1. Нарисуйте и объясните работу модулятора Армстронга

2. В каком режиме работает модулятор

3. Структурная схема радиоприемника модулированных сигналов. Элементы схемы. Понятие промежуточной частоты и зеркального канала. Демодуляция (детектирование) ам-сигналов

Рассмотрим структурную схему классического приемника модулированных колебаний (супергетеродинного приемника)(рис.3.4).

Рис.3.4. Структурная схема супергетеродинного приемника

Преобразование частоты - основная операция в супергетеродинном радиоприемнике. Преобразованием частоты называют трансформацию модулированного сигнала связанную с переносом его спектра из окрестности несущей частоты ω₀в окрестность некоторой промежуточной частоты ω_Гбез изменения закона модуляции (рис.3.5).

Если посмотреть на структурную схему, то преобразователь частоты состоит их смесителя, представляющего собой параметрический безынерционный элемент, и гетеродина, являющегося вспомогательным генератором с частотой ω для параметрического управления смесителя.

Преобразователь частоты можно рассматривать как параметрический элемент – двухполюсник (рис.3.6).

Рис.3.5. Преобразование частоты в супергетеродинном радиоприемнике

Рис. 3.6. Преобразователь частоты как параметрический двухполюсник

Покажем, что изменяя крутизну преобразованного двухполюсника можно осуществить преобразование частоты.

Обозначим iвых(t) приращение тока в двухполюснике, вызванное наличием сигналаU_С(t), тогда можно записать:

iвых(t)=S_ДИФ (U_Д(t))U_C(t),

где S_ДИФ– дифференциальная крутизна вольт-амперной характеристики смесителя.

Если крутизна является функцией времени и меняется с частотой гетеродина по закону

S_ДИФ(t)=S₀+S₁ cosω_Гt+S₂ cos ω_Гt+….

где ω_Г – частота гетеродина, а на входе преобразователя действует модулированное напряжение (простейший случай)

U_C(t)=U₀ [1+McosΩt] cos ω_Ct,

то в выходном токе, появляются составляющие:

iвых(t)=S_ДИФ(t)*U_C(t).

Перемножив получим:

iвых(t)=[S₀+S₁*cos*ω_Г*t+S₂*cos* ω_Г*t+…]+U₀*[1+M*cos*Ω*t]*cos* ω_C*t.

iвых(t)=U₀*[1+M*cos*Ω*t]*[S₀*cos* ω_C*t +1/2*S₁*cos*(ω_Г - ω_C)*t+ 1/2*S₁*cos*(ω_Г + ω_C)*t+1/2*S₂*cos*(2*ω_Г - ω_C)*t+1/2*S₂*cos*(2*ω_Г + ω_C)*t+…].

В качестве промежуточной частоты принято выбирать

|(ω_Г - ω_C)|→ ω_ПЧ.

Ток на промежуточной частоте :

i_ПЧ(t)=1/2*U₀*S₁*[1+M*cos*Ω*t]*cos*(ω_Г - ω_C)*t. (3.10)

Для выделения спектра сигнала на промежуточной частоте на выходе преобразователя включают колебательный контур, настроенный на ω_ПР.

В супергетеродинном радиоприемнике ω_ПР=const

Из выражения (3.10) видно, что преобразователь частоты одинаково реагирует на принимаемые сигналы с частотами:

1) ω_C1=ω_Г + ω_ПЧ , ω_ПЧ=ω_С1 – ω_Г – зеркальный канал

2) ω_C2=ω_Г - ω_ПЧ, ω_ПЧ=ω_Г – ω_С2 – основной канал

Поэтому говорят о наличии зеркального канала (в связи с четностью cos)(рис.3.7).

Рис.3.7. Основной и зеркальный каналы

В общем случае возможен прием как по основному так и по зеркальному каналу. Для настройки на радиостанцию перестраивают гетеродин (рис3.8)

Для подавления сигнала по зеркальному каналу используют избирательность резонансных систем, находящихся между антенной и преобразователем (входная цепь, усилитель радиочастоты).

Рис.3.8 Принцип настройки на радиостанцию

Супергетеродинные радио-преобразователи обеспечивают высокую избирательность по соседнему каналу. Это можно увидеть на рис. 3.9.

Эффективность работы преобразования частоты принято характеризовать таким параметром как крутизна преобразования S_ПР – коэффициент пропорциональности между амплитудой тока на промежуточной частоте и амплитудой последовательного сигнала.

S_ПР=I_МПЧ/U₀

Из выражения для i_ПР(t) следует, чтоS_ПР=S₁/2

При постоянном уровне полезного сигнала крутизна преобразования пропорциональна амплитуде напряжения гетеродина.

Рис.3.9 Избирательность по соседнему каналу