17.6. Методы осуществления частотной модуляции

Частотную модуляцию можно осуществить двумя способами:

непосредственным воздействием на частоту задающего генератора передатчика изменением индуктивности или емкости контура автогенератора;

изменением амплитуды или фазы двух колебаний одной и той же частоты, при этом частота автогенератора не изменяется.

Непосредственное воздействие на частоту генерируемых колебаний можно осуществить с помощью полупроводниковых диодов – варикапов, емкость которых зависит от приложенного запирающего напряжения.

На рис. 17.22 приведена схема автогенератора, частота которого зависит от емкости варикапа В, подключенного параллельно емкости колебательного контура. Начальная емкость варикапа определяется поданным на него запирающим напряжением. Запирающее напряжение изменяется за счет подачи модулирующего напряжения и изменяет емкость варикапа. Несмотря на нелинейное изменение емкости варикапа при линейном изменении напряжения и нелинейную зависимость частоты от емкости, можно получить изменение частоты близкое к линейному при малых изменениях емкости варикапа.

Рис. 17.22. Автогенератор с частотной модуляцией с помощью варикапа

Методы преобразования амплитудной модуляции в фазовую. Фазовую модуляцию можно осуществить, сложив два колебания постоянной частоты под некоторым углом, лучше всего под углом, близким к 90°. Если одно или оба колебания модулированы по амплитуде, то результирующее колебание является фазомодулированным.

На рис. 17.23, а изображено сложение двух векторов: А иВ. Если векторВ модулирован по амплитуде, то результирующий векторС соответствует колебанию, модулированному по амплитуде и фазе. Устранить паразитную амплитуду модуляции результирующего колебания можно с помощью амплитудной" модуляции векторовА иВ в противофазе. При этом можно добиться, чтобы суммарный вектор практически не изменял своей длины (рис. 17.23,б).

Для осуществления фазовой модуляции можно использовать сложение под углом 90° незатухающего и балансно-модулированного колебаний (рис. 17.23, в). В этом случае результирующий вектор будет модулирован по фазе. Чтобы изменение угла было пропорционально модулирующему напряжению, индекс модуляции должен быть малым (не более 0,5). Последующим многократным умножением частоты можно довести индекс модуляции до требуемого значения. На рис. 17.24 показана структурная схема передатчика, в котором фазовая модуляция по методу Армстронга эквивалентна частотной модуляции благодаря применению предыскажающей цепи.

Рис. 17.23. Фазовая модуляция при сложении двух ортогональных векторов:

а - при амплитудной модуляции одного из векторов;б - при амплитудной модуляции двух векторов в разные стороны;в - при балансной модуляции одного из векторов

Рис.17.24. ЧМ модулятор с умножением частоты

Предыскажающая цепь преобразует спектр модулирующего колебания таким образом, что напряжение на выходе цепи обратно пропорционально частоте входного сигнала в некотором диапазоне частот. Если ко входу такой цепи приложить модулирующее напряжение S(t)=cost, то на выходе формируется сигналS'(t)=sint.

Фазовый угол модулированного колебания пропорционален напряжению S(t) и равен

где

.

Очевидно, что

Таким образом, изменение мгновенной частоты совпадает с модулирующим напряжением, что эквивалентно частотной модуляции.

Обычно в передатчике, использующем балансный модулятор, применяется интегрирующая предыскажающая цепь. Интегрированию подвергаются только составляющие сигналов с частотами ниже некоторой граничной частоты F_rp. Составляющие сигнала с частотами выше граничной передаются без искажений. В результате высокочастотное колебание оказывается промодулированным по частоте сигналами с частотами ниже граничной и по фазе – сигналами с частотами выше граничной. Такой способ обеспечивает улучшение отношения сигнал-помеха при приеме.

Частотная манипуляция.Для передачи телеграфных и других кодированных сигналов применяется частотная манипуляция, заключающаяся в попеременной передаче колебаний, то одной, то другой частоты. Если разность передаваемых частот мала, то уход частоты передатчика вследствие нестабильности может превышать полезную девиацию частоты. Для устранения этого недостатка можно осуществить поочередную коммутацию двух непрерывно работающих кварцевых задающих генераторов рис. 17.25.

Рис.17.25. Частотная манипуляция при кварцевой стабилизации частоты