Особенности структурных схем передатчиков с ЧМ

Частотная модуляция (ЧМ) находит широкое применение в УКВ диапазоне ( м). Частотная и фазовая модуляции (ФМ) являются разновидностями угловой модуляции. При ЧМ и ФМ изменяется частота и фаза ВЧ – колебания пропорционально мгновенному значению передаваемого сигнала .

При ЧМ и ФМ амплитуда модулированного колебания постоянна и не зависит от передаваемого сигнала

,

где – частота ВЧ колебания, – начальная фаза.

При ЧМ и ФМ и меняются во времени по сложному закону. При отсутствии модуляции колебание U(t) является гармоническим и его фаза меняется во времени по линейному закону: , где – несущая частота гармонического колебания.

Различие между ЧМ и ФМ состоит в том, что при гармонической ЧМ девиация фазы обратно пропорциональна частоте модулирующего колебания . При гармонической ФМ девиация частоты прямо пропорциональна частоте модулирующего колебания. При ЧМ девиация частоты зависит только от амплитуды модулирующего колебания, а девиация фазы от его амплитуды и от его частоты. При ФМ девиация фазы зависит только от амплитуды модулирующего колебания, а девиация частоты зависит как от его амплитуды, так и от частоты. Следовательно, существует возможность косвенного получения ЧМ колебания из ФМ. Для этого модулирующее колебание сначала подают на интегрирующую цепь, а затем на фазовый модулятор. Достоинством ЧМ по сравнению с AM является ее более высокая помехоустойчивость. При выборе структурной схемы ЧМ передатчика необходимо разрешить противоречие между требованиями к параметрам частотной модуляции (заданная девиация частоты, линейность модуляционной характеристики и др.) и получением высокой стабильности средней частоты. Существует два основных метода формирования сигналов с ЧМ: прямой и косвенный.

Прямой метод предполагает модуляцию частоты задающего генератора и умножение частоты в последующих каскадах передатчика (рисунок 6.20).

УГ – управляемый генератор, БК – буферный каскад, УМ – усилитель мощности, УПТ – усилитель постоянного тока, ФНЧ – фильтр нижних частот, А – антенна.

Рисунок 6.20

Для стабилизации средней частоты в схеме на рисунке 6.20 используется автоматическая подстройка частоты (АПЧ), которая корректирует медленные уходы частоты . Для того, чтобы АПЧ не ослабляло полезной модуляции, образную связь в системе АПЧ по частоте модуляции исключают с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) с полосой пропускания меньше .

Можно обойтись без системы АПЧ, если управлять частотой кварцевого генератора КГ (рисунок 6.21), который создает колебания с долговременной нестабильностью частоты .

КГ – кварцевый генератор.

Рисунок 6.21

Однако относительный диапазон управления частотой невелик и составляет . Косвенный метод основан на возможности преобразования фазовой модуляции в частотную. Модулирующее напряжение подается на модулятор фазы через интегрирующую цепь (рисунок 6.22).

Рисунок 6.22

Задающий кварцевый генератор позволяет получить высокую стабильность средней частоты. Недостатками этого метода являются трудность получения большой девиации на низких частотах модулирующего сигнала и необходимость умножения девиации с очень большой кратностью – порядка . Существуют другие способы получения ЧМ сигналов. Комбинированный и интерполяционный [5].

Применение умножителей частоты в передатчиках с ЧМ позволяет понизить частоту задающего генератора, что облегчает ее стабилизацию.

Умножители частоты используются для углубления модуляции при ЧМ, т.к. при умножении несущей частоты в n–раз абсолютная девиация частоты также умножается в n‑раз.