§3. Расчет каскадов передатчика с частотной модуляцией косвенным способом.

В отличие от прямого способа ЧМ, осуществляемого путем непосредственного изменения частоты задающего гене­ратора, косвенный способ ЧМ заключается в изменении фазы колебаний в промежуточном каскаде передатчика и одновременном превращении фазомодулированного колебания и частотно-модулированное. Тот факт, что процесс модуля­ции осуществляется в промежуточном (например, в усили­тельном) каскаде, позволяет применить кварцевые задающие генераторы и тем самым создать высокостабильный по ча­стоте передатчик. Как известно, ФМ-колебание, представляе­мое в виде , отличается от ЧМ-колебания лишь отсутствием зависимости индекса модуляции от модулирующей частоты Ω. Если предусмотреть в схеме четырехполюсник, частотная характеристика которого обрат­но пропорциональна частоте модуляции Ω (например, инте­грирующую цепь), и включить его в тракт низкой частоты до фазового модулятора, то на выходе последнего колеба­ния будет промодулировано по частоте. Следовательно, неизменными элементами передатчика, в котором реализуется ЧМ косвенным способом, является фазовой модулятор и интегрирующий четырехполюсник.

Наибольшее распространение получили две схемы реали­зации ФМ: с помощью преобразования AM в модуляцию фазы и ФM, осуществляемой в усилительном каскаде, путем расстройки колебательных контуров.

§4. Преобразование am в модуляцию фазы.

Блок-схема устройства для фазовой модуляции данным способом представлена на рис. 21, а.

Напряжение от задающего генератора поступает на ба­лансный модулятор, на вход которого подается также на­пряжение низкой частоты, а на выходе получается напря­жение только боковых полос частот, модулированных по амплитуде колебаний (без несущей). Это напряжение пово­рачивается по фазе на 90° в фазовращателе и складывается в усилителе с напряжением, поступающим непосредственна от задающего генератора. Как видно из векторной диаграм­мы, суммарное напряжение представляет собой колебание, модулированное по фазе и частично по амплитуде. Очевид­но, при таком методе модуляции индекс модуляции в пре­дельном случае может достигнуть значения Δφ=π/2=1.57.

Рис. 21. Схема получения ЧМ сигнала способом балансной амплитудной модуляции.

Практически же для получения неискаженной модуляции приходится ограничивать значение этого индекса величиной Δ φ=0.5.

Для превращения ФМ в ЧМ на низкочастотный вход ба­лансного модулятора необходимо включить интегрирующий четырехполюсник (см. рис. 21, б). Комплексный коэффициент передачи такого четырехполюсника .

Обычно выбирают элементы схемы так, чтобы , тогда модуль коэффициента передачи .

Последнее выражение свидетельствует о том, что частотная характеристика цепи обратно пропорциональна модулирующей частоте, индекс модуляции на выходе усилителя будет зависеть от Ω и фазовая модуляция превратится в частотную. Учитывая, что Δ φ_max не превышает 0.5, для девиации частоты на выходе фазового модулятора имеем .

Величина девиации частоты в рассмотренной схеме не превышает нескольких сотен герц, поэтому для увеличения ее до требуемых по заданию значений в схеме передатчика следует предусмотреть умножение частоты.

Расчет частотно-модулированного передатчика, в котором применяется описываемый в этом параграфе фазовый мо­дулятор, следует осуществлять в следующем порядке:

1. По исходным данным, в частности по величине девиа­ции рабочей частоты передатчика, определяется число кас­кадов умножения частоты. При этом можно задаваться ве­личиной девиации на выходе фазового модулятора , коэффициентом умножения одного каскада n≤4, величиной рабочей частоты задающего генератора, т.е. величиной средней частоты на выходе ФМ (F_max - высшая модулирующая частота).

2. Рассчитывается балансный модулятор (см. гл. 6) и определяются величины мощностей, требуемых от задающего генератора и усилителя низкой частоты.

3. Определяются параметры интегрирующей цепочки по формуле , где R=5…10 кОм.

4. Рассчитывается фазовращатель поворачивающей на 90° фазы всех составляющих спектра сигнала на выходе баланс­ного модулятора.

5. Рассчитывается задающий генератор, который в пере­датчике данного типа должен быть стабилизирован кварцем (см. гл. 4).

6. Определяется напряжение или мощность частотно-мо­дулированного колебания на выходе фазового модулятора (на входе последующего усилителя или умножителя). Так как это колебание состоит из двух: снимаемых с фазовра­щателя и непосредственно с задающего генератора, сдвину­тых относительно друг друга на 90°, то суммарное напря­жение определяется по формуле . Суммарная мощность, развиваемая на входном сопротив­лении следующего за модулятором каскада , где R_вх - входное сопротивление транзистора (для схемы усилителя или умножителя на транзисторе с об­щим эмиттером можно ориентировочно принять R_вх=2…5 кОм).

7. Рассчитывается тракт усиления и умножения частотно-модулированного сигнала. Расчет ведется с выходного кас­када передатчика с учетом требуемой мощности в антенне. Количество каскадов усиления определяется, требуемой мощ­ностью Р_а, количество каскадов умножения частоты - тре­буемой величиной девиации рабочей частоты на выходе передатчика. Необходимо учесть, что каскады умножения частоты обеспечивают, усиление по мощности, однако прибли­зительно в n раз (n - коэффициент умножения) меньшее, чем усилительный каскад. Если последний из рассчитывае­мых каскадов требует для своего возбуждения мощность, меньшую или равную Р_вых ФМ, расчет можно считать закон­ченным.

8. При расчете колебательных систем и режимов тракта усиления и умножения необходимо иметь в виду, что по мере удаления от выходного каскада частота усиливаемых (умно­жаемых) колебаний уменьшается пропорционально коэффи­циенту умножения предыдущих (по ходу расчета) каскадов умножителей.

9. Составляется принципиальная схема передатчика, рас­считываются элементы цепей питания его каскадов и опре­деляется промышленный КПД всего передатчика (см. гл. 7).