37. Формирование и передача сигналов с частотной модуляцией.

Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

С уществуют прямые и косвенные методы получения ЧМ коле­баний. При прямых методах модулирующее колебание непосредственно воздействует на необходимый для данной модуляции параметр: частоту ω (ри:.8.5,а) РЧ колебания.

В этом случае частотный модулятор представляет собой автоге­нератор, в контур которого включен реактивный элемент, управляемый модулирующим сигналом (рис.8,5,в).

Косвенные методы предполагают получение ЧМ осуществлением ФМ и соответствующим пре­образованием сигнала. Так как частота и фаза гармонического колеба­ния взаимосвязаны (ω=dφ/dt) ЧМ колебание можно получить, осуществляя модуляцию по фазе, но при этом необходимо устранить зависимость девиации частоты ∆ω от частоты модуляции Ω, присущую ФМ (рис. 8.5,д). Это нетрудно выполнить, пропустив модулирующий сигнал через интегрирующую цепь с коэффициентом передачи 1/Ω (рис. 8.5,д). Девиация частоты при этом ∆ω = kU_Ω будет зависеть только от амплитуды U_Ω, что характерно для ЧМ.

Наиболее широко применяется первый способ (прямой метод).

Ч астота колебаний в автогенераторе определяется, как известно, резонансом колебательной системы. Если некоторым образом воздействовать на резонансную частоту, то синхронно с этим воздействием будет изменяться и генерируемая частота.

Наиболее просто можно получить ЧМ-колебания, если в колебательную систему включить нелинейную емкость. Практически данный способ модуляции осуществляется путем включения в резонатор варикапа. Для уменьшения нелинейных искажений в частотных модуляторах используется нелинейность барьерной емкости варикапа. На рис. 5.24 изображена вольт-фарадная характеристика варикапа и показано изменение во времени средней его емкости при подведении к варикапу гармонического модулирующего напряжения.

Изменение резонансной частоты колебательной системы автогенератора при изменении емкости варикапа можно рассчитать, воспользовавшись соотношением

, -средняя от времени емкость варикапа, -ее отклонение от среднего значения под действием высокочастотного напряжения

, - коэффициент вклада варикапа в суммарную емкость контура , - коэффициент включения варикапа в контур.

Прямая частотная модуляция

П рямая ЧМ обычно выполняется в генераторах управляемых напряжением. В качестве управляемого элемента можно использовать вариометр (катушку с доп. подмагничиванием), варикап или входную емкость активного элемента (дифуззионную составляющую).

Одна из возможных схем имеет вид (рис 1): В процессе работы на варикапе действует с

Рис 1

умма 3х напряжений:

Н аличие ВЧ компоненты приводит к быстрым изменением емкости и в конечном итоге к ухудшению линейности модуляционной характеристикики.

Для уменьшения влияния ВЧ напряж

Рис 2

ения можно использовать 2 технических решения:

1. уменьшение коэф-та включения варикапа в резонансный контур – однако это приводит к уменьшению девиации частоты

2. использование 2 варикапов включенных встречно последовательно по переменному ВЧ току (рис 2) и параллельно по постоянному и НЧ токам (рис 3).

Н

Рис 2

Рис 3

иже представлена структурная схема передатчика с угловой модуляцией. Схема (рис.,а) использует пря­мую частотную модуляцию варикапом в кварцевом автогенераторе. Модулирующий сигнал UΩ усиливается в УНЧ и подвергается частот­ной предкоррекции, затем производится ограничение его амплитуд (или сжатие динамического диапазона) в ограничителе. Фильтр нижних час­тот ограничивает спектр модулирующего сигнала. В кварцевом автогенераторе осуществляется прямая частотная модуляция, затем производится умножение частоты для увеличения глубины модуляции и повышения частоты до рабочего диапазона системы радиосвязи. Полосовой фильтр ослабляет нежелательные спект­ральные составляющие (в том числе и субгармоники), возникающие при умножении частоты. Усилитель мощности РЧ обеспечивает необходи­мый уровень выходной мощности передатчика, ФНЧ — ослабление излучения высших гармоник до допустимого уровня (около - 40...60 дБ) и согласование с антенной.

Рис 3

Структурная схема передатчика, использующего косвенный метод получения ЧМ, изображена на рис. б, где в фазовом модуляторе осуществляется модуляция фазы несущего колебания, спектр модулиру­ющего сигнала перед входом модулятора может подвергаться дополни­тельной коррекции в интеграторе. Частота задающего генератора стабилизируется кварцевым резонатором, а буферный усилитель умень­шает влияние последующих цепей на частоту автогенератора.

..