Модуляторы.
Модулятор - радиотехническое устройство, в котором изменяется один из параметров несущего колебания под воздействием низкочастотного информационного сигнала.
Одними из наиболее применяемых являются частотные и фазовые модуляторы.
Частотный модулятор предназначен для изменения частоты несущего колебания под воздействием информационного сигнала.
Модулированное по частоте колебание в общем виде выражается формулой:
где:
Uo - амплитуда ЧМ колебания - величина постоянная в процессе модуляции;
w o - частота несущего колебания;
D w (t) - изменение несущей частоты, под воздействием модулирующего колебания;
t - время.
Модуляторы, способные формировать ЧМ сигнал, делят на две группы:
- частотный модулятор с разрывом фазы;
- частотный модулятор без разрыва фазы.
Упрощенная схема частотного модулятора с разрывом фазы представлена на рис.75 а.
рис. 75
В соответствии с изменением манипулирующего сигнала устройство управления ключом подключает к усилителю один из двух генераторов. В момент переключения фазы выходных колебаний случайны и имеет место разрыв фазы ЧМ сигнала (рис.75 б).
В аппаратуре станций спутниковой связи применяется схема формирования ЧМ сигнала с разрывом фазы, основанная на том, что используется один генератор несущего колебания для формирования ЧМ сигнала (рис.76).
рис. 76
В состав частотного модулятора входят:
- генератор несущего колебания;
- ДПКД - делитель с переменным коэффициентом деления.
Принцип работы такого генератора основан на том, что коэффициент деления ДПКД изменяется под воздействием информационного сигнала C(t).
Упрощенная схема частотного модулятора без разрыва фазы представлена на рис.77.
рис. 77
В состав модулятора входят:
- автогенератор;
- реактивный элемент;
- усилитель.
Автогенератор генерирует незатухающее несущее колебание. Основным элементом автогенератора является колебательный контур. Параллельно контуру подключается реактивный элемент, например варикап, у которого изменяются электрические характеристики (емкость перехода) в зависимости от входного сигнала С(t) (рис.78).
рис. 78
Резонансная частота колебания в контуре определяется параметрами элементов контура:
где:
L - индуктивность контура;
C - емкость контура.
Из формулы видно, что для изменения параметров контура необходимо изменять или емкость или индуктивность.
Варикап - полупроводниковый элемент, у которого емкость перехода изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения. Т.к. он включен параллельно колебательному контуру и на него подается управляющее напряжение информационного сигнала, следовательно, будет скачкообразно изменяться емкость колебательной системы, а соответственно и частота колебания в контуре (рис.78 б).
Фазовый модулятор предназначен для изменения фазы несущего колебания на определенное значение j .
Простейшая схема фазового модулятора представлена на рис.79.
рис. 79
Принцип работы фазового модулятора заключается в следующем:
генератор несущего колебания подключен к первичной обмотке (I) Тр1. При отсутствии информационного сигнала диоды VD1 - VD4 закрыты, следовательно, на выходе модулятора в обмотке (II) Тр2 никакого сигнала не будет. При поступлении положительного импульса на вход информационного сигнала VD1 и VD2 откроются, т.е. сопротивление переходов этих диодов будет стремиться к нулю. Через открытые диоды несущее колебание поступит на (I) Тр2 и на входе появится несущая частота. Как только на информационный вход поступит отрицательный импульс VD1 и VD2 -закроются, а VD3 и VD4 - откроются, следовательно, направление протекания тока несущей частоты через обмотку (I) Тр2 изменится на 180° , а равно и на выходе (II) Тр2 изменится фаза несущего колебания на 180° (рис.80).
Данный процесс объясняется графиками рис.80.
рис. 80
В приведенной выше схеме изменение фазы происходит при каждом переходе от "0" к "1" и от "1" к "0" (абсолютная фазовая манипуляция).
Для решения вопросов использования ОФМ пользуются следующей схемой (рис.81).
рис. 81
Принцип работы схемы объясняют графиком рис.82
рис. 82
Триггер переключаются каждый раз под воздействием ”1”, появляющейся на входе схемы “И” остается в прежнем состоянии - на его входе “0”.
Таким образом, прежде чем промодулировать несущее колебание, на входе триггера формируется относительно кодированная последовательность (рис.82в) под воздействием которой в кольцевом балансном преобразователе частоты фаза несущего колебания Ао(t) изменяется на 180° (рис.82г).