5.8. Фазовый модулятор

Фазовые модуляторы используются при формировании ФМ сигнала и ЧМ сигнала (косвенным методом). При этом фазовый модулятор включается после высокостабильного автогенератора. Если при изменении фазы изменяется входное сопротивление фазового модулятора, то это приводит к изменению нагрузки АГ и может изменять частоту последнего. Для устранения подобного эффекта фазовый модулятор подключается к АГ через аттенюатор или буферный каскад (эмитерный повторитель или каскад, собранный на полевом транзисторе). Амплитуда напряжения сигнала, подаваемого на фазовый модулятор, должна быть стабильной, иначе это может привести к паразитной фазовой модуляции в самом фазовом модуляторе и в последующих нелинейных каскадах. Этот эффект усиливается, если амплитуда высокочастотного сигнала излишне велика. Кроме того, при слишком большой амплитуде высокочастотного сигнала увеличиваются нелинейные искажения МФ (если в качестве управляемых реактивных элементов в фазовом модуляторе использованы варикапы). Напротив, при слишком малой входной амплитуде высокочастотного сигнала выходной сигнал будет иметь невысокое отношение сигнал/шум. Форма напряжения высокочастотного сигнала, подаваемого на МФ, должна быть для большинства схем модуляторов также стабильной, практически гармонической, во избежание ухудшения качества фазомодулированного сигнала.

К цепям, следующим за МФ, также предъявляются специфические требования для обеспечения высокого качества сигнала.

Реальный МФ в процессе модуляции неизбежно создает паразитную амплитудную модуляцию (ПАМ). Сигнал ФМ со значительной ПАМ, передаваемый в эфир, снижает достоинства данного вида модуляции, придает ему типичные недостатки АМ сигнала. Но кроме того, ПАМ в тракте передатчика, проходя через нелинейные каскады (умножители частоты, усилитель мощности), приводит к искажению фазовой модуляционной характеристики из-за явления амплитудно-фазовой конверсии (АФК). АФК заключается в том, что фазовый сдвиг высокочастотного колебания, проходящего через нелинейные цепи, становится зависящим от амплитуды данного высокочастотного колебания. Это явление особенно проявляется в устройствах на биполярных транзисторах. Поэтому ПАМ, создаваемую МФ, необходимо снижать различными мерами. К таким мерам относится специальный выбор схем МФ и включение высокочастотного ограничителя после МФ. Следует учитывать, что АФК может происходить и в самом ограничителе, ввиду его сильно выраженной нелинейности и инерционности. Модулятор фазы для обеспечения минимальных нелинейных искажений нуждается в оптимальном, стабильном сопротивлении нагрузки. В связи с этим между МФ и следующими за ним каскадами также включается аттенюатор или буферный каскад, обеспечивающие эту нагрузку.

В последующих за фазовым модулятором каскадах необходимо обеспечить хорошую фильтрацию побочных составляющих спектра, в том числе и субгармоник. Для всех каскадов после МФ следует обеспечить амплитудно-частотную характеристику, достаточную для прохождения спектра ФМ заданной ширины.

В широком смысле под модулятором фазы можно подразумевать ряд узлов, которые необходимы для получения ФМ сигнала, удовлетворяющего требованиям стандарта. К этим узлам относятся вся низкочастотная часть схемы (УНЧ, НЧ ограничитель, ФНЧ), а также значительная часть высокочастотных узлов, начиная с буферного усилителя, включенного после АГ, и кончая умножителем частоты, на выходе которого появляется очищенный от ПАМ ФМ сигнал с ограниченной шириной спектра, не попадающей в полосы соседних каналов связи.

В узком смысле под модулятором фазы подразумевается устройство, обеспечивающее отклонение фазы ВЧ колебания, генерируемого АГ, под воздействием модулирующего напряжения, снимаемого с выхода УНЧ. Чаще всего рассматривается именно это устройство.

Все реальные МФ кроме паразитной АМ, имеют нелинейную зависимость фазы от модулирующего напряжения. Следует различать модуляционные свойства МФ для квазистатического и динамического режимов. Под квазистатическим понимается режим снятия статических модуляционных характеристик, т.е. зависимость фазы и амплитуды колебаний на выходе МФ от медленно изменяющегося управляющего напряжения (когда отсутствуют переходные процессы). Реальный режим работы МФ - динамический, при котором существенную роль играют переходные процессы, сопровождающие любое изменение управляющего напряжения и зависящие, кроме того, от свойств МФ как колебательной системы, и, главным образом, от полосы пропускания. В высококачественном МФ динамические искажения сигнала не выходят за допустимые пределы, и при анализе процессов модуляции можно ограничиться статическими характеристиками, особенно если речь идет о сравнительно низкочастотных или узкополосных модулирующих сигналах. Модуляцию фазы можно получить, используя почти любую активно-реактивную фазосдвигающую цепь, если хотя бы один из ее элементов (активное или реактивное сопротивление) может управляться модулирующим сигналом. В качестве управляемых реактивных элементов в настоящее время наиболее широко используются варикапы, а также биполярные и полевые транзисторы. Транзисторы, особенно полевые, применяются в роли активных и реактивных управляемых сопротивлений. Такие элементы в составе МФ называются управителями фазы.

Наиболее часто для модуляции фазы на практике используются

• параллельный LC контур;

• полосовый фильтр на связанных LC контурах;

• последовательная RLC цепь;

• Т-образная цепь;

• схема на основе компаратора и генератора пилообразного напряжения [9].