Управление колебаниями ВЧ в радиопередатчиках

Процесс управления амплитудой, частотой или фазой р/частотного колебания наз. модуляцией. Этот процесс осущ. в модуляторе передатчика. Обратный процесс – демодуляция, происходит в детекторе приемника. В некоторых совр. приемо-передатчиках мод/демодулятор выполн. вместе в модеме.

В общем виде р/частотное колебание: U(t)=U(t)∙cos[ω_нt+φ(t)], где U(t) – огибающая сигнала; ω_н – частота несущей; φ(t) – отклонение фазы колебания от фазы несущей ω_нt.

Аргумент косинуса ψ(t)=ω_нt+φ(t) - полная фаза сигнала, а его производная ω(t)=dψ(t)/dt=ω_н+dφ(t)/dt – мгновенная частота.

В зависимости от того, на какой из парам-ров сигнала U(t) воздействует сигнал λ(t), различ. АМ U(t)=k₁λ(t); ЧМ φ(t)=k₂λ(t); ФМ ω(t)=k₃λ(t), где k_i – коэф. пропорциональности.

Нарисовать три схемы модуляции!

Наряду с сигналом, промодулир. одним из парам-ров, широкое применение находит однополосная р/передача (ОБП). Сигнал с ОБП относится к сигналам со смешанной АФМ, что требует применения спец. методов восст-я инф-го парам-ра при приеме. По ряду причин ФМ при передаче непрерывных сообщений не используется. Она используется при формировании сигналов с импульсной, т.е. дискретной модуляцией.

20. Построение модуляторов. Амплитудная модуляция*

Особенность АМ – простота приемо-передающих устройств. Схема транзисторного модулятора и временные диаграммы его работы имеют вид (рис.20-1).

На два трансформаторных входа Т1 и Т2 подаются НЧ модулирующее напряжение U_λ(t) и ВЧ колебания U_н(t) c частотой несущей ω_н. При модуляция одним тоном с частотой Ω, напряжение между базой и эмиттером выраж. суммой U_БЭ=U₁cos(Ωt)+U₂cos(ω_нt)-E_Б. Выбирая рабочую точку с помощь. Е_Б так, чтобы обеспечить режим с отсечкой коллекторного тока (рис.Б), получим изменение тока i_К(t) подобно модулированному сигналу, но усеч. снизу (рис.В).

В коллекторной цепи в кач-ве нагрузки имеется колеб. контур LC, настроенный на частоту ω_н. Под воздействием импульсов коллекторного тока в контуре возникают колебания тока с положит. и отриц. полярностями. В рез-те в выходной обмотке трансформатора Т3 наводится напряжение U(t), имеющее вид АМ сигнала сигнала:
U(t)=(U_m+ΔU·cosΩt)∙cosω_нt=U_mcosω_нt+½mU_mcos(ω_н-Ω)t+ +½mU_mcos(ω_н+Ω)t, где m=ΔU/U_m≤1 – коэф. АМ.

Спектр АМ-сигнала содержит несущую на частоте ω_н с амплитудой U_m и две боковые составляющие на частотах (ω_н±Ω) c амплитудами ½mU_m. Т.о. только 1/3 полной мощность АМ сигнала является полезной - недостаток АМ, как и неэффективном использование мощности передатчика.

(см.оборот)

21. Построение модуляторов. Частотная модуляция.*

При ЧМ модулирующий сигнал λ(t) вызывает пропорц. изменение мгновенной частоты ω(t) генератора: ω(t)=kλ(t). Если |λ(t)|≤1, то Δω – девиация частоты (максимальное отклонение мгновенной частоты от частоты несущей ω_Н).

Формирование ЧМ сигналов происх. за счет изменения колебаний автогенератора по закону модулир. сигнала λ(t). Частота автоколебаний определяется вблизи резонансной частоты ω₀=1/(LC) колеб. контура генератора _ изменение емкости С вызывает изменение ω₀. Это реализуется электронной перестройкой емкости в п/п приборах – варикапах. Емкость закрытого p-n перехода варикапа C_В понижается с возрастанием отрицательного смещения – Е_СМ. (рис.21-1)

Выбрав рабочую точку постоянным смещением – Е_СМ в середине линейного участка характеристики С_В(Е) и подавая на варикап модулирующее напряжение U_λ(t), получим пропорц. изменение емкости С_В(t). Вариации емкости вызывают изменение резонансной частоты контура автогенератора (АГ) и соответственно генерируемой частоты.

При тональной ЧМ λ(t)=cos(Ωt), U(t)=U_mcos(ω_Ht+∆ω/Ω∙sin(Ωt)), где ∆ω/Ω=∆f/F=m_Ч - индекс ЧМ, он хар-т отношение девиации частоты Δω к частоте модулирующ. сигнала.

С ростом m_Ч пропорц. расширяется спектр сигнала, поэтому случай с m_Ч=1 принято называть узкополосной ЧМ. При широкополосной ЧМ ширина спектра: Δf_ЧМ≈2m_ЧF=2Δf, т.е. равна удвоенной девиации частоты. Поэтому широкополосная ЧМ используется лишь на сравнительно высоких частотах в диапазоне метровых и более коротких волн, где частотная плотность радиоизлучений сравнительно невелика.

Увеличение помехоустойчивости ЧМ обусл. более рациональн. распределением мощности в спектре сигнала: доля мощности несущей очень мала по сравнению с мощностью полезных боковых составляющих, а постоянство амплитуды ЧМ сигнала позволяет эффективней использовать мощность передатчика. (см. оборот)