Глава 3. Угловая модуляция.

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 4
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Частотная и фазовая модуляции являются разновидностями угловой модуляции, при которой по закону передаваемой информации изменяется полная фаза высокочастотных колебаний. При этом мгновенное значение тока высокой частоты можно представить выражением:

I = Im sin (ω0 t + φ1 sin Ω t),

где φ1 - -индекс угловой модуляции, который определённым образом зависит от модулирующего напряжения и представляет собой амплитуду изменения фазы колебаний в процессе модуляции.

Мгновенная частота и полная фаза колебаний связаны соотношением:

ω = ; φ(t) = + ω0.

Из этого следует, что всякое изменение фазы колебаний означает модуляцию по частоте высокочастотных колебаний и наоборот. Различия между фазовой и частотной модуляциями обусловлены различным характером зависимости индексов модуляции от параметров модулирующего сигнала.

При угловой модуляции чистым тоном одной звуковой частоты Ω спектр модулированных колебаний имеет среднюю частоту ω0 (при n=0) и бесконечное число пар боковых частот ω0 nΩ. Амплитуды всех составляющих спектра сигнала угловой модуляции зависят от аргумента φ1 – индекса угловой модуляции и от порядкового номера составляющей спектра. При угловой модуляции все составляющие спектра модулированного сигнала несут информацию, в том числе средняя частота ω0,

При индексе модуляции φ1 = 0 амплитуды составляющих всех боковых частот равны нулю ( модуляция отсутствует).

Так как амплитуда тока высокой частоты во время угловой модуляции не меняется, то мощность отдаваемая генератором, тоже постоянная. В процессе модуляции отдаваемая генератором мощность перераспределяется между боковыми частотами ω0 nΩ, при этом сумма мощностей боковых частот и средней частоты остаются неизменной.

Полоса частот, занимаемая сигналом с угловой модуляцией одним тоном F, равна П = 2F*n. Однако при радиосвязи достаточно передавать составляющие спектра, амплитуды которых превышают 15% от амплитуды без модуляции.

 

3.1 Частотная модуляция

Частотная модуляция (ЧМ) является доминирующей в современных системах передачи информации СВЧ диапазона, в том числе в спутниковых и космических системах радиосвязи и телевидения. При ЧМ обеспечивается высокая помехоустойчивость и высокое качество передачи информации. имеется возможность одновременной работы в общем канале связи большого числа корреспондентов при этом реализуется более полное использование по энергетическим показателям радиопередающего устройства в силу постоянства амплитуды сигнала по сравнению с амплитудной модуляцией.

Частотная модуляция благодаря высокой помехоустойчивости и экономичности получила большое применение в радиовещании, радиосвязи, в радиоприёмной линии передачи, предназначенной для многоканальной телеграфии и телевидения.

Дифференциальная схема частотной модуляции позволяет получить значительно большее значение девиации частоты при незначительных нелинейных искажениях и стабильности средней частоты сравнимой со стабильностью кварцевого генератора. Перестройка частоты в избирательных цепях для осуществления частотной модуляции применяются р-n переходы, варикапов и полевых транзисторов.

При частотной модуляции высокочастотные колебания необходимо изменять в соответствии с передаваемым сигналом, т.е. с высокой частотой по заранее известному закону. Поэтому модулирующее устройство должно быть практически безынерционным.

Входной сигнал UΩ(t) поступает на фазосдвигающую схему, которая позволяет получить для каждого из гармонических составляющих входного сигнала реактивную проводимость, которая и используется для осуществления частотной модуляции. Так как для пентодов и тетродов анодный ток практически не зависит от анодного напряжения, то можно положить Ia1 = ScpUд,

где Scp – средняя крутизна, Uд – комплексная амплитуда действующего напряжения на управляющей сетке. Тогда проводимость анод – сетка равна Yс = ScpUд/Ua. Если Uд на сетке сдвинута по фазе на ±90о относительно напряжения на аноде Ua, то электронная проводимость оказывается реактивной, а именно индуктивной или емкостной, в зависимости то знака сдвига фаз.

Изменяя Scp в такт с изменением модулирующего напряжения, можно тем самым изменять практически безынерционно величину эквивалентной емкости или индуктивности. При подключении рассматриваемого двухполюсника параллельно колебательному контуру автогенератора может быть осуществлена его частотная модуляция.

3.2. Основные схемы реактивных ламп

В качестве Р.Л. чаще всего используется тетрод или пентод, т.к. - анодный ток у них практически не зависит от анодного напряжения в недонапряженном режиме - это важно. Схема включения Р. Л, имеет вид:

В анодную цепь включается четырехполюсник обратной связи, который сдвигает напряжение, прикладываемое к сетке Uд на « ±90°» относительно анодного напряжения Uа При подаче всех напряжений на Р.Л, через нее будет протекать ток. Проводимость лампы, обусловленная первой гармоникой анодного тока Ia переменным напряжением Ua, называется электронной проводимостью Y . Электронная проводимость определяется

Y =

Рассмотрим Р.Л. с различными фазовращателями. На рис.3.1 показана схема реактивной лампы с использованием в качестве фазовращателя сопротивления R и С – емкости.

Рис. 3.1. Для этой схемы, считая ток сетки равным 0, можем записать выражение для тока в цепи фазовращателя в следующем виде: Icp = Uд/R = Ua/(R + 1/jωC) или Uд = Ua jωCR/(1 + jωCR) Таким образом Ye = ScpUд/Ua = jωCRScp/(1 + jωCR)

Для этой схемы, чтобы электронная проводимость была чисто реактивной должно выполняться условие ωCR << 1, тогда Yе = jωCRScp. Т.е. электронная проводимость эквивалента наличию емкости, где Сэ = CRScp.

Покажем, это с помощью векторной диаграммы: Первая гармоника анодного тока Ia1 всегда совпадает по фазе, а IRд = Uф, т.е. Ia и Uд совпадают по фазе. Uс отстает на 90о от Iф, т.е. φ < 90o и электронная проводимость имеет емкостной характер, т.к. Ua отстает от Ia1 по фазе.  

Другой разновидностью электронной проводимости РЛ является схема рис.3.2:

Рис.3.2 Для этой схемы Ia = Uд jωC = UajωC/(1 + RjωC) Ye = ScpUд/Ua = Scp/(1 + jωCR) Для обеспечения реактивности электронной проводимости должно выполняться условие ωCR >> 1, тогда Ye = Scp/jωCR  

В данном случае электронная проводимость эквивалентна индуктивности, т.е. Lэ = CR/Scp

Схема реактивной лампы с использованием в качестве фазовращателя сопротивления R и L– индуктивности представлены на рис.3.3.

 

  Рис.3.3.

Для этих схем можно самостоятельно получить выражения для эквивалентных реактивностей.

 

3.3 Схемы генераторов с частотными модуляциями.

 

 

Реактивная лампа помимо реактивного сопротивления вносит в колебательный контур и активное сопротивление и тем самым изменяется Roe, а это вызывает нежелательную амплитудную модуляцию, которая называется паразитной. Фазовый угол между напряжением Ua и током Ia1, не равен 90о.

Объясняется это рядом причин:

1. Фазовращающие цепочки не могут обеспечить сдвиг по фазе между Uд и Ua точно на 90о.

2. Нами не учитывается ток, протекающий в фазовращающей цепочке. Под сопротивлением схемы с Р.Л. понималось отношение Ua/Ia1, в действительности это сопротивление равно Ua/(Ia1 + Iф)

3. Нами не учитывалось влияние анодного напряжения на анодный ток Р.Л.

За счет всех этих причин в контур автогенератора будет вноситься активное сопротивление, величина которого изменятся при модуляции, что будет приводить к изменению Roe контура АГ и соответственно к появлению паразитной амплитудной модуляции.

Для предотвращения появления паразитной А.М., нельзя допускать изменение Roe больше чем на 25%. В любом случае, когда в контур вносится активное сопротивление вместе с реактивным φкрл <±90о.

Если этот фазовый угол сделать 90° и сохранить постоянным при модуляции, то можно будет предотвратить паразитную амплитудную модуляции.