Передатчики с угловой модуляцией

 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. Частотная модуляция…………………………………………………….…..4
2. Частотный модулятор………………………………………………….…....6
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 U_W и не зависит от его частоты W.

     Модуляция называется частотной, если девиация (отклонение) частоты Dw от среднего значения w₀ пропорциональна U_W и не зависит от частоты W, т. е. если индекс модуляции m пропорционален U_W и обратно пропорционален W.[1]

     Основные  характеристики и показатели качества при УМ определяются статической модуляционной характеристикой (СМХ) wЕ_мод или fЕ_мод, где Е_мод – 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;

        и_н – мгновенное значение напряжения несущего колебания;

         и – мгновенное значение напряжения модулирующего сигнала;

         и_чм – 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 +k_чU                                                     (2)

 
где ω₀ – несущая частота несущего колебания;

     k_ч – 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 = ωm_ф = k_чU/ω,                                               (3) 
 
где ω - мгновенное значение круговой частоты;

     m_ф - 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)=C_нач / (1 + |U|/φ₀)΄                                       (4) 

     где С_нач – 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.

     Косвенные методы предполагают получение нужного  вида УМ путем осуществления другой модуляции и соответствующего преобразования сигнала. Так как частота и фаза гармонического колебания взаимосвязаны, то ЧМ колебание можно получить, осуществляя модуляцию по фазе. В случае применения косвенного метода ФМ получается из частотной модуляции и соответствующего преобразования сигнала.[1]

Рисунок 5 – Схемы прямого (а, б) и косвенного (в, г) методов получения частотной и фазовой модуляции 

     Для преобразования фазовой модуляции  в частотную на входе фазового модулятора включается интегратор рисунке 5 (в).