Контрольные вопросы

1. Что такое модуляция высокочастотного сигнала?

2. Что такое частотная модуляция?

3. Какие методы осуществления ЧМ Вы знаете?

4. Назовите преимущества и недостатки всех известных Вам методов осуществления ЧМ.

5. Что собой представляет варикап? Какими другими средствами можно реализовать ЧМ?

6. Чем определяется девиация частоты при ЧМ?

7. Чем вызваны нелинейные искажения в ЧМ модуляторе рис. 1?

8. Чем ограничена в ЧМ модуляторе?

9. Нарисуйте схему ЧМ модулятора в составе автогенератора и объясните назначение всех элементов схемы.

10. Понятие «узкополосная» и «широкополосная» ЧМ модуляция.

11. Преимущества и недостатки ЧМ модуляторов на варикапах.

12. Из-за чего возникает паразитная амплитудная модуляция при реализации ЧМ?

Методические указания

Процесс управления одним или несколькими параметрами колебаний высокой частоты в соответствии с законом передаваемого сообщения называется модуляцией.

При частотной модуляции высокочастотный сигнал имеет вид:

где: _­­­­_­ постоянный коэффициент;

передаваемое сообщение.

При модуляции тоном из (1) имеем:

где: – индекс частотной модуляции;

девиация частоты.

Частотная модуляция в РПУ осуществляется в соответствии с одним из следующих методов:

1. путём изменения частоты автогенератора с параметрической модуляцией;

2. посредствам управления частотой кварцевого автогенератора;

3. при помощи преобразования фазовой модуляции в частотную.

При двух первых методах к контуру автогенератора подключается частотный модулятор – управляемый реактивный элемент. В полупроводниковых РПУ в качестве последнего в основном используется варикап.

При третьем методе фазовый модулятор, также представляющий собой управляемый реактивный элемент, присоединяется к контуру усилительного или умножительного каскадов. Второй и третий методы позволяют получить относительно небольшую величину девиации при высокой стабильности средней частоты и поэтому применяются при узкополосной ЧМ. Первый метод позволяет получить сколь угодно большое значение девиации частоты. При этом, однако, возникает необходимость в применении специальных схем для стабилизации средней частоты сигнала. Рассмотрим возможную реализацию этого метода.

Частотная модуляция в автогенераторе с параметрической модуляцией

На рис. 1 изображена типовая схема частотного модулятора с варикапом и его присоединение к контуру автогенератора (а); эквивалентная схема высокочастотной части представлена на рис. 1б.

а)

б)

Рис. 1. Типовая схема ЧМ модулятора на варикапе и ее эквивалентная схема.

На вход схемы рис. 1 поступает модулирующий сигнал. Он усиливается резистивным транзистором усилителем низкой частоты. Дроссели пропускают постоянную составляющую напряжения и усиленный модулирующий сигнал. С помощью контура , который входит состав автогенератора (на схеме АГ не показан), генерируется ВЧ сигнал с несущей . Варикап имеет ёмкость величиной при . При накладывании на модулирующего сигнала происходит изменение величины ёмкости варикапа по закону модулирующего напряжения. Считаем, что амплитуда высокочастотного сигнала, приложенная к варикапу, существенно меньше амплитуды низкочастотного сигнала. Тогда выражение для при синусоидальном напряжении сигнала имеет вид:

где: ёмкость варикапа при постоянном напряжении смещения ;

коэффициент глубины модуляции;

амплитуда модулирующего сигнала, приложенная к варикапу;

коэффициент определяемый типом, p-n перехода варикапа (константа).

Поскольку максимальное отношение девиации частоты к несущей не превышает нескольких процентов, то можно записать, что

где:

- суммарная ёмкость контура при отсутствии модулирующего сигнала;

- коэффициент связи;

-изменение суммарной ёмкости контура относительно значения при действии модулирующего сигнала.

С учётом (3) имеем для отношения ёмкостей:

Разложив функцию (7) в ряд Макларена, получим:

где:

В табл. 1 приведены выражения для коэффициентов , полученные с учётом первых четырёх членов в ряде Макларена [1].

Таблица 1. Выражения коэффициентов

Коэффициент	Общая формула	При

Подставив (8) в (6) и приняв во внимание, что

получим:

Подставив (5) и (10) в выражение (4), получим:

Из рассмотрения соотношения (11) следует, что при ЧМ с помощью варикапа происходит смещение несущей частоты, определяемое коэффициентом :

Девиация частоты по первой гармонике модулирующего сигнала зависит от :

При определении коэффициента нелинейных искажений можно ограничиться второй и третей гармониками сигнала:

Амплитуда высокочастотного сигнала, которая прикладывается к варикапу, равна:

где: амплитуда высокочастотного сигнала на контуре автогенератора.

Частотный модулятор вносит дополнительные активные потери в контур автогенератора. Кроме того, при сильной связи варикапа с контуром автогенератора, наблюдается паразитная амплитудная модуляция ВЧ сигнала.

Обычно выбирают и .