2.2. Фазовые модуляторы

В современных передатчиках фазовую модуляцию осуществляют на малом уровне мощности, и вводят в состав возбудителей передатчика. Малая мощность фазовых модуляторов позволяет использовать в них весь ассортимент впускаемой элементной базы.

Фазовую модуляцию можно выполнить прямым или косвенным методами.

Прямой метод ФМ

При прямом методе ФМ используются устройства, которые позволяют воздействовать на фазу проходящего ВЧ сигнала синусоидальной формы. Такие устройства получили название фазовых модуляторов. Обобщенная схема фазового модулятора показана на рис.2.6.

Рис.2.6. Обобщенная схема фазового модулятора

В состав фазового модулятора входят источник тока, задающий исходную фазу ВЧ сигнала и электронно перестраиваемый четырехполюсник, коэффициент передачи которого может меняться. Для управления фазой в четырехполюсник вводятся электронно управляемые реактивные элементы, например, варикапы. Источником тока, как правило, является транзистор, работающий в линейном режиме. Напряжение на выходе фазового модулятора связано с током транзистора через управляющее сопротивление соотношением

где - модуль управляющего сопротивления, - управляемый фазовый сдвиг.

Идеальным фазовым модулятором будет такой, у которого связан с модулирующим сигналом линейной зависимостью

,

где - коэффициент преобразования фазового модулятора, а модуль не зависит от и остается величиной постоянной. Нарушение последнего условия приводит к появлению на выходе фазового модулятора паразитной амплитудной модуляции. Это явление крайне нежелательно. Дело в том, что все каскады усиления передатчика, работающие в нелинейных классах, при поступлении на их входы сигнала с меняющейся амплитудой превращаются в паразитные фазовые модуляторы. Складываясь с полезной ФМ, паразитная фазовая модуляция искажает передаваемое сообщение.

Фазовые модуляторы могут быть выполнены на основе резонансных и полосовых усилителей, на основе парафазных усилителей, электронно перестраиваемых фазовращателей, на основе преобразования временной импульсной модуляции (ВИМ) в ФМ и ряда других устройств. Принципиальные схемы перечисленных фазовых модуляторов приведены в [1, стр.398-402, 3 стр334-336.]

Основными недостатками всех перечисленных фазовых модуляторов является ограниченная величина максимального значения индекса модуляции и наличие сопутствующей паразитной АМ. На рис.2.8 показана форма амплитудной модуляционной характеристики фазовых модуляторов.

Рис.2.8. Динамическая амплитудная модуляционная характеристика фазового модулятора

Рабочим участком является только линейная часть характеристики. Ее верхняя граница позволяет определить предельные возможности фазового модулятора по величине индекса модуляции . В табл.1 приведены предельные параметры некоторых видов фазовых модуляторов, которые находят применение на практике.

Таблица 1

Тип фазового модулятора (ФМ)	Максимальная величина индекса модуляции	Глубина паразитной АМ	Примечание
ФМ на основе резонансного усилителя	0.5	30	Однокаскад. устройство
ФМ на основе полосового усилителя	1 – 1.5	10 - 15	Однокаскад. устройство
ФМ на основе парафазного усилителя	1 – 1.5	10	Однокаскад. устройство
ФМ на основе фазовращателя Т-типа	1 – 1.5	10 -15	Однокаскад. устройство
ФМ на основе преобразования ВИМ-ФМ	2.5 – 2.8	(3-5), не более	Многокаскад устройство

Для выбора типа фазового модулятора необходимо рассчитать индекс модуляции передатчика с ФМ по формуле

и сравнить его с возможностями фазовых модуляторов . При этом должно выполняться условие

.

Если это условие не выполняется, то после модулятора необходимо поставить умножитель частоты с целью уменьшения индекса модуляции, требуемого от фазового модулятора. Соотношение между индексами модуляции модулятора и передатчика принимает вид

.

Для сохранения частоты гетеродина блока переноса коэффициент умножения блока, предшествующего фазовому модулятору, надо уменьшить во столько же раз.

Фазовый модулятор и блоки умножения размещают в БФВР (рис.2.9 а.,б.).

а.

б.

Рис.2.9.а,б. Структурные схемы БФВР при прямом методе ФМ

Косвенный метод получения ФМ

Косвенный метод получения фазовой модуляции основан на использовании не фазового, а частотного модулятора и блока частотных предъискажений модулирующего сигнала. Блок частотных предъискажений должен обеспечить линейное нарастание амплитуды модулирующего сигнала с ростом его частоты из расчета 6дБ на октаву. В качестве частотного модулятора используют ГУН, в который включают электронно управляемый реактивный элемент.

Применение косвенного метода упрощает построение возбудителя передатчика. На рис.2.10 представлена структурная схема возбудителя, в котором осуществлен косвенный метод ФМ. За основу взята схема синтезатора, представленного на рис.2.3. Аналогично фазовую модуляцию можно осуществить в других синтезаторах.

Рис.2.10 Структурная схема возбудителя с косвенным методом осуществления ФМ

При работе ГУН в узком диапазоне частот в нем может быть использован один варикап, с помощью которого обеспечивается перестройка по диапазону системой ФАПЧ и угловая модуляция. На рис. 2.11 представлена принципиальная схема ГУН с одним варикапом.

Рис.2.11. Принципиальная схема ГУН

Качество работы ГУН как частотного модулятора оценивается с помощью статической модуляционной характеристики (СМХ), под которой понимают зависимость частоты генерации ГУН (или отклонения частоты генерации от номинального значения) от управляющего напряжения. Управляющим напряжением является напряжение на варикапе.

В целом СМХ функция нелинейная. При захвате большого участка СМХ имеет место искажение передаваемого сообщения. В [1] предлагаются ряд мероприятий по повышению линейности СМХ. Однако на малых участках проявление нелинейности СМХ весьма мало (см. рис.2.12).

Рис.2.12. Статическая модуляционная характеристика

частотного модулятора

За малый участок СМХ можно принять участок, удовлетворяющий неравенству

.

Если относительное значение девиации частоты удовлетворяет выше приведенному неравенству, то ГУН можно использовать как модулятор и необходимость в мероприятиях по повышению линейности СМХ не возникает.