Временное и спектральное представление ЧМ сигнала.

⇐ ПредыдущаяСтр 19 из 33Следующая ⇒

Частотной модуляцией называется процесс изменения мгновенного значения частоты высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения), оставляя при этом неизменной амплитуду его колебаний. В момент молчания частота высокочастотного колебания не меняется (рис.1,а). При увеличении напряжения модулирующего сигнала (положительный полупериод) высокая частота увеличивается, а при уменьшении напряжения модулирующего сигнала (отрицательный полупериод) понижается: частота как бы «качается» около своего среднего значения. Предел качания частоты в одну сторону называется девиацией (отклонением) частоты. Так как отклонение частоты пропорционально величине модулирующего сигнала, то при увеличении частоты модулирующего сигнала вдвое (рис.1,б) и неизменной его амплитуде (громкости) пределы изменения высокой частоты останутся теми же, но скорость качания частоты также увеличится вдвое.

Рис.1. Графики изменения высокочастотного тока при частотной модуляции

При амплитудной модуляции глубина модуляции ограничена и не может превышать 100%, так как при m>100% искажается форма сигнала. При частотной модуляции пределы качания частоты условны и превышение их не приводит к искажениям.

Уравнение для мгновенного значения тока, модулированного по частоте одной звуковой частотой, имеет вид:

i = sin ( )

где - амплитуда тока высокой частоты при отсутствии модуляции;

- угловая частота высокочастотных колебаний;

- угловая частота модулирующего синусоидального сигнала;

индекс частотной модуляции.

Индексом частотной модуляции или коэффициентом девиации частоты (коэффициентом частотного отклонения) называется отношение девиации частоты к модулирующей частоте .

= .

В отличие от коэффициента амплитудной модуляции т, зависящего только от амплитуды модулирующего колебания, индекс частотной модуляции зависит как от амплитуды модулирующего колебания ( ), так и от его частоты ( F ).

Установлено, что при частотной модуляции воздействие одной модулирующей частоты дает не две боковые частоты, как при амплитудной модуляции, а бесчисленное множество боковых частот. Эти боковые частоты отстоят друг от друга на величину модулирующей частоты и амплитуды их уменьшаются по мере увеличения частоты. При рассмотрении спектра частотно-модулированного сигнала принято учитывать только гармонические составляющие, амплитуды которых составляют не менее 2% от амплитуды немодулированного колебания средней частоты. Начиная сn≥ амплитуды гармонических составляющих становятся весьма малыми. Поэтому гармоническими составляющими с порядковым номером n> практически можно пренебречь. Обозначим максимальный порядковый номер гармоники, которую нужно учитывать Тогда ширина спектра ЧМ-сигнала будет Δ = 2 Ω≈2( +1)Ω.

Так как в данном случае = , то Δ ≈2( +Ω) или

Δ ≈2(Δ +F).

Для значений Δ ≈2 Ω = 2 . или Δ ≈2Δ т.е.ширина спектра простейшего ЧМ-колебания равна удвоенной девиации частоты.

Полоса частот, необходимая для передачи этих колебаний, называется эффективной полосой. Рассмотрим, как изменяются спектры токов, модулированных по частоте синусоидальными колебаниями различных амплитуд и частот. Спектр частотно-модулированного сигнала при неизменной модулирующей частоте ( F= 1 000 Гц) и изменяющемся индексе частотной модуляции за счет изменения амплитуды (громкости) показан на рис. 2,а.

Если предположить, что амплитуда неизменна ( =соnst), а частота Fменяется так, что индексы частотной модуляции такие же, как в предыдущем случае, то спектры сигнала имеют вид, изображенный на рис.2,б. Из приведенных спектров видно, что спектр колебаний содержит одну несущую частоту f₀ и большое чисто симметрично расположенных относительно нее боковых частот. При изменении амплитуды и частоты модулирующего сигнала меняется , и соответственно видоизменяется спектр частот сигнала (чем больше тем больше составляющих содержит спектр), причем изменяются как амплитуды боковых частот, так и несущей; с ростом , амплитуда тока несущей уменьшается и может стать меньше амплитуды токов некоторых боковых частот; при модуляции сложным сигналом число модулирующих частот возрастает и соответственно увеличивается число пар боковых частот, причем амплитуды высших боковых частот уменьшаются.

Рис.2. Спектры сигнала при частотной модуляции.

В зависимости от числа пар боковых частот различают узкополосную и широкополосную частотные модуляции. Узкополосная частотная модуляция имеет ширину спектра, не превышающую удвоенной ширины спектра при амплитудной модуляции (индекс меньше единицы). Она применяется при радиотелеграфии. Широкополосная частотная модуляция, применяемая в радиовещательных передатчиках, характеризуется следующими данными:

=80 кГц, =15 кГци = = =5,3. При этом ширина полосы частот составляет около 200 кГц. Она складывается из удвоенного значения девиации частоты 2 =160 кГци защитной полосы шириной 20—25 кГцв каждую сторону от боковых, предотвращающей действие помех от соседних станций.

Частотный модулятор.

Для реализации частотной модуляции требуется управляемый реактивный элемент. Таковым является уже известный нам варикап, а так же можно применить, так называемую реактивную лампу (рис.3.).

Рис.3. Управляемые реактивные элементы

В реактивной лампе между выходом (анодом) и входом (управляющей сеткой) существует обратная связь с помощью Rф, Сф. Параметры этой цепи подобраны так, что сопротивление Rф>>1/ωС. Тогда ток в этой цепи будет совпадать по фазе с напряжением его вызвавшим, т.е. с Uа. Протекая по конденсатору Cф этот ток создаст Uс, отстающее от тока на 90⁰. Это напряжение, действуя на управляющую сетку лампы, вызовет анодный ток, совпадающий по фазе с напряжением на сетке. В итоге получилось, что Uа опережает Iа на угол 90⁰, а это свойственно индуктивному сопротивлению. Изменение величины тока в лампе эквивалентно изменению её сопротивления. Модулирующее напряжение, действуя на управляющую сетку лампы, изменяет её крутизну, меняется ток, меняется индуктивное сопротивление лампы, меняется частота контура, в состав которого входит сопротивление реактивной лампы. Не трудно показать, что если поменять местами элементы фильтра Rф,Сф, и установить сопротивление ёмкостного участка гораздо большим, чем Rф, то получится лампа, обладающая ёмкостным характером сопротивления.

Схема ЧМ с использованием варикапа имеет вид (рис.4.).

Рис.4. Схема ЧМ с использованием варикапа

ЗГ собран по схеме с трансформаторной обратной связью. Параллельно контуру ЗГ включен варикап VD. Для выбора исходной рабочей точки на варикап подаётся отрицательное напряжение смещения от источника Есм. Последовательно с напряжением смещения на варикап, с помощью трансформаторной связи, подаётся модулирующее напряжение с модулятора. Под действием этого напряжения изменяется ёмкость варикапа, следовательно, и общая ёмкость колебательного контура ЗГ. В результате частота ЗГ изменяется по закону информационного сигнала. Блокировочная индуктивность Lбл препятствует прохождению ВЧ сигналов с контура в цепи модулятора.

Фазовая модуляция.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1056; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 14 15 16 17 181920 21 22 23 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!