Передатчики с угловой модуляцией (стр. 1 из 2)
Некоммерческое акционерное общество
«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»
Кафедра радиотехники
РАСЧЕТНО – ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА 2
на тему: Передатчики с угловой модуляцией
Специальность: 050719 Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Выполнила Наби П. Группа БРЭ-09-16
Номер зачетной книжки: 093084
Руководитель: старший преподаватель Кондратович А. П.
__________________________ «____» _________________________2011 г.
Алматы 2011
Содержание
1 Угловая модуляция…………………………………………………………......3
1.1 Частотная модуляция…………………………………………………….…..4
1.2 Частотный модулятор………………………………………………….…....6
1.3 Достоинства частотной и фазовой модуляций…………………………......7
2 Прямые и косвенные способы получения ЧМ и ФМ колебаний….…......…8
3 Построение передатчиков с угловой модуляцией………………………..….9
3.1 Передатчики низовой радиосвязи…………………………………….…....10
3.2 Передатчики на УКВ……………………………………………….…….....11
Заключение…………………………………………………………….………...12
Список литературы………………………………………………….………..…13
1 Угловая модуляция
Формирование радиочастотных сигналов, имеющих заданные временные, спектральные и энергетические характеристики, их последующая передача по специальным направляющим электромагнитным системам или через свободное пространство к потребителю осуществляется с помощью радиопередающего устройства (РПДУ).
Современное РПДУ представляет сложное устройство, состоящее из большого числа каскадов и цепей. Для генерирования и формирования радиосигналов используются различные приборы и активные элементы (АЭ): лампы, транзисторы и т.д. Основными электрическими характеристиками передатчика, определяющими его конструкцию, являются мощность, диапазон несущих частот, вид и требуемое качество модуляции.
Передатчики с угловой модуляцией (УМ) получили широкое распространение в радиосвязи.
Угловая модуляция может быть частотной или фазовой; она применяется в системах низовой радиосвязи различных диапазонов частот, в радиовещании на УКВ, в звуковом сопровождении телевизионного вещания, наземной радиорелейной связи прямой видимости, тропосферной и космической связи. Кроме того, угловая модуляция используется в радиотелеметрии, в системах радиоуправления, в некоторых системах радионавигации и радиолокации. Упрощенно ЧМ и ФМ представляются в виде:
(1)где m – индекс модуляции;
W - частота модулирующего колебания
Модуляция называется фазовой, если индекс модуляции m пропорционален амплитуде модулирующего сигнала UW и не зависит от его частоты W.
Модуляция называется частотной, если девиация (отклонение) частоты Dw от среднего значения w0 пропорциональна UW и не зависит от частоты W, т. е. если индекс модуляции m пропорционален UW и обратно пропорционален W.[1]
Основные характеристики и показатели качества при УМ определяются статической модуляционной характеристикой (СМХ) wЕмод или fЕмод, где Емод – постоянное напряжение, подаваемое на вход модулятора.[1]
Рисунок 2 – СМХ
Динамические модуляционные характеристики: амплитудная и частотная.
Рисунок 3 – Амплитудная ДМХ
Рисунок 4 – Частотная ДМХ
1.1 Частотная модуляция
При частотной модуляции амплитуда несущего колебания остается постоянной, а несущая частота ω0 изменяется во времени по закону модулирующего сигнала.[2]
Рисунок 1.1 - Частотная модуляция:
а – несущее колебание;
б – модулирующий сигнал;
в – частотно – модулированный сигнал;
ин – мгновенное значение напряжения несущего колебания;
и – мгновенное значение напряжения модулирующего сигнала;
ичм – мгновенное значение напряжения частотно – модулированного сигнала;
t – текущее значение времени
На рисунке 1.1 показаны графики модулирующего синусоидального звука и колебания с переменной высокой частотой, полученного в результате частотной модуляции. Во время первого положительного полупериода звукового колебания частота несущего колебания возрастает, доходит до наибольшего значения, а затем возвращается к первому значению. В течение другого отрицательного полупериода звука частота несущего колебания уменьшается, доходит до наименьшего значения и снова принимает первоначальное значение. Чем больше амплитуда модулирующего сигнала, тем сильнее изменяется частота.
При частотной модуляции модулируемым параметром является частота гармонического колебания ω0, которая получает приращение Δω, зависящее от времени и пропорциональное мгновенному значению модулирующего сигнала U. В случае гармонического колебания мгновенная частота ω не меняется во времени, она равна несущей частоте ω0.
При частотной модуляции частота несущего колебания ω связана с
модулирующим сигналом U зависимостью: ω = ω0 +kчU (2)
где ω0 – несущая частота несущего колебания;
kч – размеренный коэффициент пропорциональности между частотой и напряжением, рад / (В·с).
Максимальное отклонение мгновенного значения частоты модули-рованного колебания от среднего значения называется девиацией частоты.
ωд = ωmф = kчU/ω, (3) где ω - мгновенное значение круговой частоты;
mф - девиация фазы несущего колебания (индекс частотной модуляции);
U – амплитуда модулирующего сигнала.
1.2 Частотный модулятор
Наибольшее применение имеет частотный модулятор на основе варикапа – полупроводникового диода с обратно смещенным p-n-переходом. Закон изменения емкости p-n-перехода, называемой барьерной, или зарядной, от величины обратного напряжения U имеет вид:
C(U)=Cнач / (1 + |U|/φ0)΄ (4)
где Снач – начальная емкость;
φ0 =0,5 … 0,7 В (для кремния) - контактная разность потенциалов.
Рисунок 1.2 – График зависимости C(U)
Рисунок 1.3 - Схема частотного модулятора с варикапом, подключенным к контуру автогенератора
1.3 Достоинства частотной и фазовой модуляций
Главным достоинством частотной модуляции является ослабление действия помех, что позволяет улучшить качество приема. По сравнению с амплитудной модуляцией при частотной модуляции лучше используется мощность передатчика.
В радиосвязи и радиовещании успешно применяется частотная модуляция. В нашей стране создана сеть УКВ радиовещательных станций, работающих с частотной модуляцией в диапазоне 64,5 – 73 МГц. Для радиовещания применяется широкополосная частотная модуляция, при которой наибольшее отклонение частоты от первоначального значения достигает десятков килогерц (обычно + 75 кГц). Такое отклонение частоты допустимо только в случае, если частота несущих колебаний достаточно велика. Поэтому радиовещание с частотной модуляцией ведется на ультракоротких волнах, т. е. на частотах не менее десятков мегагерц.
Передатчики с ФМ нашли широкое применение на практике из-за существенных преимуществ по сравнению с амплитудной модуляцией (АМ) и частотной модуляцией (ЧМ):
- хорошая помехоустойчивость;
- использование АЭ в выгодном энергетическом режиме.
Разнородный характер передаваемой информации (телефония, телеграфия, передача данных и т.д.) требует выполнения жестких ограничений на такие параметры передатчика, как стабильность частоты, нелинейные искажения, амплитудно - и фазочастотные характеристики.
Тракт формирования ФМ сигнала обычно является маломощным, т.к. к уровню вносимых искажений и стабильности характеристик предъявляются наиболее высокие требования. В настоящее время применяется почти исключительно фильтровой метод (метод повторной балансной модуляции), характеризуемый высокой стабильностью качественных показателей основных узлов тракта формирования.[2]
К передатчикам с ФМ предъявляются высокие требования к стабильности частоты. Для обеспечения требуемой стабильности поднесущие частоты вырабатываются синтезатором сетки частот. Усиление ФМ сигнала осуществляется в двух ступенях: в предварительных усилителях или усилителях промежуточной частоты и в оконечных каскадах усилителя мощности. Главными требованиями для усилителей является высокая линейность и надёжность.[2]
2 Прямые и косвенные способы получения ЧМ и ФМ колебаний
Существуют прямые и косвенные методы получения ФМ и ЧМ колебаний. При прямых методах модулирующее колебание непосредственно воздействует на необходимый для данной модуляции параметр частоту или фазу высокочастотного колебания. В первом случае частотный модулятор представляет собой автогенератор, в контур которого включен реактивный элемент, управляемый модулирующим сигналом. Прямая фазовая модуляция осуществляется в цепи, через которую проходит ВЧ колебание и сдвиг фазы выходного сигнала изменяется под действием сигнала модуляции.