2. Цифровой частотный модулятор

В цифровых системах передачи информации используется цифровая частотная модуляция (частотная манипуляция), при которой условному кодовому символу «1» соответствует несущее колебание частоты f₁ , а условному кодовому символу «0» - несущее колебание частоты f₂. Одним из вариантов схемного исполнения цифровой частотной модуляции (ЦЧМ) является управление частотой задающего генератора по закону кодовой последовательности. Существует много разновидностей схем, реализующих данный метод.

Принцип формирования ЧМ - сигнала рассмотрим на примере ЦЧМ с индексом частотной модуляции m_ЧМ = 0,5 (может быть определен как отношение девиации частоты к частоте модулирующего сигнала).

В теории сигналов доказывается, что огибающая энергетического спектра ЦЧМ сигнала резко убывает по мере удаления от несущей, если применять сглаживание закона изменения фазы при частотной манипуляции (при переходе к передаче очередного символа не было бы скачка начальной фазы этого радиоимпульса по отношению к предыдущему). Следовательно, в результате такого подхода, можно уменьшить полосу частот, занимаемую сигналом, и уменьшить частотные искажения при его обработке. Считается, что оптимальные результаты дает частотная манипуляция с минимальным сдвигом фазы (ММС сигнал).

При выполнении ММС для передачи символа «1» текущую фазу несущего колебания в пределах времени передачи символа линейно увеличивают таким образом, чтобы к моменту окончания символа приращение фазы составило , а передаче символа «0», напротив, соответствует линейное уменьшение текущей фазы на . Следует заметить, что линейному изменению текущей фазы сигнала соответствует постоянное значение частоты несущей (частота – производная от текущей фазы сигнала по времени) (рис.4.5).

Зная величину приращения текущей фазы за длительность элементарной кодовой посылки, можно определить девиацию частоты при ММС: = , , откуда , где Δt – длительность импульса кодовой посылки.

2. Фазовые модуляторы

Фазовая модуляция, как и частотная модуляция, является разновидностью угловой модуляции и отличается от частотной модуляции разным характером зависимости индексов модуляции от параметров модулирующего напряжения.

Существуют прямые и косвенные методы ФМ.

Прямой метод, например, может быть реализован на основе полосового усилителя, в резонансную систему которого введен варикап (рис.4.6), управление емкостью которого по закону сообщения реализует фазовую модуляцию.

Резонансная система усилителя с учетом варикапа настроена на частоту задающего генератора. Вольт-фарадная характеристика варикапа имеет линейный участок, что позволяет изменять емкость варикапа по закону сообщения. Управление варикапом обеспечивает управление расстройкой контура относительно частоты по закону сообщения. Известно, что в пределах полосы пропускания контур обладает почти линейной фазовой характеристикой и в случае расстройки вносит в сигнал дополнительный фазовый набег, который также изменяется по закону сообщения.

Прямые и косвенные методы аналоговой ФМ имеют такие же недостатки, что и методы ЧМ.

Простой подход реализации дискретной фазовой манипуляции предполагает наличие двух генераторов, несущие частоты которых равны, а начальные фазы отличаются на . Тогда, имея электронный коммутатор, можно формировать выходной ФМ сигнал в виде сомкнутой последовательности радиоимпульсов, начальные фазы которой изменяются по закону цифрового сообщения.

При всей простоте и понятности подхода метод не нашел практического применения из-за трудностей реализации.

Существует большое разнообразие схем ФМ, каждая из которых обладает своими достоинствами и недостатками.