рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Угловая модуляция

Угловая модуляция - раздел Изобретательство, Теоретические основы радиотехники     8.6.1. Общие Принципы Получения Сигналов С...

 

 

8.6.1. Общие принципы получения сигналов с угловой модуляцией

 

 

Радиосигналы с угловой модуляцией имеют вид

s(t) = cos[ω0t + ϕ(t)],


где


ϕ(t) = kфsм (t) + ϕ0


– изменение фазы несущего колебания при фазовой мо-


дуляции;

t


ϕ(t ) = s м (t)dt +ϕ0

ной модуляции.


– изменение фазы несущего колебания при частот-


Здесь


s м(t )


– модулирующий сигнал, ϕ0


– начальная фаза несущего коле-


бания ,


и


– масштабные коэффициенты.


Такие радиосигналы формируются фазовыми и частотными модуляторами.


Фазовый модулятор (ФМ) – это устройство, формирующее высокочастот- ное колебание, фаза которого изменяется по закону модулирующего сигнала (рис. 8.20,а).

Частотный модулятор (ЧМ) – это устройство, формирующее высокочас- тотное колебание, частота которого изменяется по закону модулирующего сиг- нала (рис. 8.20,б).

 

 

Рис. 8.20. Фазовый (а) и частотный (б) модуляторы

 

 

Фазомодулированное колебание можно получить и с помощью частотного модулятора. Для этого необходимо модулирующий сигнал подать на модулятор через дифференцирующую цепь (диф. цепь, рис. 8.21,а). В свою очередь с по- мощью фазового модулятора можно получить частотно-модулированное коле- бание, если модулирующий сигнал подается на модулятор через интегрирую- щую цепь (инт. цепь, рис. 8.21,б).

 

Рис. 8.21. Взаимосвязь частотной и фазовой модуляций

8.6.2. Фазовые модуляторы

 

 

Изменение фазы несущего колебания по закону модулирующего сигнала наиболее просто осуществляется с помощью колебательного контура с пере- страиваемой фазочастотной характеристикой. Управляя этой характеристикой с помощью модулирующего сигнала, можно изменять в определенных пределах фазу высокочастотного колебания, поступающего на контур. ФЧХ контура за- висит от его параметров (индуктивности, емкости, сопротивления). Поэтому


управление этой характеристикой можно осуществить, изменяя, например, ве- личину емкости контура с помощью варикапа – параметрического плоскостно- го диода, барьерная емкость p-n-перехода которого зависит от обратного на- пряжения, приложенного к нему. Для осуществления процедуры модуляции на варикап необходимо подать модулирующий сигнал.

Схема такого фазового модулятора представлена на рис. 8.22.

 

 

Рис. 8.22. Фазовый модулятор на основе перестраиваемого контура

 

 

Для устранения паразитной амплитудной модуляции, вызванной неизбеж- ной расстройкой контура относительно частоты несущего колебания, к выходу модулятора подключается усилитель-ограничитель.


Фаза выходного сигнала ϕвых


модулятора будет определяться изменением


фазового сдвига контура ϕк


по закону модулирующего сигнала


(t), т.е.


ϕвых[u м(t)] = ϕк[u м(t)] +ϕ0 .

Индекс угловой модуляции определяется произведением амплитуды моду-


лирующего сигнала U м


на крутизну модуляционной характеристики, равную


S ф = dϕк (u)


du . Крутизна модуляционной характеристики зависит от доброт-


ности контура, порядка включения варикапа в контур (последовательно или па- раллельно емкости контура) и крутизны вольт-кулонной характеристики вари- капа. При необходимости получить значительный индекс угловой модуляции

β применяется умножитель частоты выходного сигнала.

Другой способ построения фазовых модуляторов основан на преобразова-

нии амплитудной модуляции в фазовую. В таких модуляторах формирование ФМ-сигнала производится в два этапа. На первом этапе формируется АМ- сигнал, а на втором этапе осуществляется преобразование данного сигнала в сигнал с фазовой модуляцией.

Второй этап выполняется путем сложения двух колебаний несущей часто-


ты, сдвинутых относительно друг друга на угол


π 2. Причем амплитудно-


модулированными могут быть одно или оба складываемых колебаний.

На рис. 8.23 и 8.24 приведены схемы подобных фазовых модуляторов и векторные диаграммы, поясняющие эффект фазовой модуляции.


 

Рис. 8.23. Фазовый модулятор

 

 

Фазовый модулятор рис. 8.23 реализует свои функции путем сложения ам-


плитудно-модулированного


u1(t) = U(t)cosω0t


и немодулированного


u2 (t) = E sinω0t


колебаний. Выходной сигнал равен


uвых (t ) = U(t )cos ω0t + E sin ω0t =


U2(t ) + E 2 sin{ω0t + arctg[U(t )


 

E ]} .


Как видно из этого выражения, выходной сигнал представляет собой высо- кочастотное гармоническое колебание, амплитуда и фаза которого зависит от модулирующего колебания. Векторная диаграмма иллюстрирует эффект изме- нения фазы и тот факт, что фазовая модуляция в этом случае сопровождается


паразитным изменением амплитуды нала.


C (t ) =


U2(t ) + E 2


 

результирующего сиг-


При сложении двух амплитудно-модулированных колебаний (рис. 8.24) можно значительно уменьшить изменения амплитуды фазомодулированного сигнала.

 

 

Рис. 8.24. Фазовый модулятор

При небольших индексах угловой модуляции β (не более 0,5) для получе-

ния сигналов с фазовой модуляцией можно использовать метод Армстронга

(Эдвин Армстронг – американский радиотехник). Метод предусматривает сло-


жение под углом π 2


немодулированного и балансно-модулированного коле-


баний. Схема фазовой модуляции по методу Армстронга и векторная диаграм- ма, поясняющая эффект модуляции, приведены на рис. 8.25. Диаграмма приве- дена для однотональной фазовой модуляции.


 

Рис. 8.25. Фазовый модулятор Армстронга

 

 


 

 

ний:


Фазовый модулятор реализует свои функции путем сложения двух колеба-

модулированного u1(t) = mUн cos(ω0 + Ω)t + mUн cos(ω0 − Ω)t ;

немодулированного u 2 (t) = sinω0t .

Выходной сигнал равен


uвых(t) = U н sin ω0t + 2mU н cos Ωt cos ω0t = C (t ) sin[ω0t + arctg(2m cos Ωt)] ,


C(t ) =


1+ 4m2 cos2 Ωt .


Таким образом, выходной сигнал модулятора представляет собой высоко- частотное гармоническое колебание, амплитуда и фаза которого зависит от мо- дулирующего колебания. Векторная диаграмма иллюстрирует эффект измене- ния фазы. Фазовая модуляция сопровождается паразитным изменением ампли- туды результирующего сигнала.

Рассмотренные фазовые модуляторы сохраняют линейную зависимость фазы выходного сигнала от модулирующего сигнала при малых индексах угло-

вой модуляции. При больших значениях β становится существенной нелиней-

ность фазовых модуляционных характеристик. Увеличение индекса модуляции

достигается при умножении частоты ФМ-сигнала.

 

 

8.6.3. Частотные модуляторы

 

 

Существуют прямой и косвенный способы построения частотных модуля- торов. Прямой способ предусматривает непосредственное управление частотой колебаний, формируемых автогенератором, с помощью модулирующего сигна- ла. Косвенный способ основан на возможности получать частотно- модулированное колебание с помощью фазового модулятора, как показано на рис. 8.21.

Рассмотрим реализацию прямого способа.

Эффект частотной модуляции можно получить за счет электронного управления резонансной частотой контура в составе LC-генератора гармониче- ских колебаний (рис. 8.26). Генератор собран по схеме резонансного усилителя с положительной обратной связью через высокочастотный трансформатор. Час- тота колебаний определяется резонансной частотой колебательного контура. Динамическое управление этой частотой осуществляется путем изменения ем- кости контура с помощью варикапа. Варикап подключен параллельно емкости


контура, барьерная емкость его p-n-перехода изменяется под воздействием мо-

дулирующего сигнала.

 

 

Рис. 8.26. Схема частотного модулятора с варикапом

 

 

Определим характер зависимости частоты генерируемых колебаний от от- носительного изменения величины емкости. Как уже говорилось, частота коле- баний на выходе автогенератора определяется в основном резонансной часто-

той контура. Поэтому можно считать, что отклонение емкости на величину ∆C


приводит к изменению частоты на величину


∆ω .


Исходные формулы и преобразования элементарны, поэтому они даны без комментариев. Обозначения:


Lk , Ck

нератора;


– индуктивность и емкость колебательного контура в схеме автоге-


C0 – емкость варикапа в рабочей точке (при отсутствии модулирующего

напряжения);


C, ∆ω

кости.


– изменение емкости и приращение частоты за счет изменения ем-

 

 


Cko


= Ck


+ C0 ;


ω0 =


;

Lk Cko


ω0 + ∆ω =


1 =

L(Cko + ∆C )


 

 

LCko


1+ ∆C


 

.

ω
0 .
Cko


Разделим левую и правую часть равенства на ω0

вания:


и продолжим преобразо-


1+ ∆ω = 1 ;


C Cko


= − 2∆ω


ω0 + ∆ω2 2


ω0 1+ ∆C


Cko


(1+ ∆ω


ω0 )2


Практика применения частотной модуляции при передаче сообщений по-

казывает, что относительное изменение частоты, как правило, незначительно.

 


Так, например, в УКВ диапазоне величина


∆ω ω0


не превышает несколь-


ких долей процента. В этом случае полученное выражение можно упростить:


C Cko


≈ −2 ∆ω


ω0 .


Таким образом, положительному приращению емкости соответствует от-

рицательное приращение частоты. Причем при малых относительных измене-


ниях частоты имеется линейная зависимость между ∆ω


и ∆C . Следовательно,


для получения частотной модуляции достаточно изменять емкость варикапа по закону модулирующего сигнала.

От величины напряжения, прикладываемого к варикапу, зависит также со- противление его p-n-перехода. Это приводит к изменению добротности колеба- тельного контура автогенератора, следствием чего является паразитная ампли- тудная модуляция формируемого ЧМ-колебания. Данный недостаток рассмот- ренного метода модуляции проявляется при значительных амплитудах модули- рующего сигнала.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Теоретические основы радиотехники

Учреждение образования.. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники.. Кафедра радиотехнических устройств..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Угловая модуляция

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Радиотехника и информатика
    Для современного общества важнейшей является проблема использования информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности. По своей значимости и актуаль

Диоинформатика
Информационный аспект работы любой системы предполагает использо- вание определенного материального носителя информации. Физический про- цесс, являющийся функцией некоторых параметров и используемы

Передающее устройство
Передающее устройство осуществляет преобразование передаваемого со- общения и приведение его к виду, пригодному для передачи в свободное про- странство с помощью антенн. С этой целью в состав устро

Приемное устройство
Высокочастотные радиосигналы, улавливаемые приемной антенной, по- ступают в приемное устройство. Приемное устройство осуществляет соответст- вующие преобразования принятого высокочастотного сигнала

Проблемы обнаружения и оптимальной обработки сигналов
Одной из основных задач радиолокационного приема является задача об- наружения. Суть этой задачи – определить, содержит ли принимаемое колеба- ние отраженный сигнал. Задача статистическая, то есть

Проблемы оптимизации и адаптации
Проблемы оптимизации и адаптации решаются при проектировании и экс- плуатации РТС. При оптимизации синтезируют наилучшую в определенном смысле функциональную и алгоритмическую структуру РТС, опирая

Математические модели сигналов
Для того чтобы сигналы являлись объектами теоретического изучения и анализа, необходимо иметь их математические модели. Математическая модель сигнала – это формализованное его представление в

Дельта-функция
Дельта-функция (δ -функция, функция Дирака) – это математическая мо- дель реально не существующего сигнала, который имеет бесконечную по вели- чине амплитуду и нулевую д

Функция единичного скачка
τ → 0τ Функция единичного скачка (функция Хевисайда) описывает процесс рез- кого (мгновенного) перехода ф

Характеристики сигналов
    Для сигнала, существующего в интервале ∆t = t2 −t1 , наиболее важными являются следующие характерис

Геометрические методы в теории сигналов
    В теории множеств имеется понятие действительного векторного про- странства, под которым понимается непустое множество V , для элементов ко- торого опр

Определение спектров некоторых сигналов
    3.4.1. Спектр колоколообразного (гауссова) импульса       Сигнал, описываемый функцией вида

Корреляционный анализ сигналов
    3.5.1. Общие положения     При решении многих задач оптимальной обработки сигналов возникает потребность определять степе

Свойства взаимокорреляционной функции
1. Значения R12 (τ) и R 21(τ) не изменятся, если вместо задержки сигнала s2 (t ) или

Дискретизация и восстановление сигналов по теореме отсчетов
(теореме Котельникова)     3.6.1. Теорема Котельникова     В настоящее время широко применяются циф

Рез равные промежутки времени
∆t ≤1 2 f m . Справедливость теоремы подтверждается тем, что сигнал s(t), спектр ко- торог

Определение коэффициентов ряда
    Значение коэффициентов Ck   определим, пользуясь формулой Ck = ∞  

Радиосигналы с амплитудной модуляцией
    4.2.1. Амплитудно-модулированные сигналы     Амплитудная модуляция (АМ; английский термин – amplitude modulation) являетс

Радиосигналы с угловой модуляцией
    4.3.1. Общие сведения об угловой модуляции     При угловой модуляции (английский термин – angle modulation) происхо- дит изменен

Импульсная модуляция
    4.4.1. Виды импульсной модуляции     В рассмотренных выше видах модуляции (АМ, ФМ, ЧМ) носителем пере- даваемой информаци

Узкополосные сигналы
    4.5.1. Общие сведения об узкополосных сигналах     В различных системах передачи информации широко применяются радио- сиг

Основные характеристики линейных цепей
    5.2.1. Характеристики в частотной области     Спектральное представление сигналов делает весьма удобным их анализ в часто

Дифференцирующая и интегрирующая цепи
    На рис. 5.1,а представлена схема линейного четырехполюсника в виде по- следовательной RC -цепи с постоянной времени τ = RC

Фильтр нижних частот
    В качестве фильтра нижних частот во многих радиотехнических устройст- вах (выпрямителях, детекторах и др.) применяется схема, изображенная на рис. 5.3,а. Ча

Параллельный колебательный контур
    Параллельный колебательный контур – это частотно-избирательная цепь, образованная параллельным соединением индуктивности L и емкости C . Ак-

Усилители
    Для увеличения мощности сигналов с сохранением их формы используют усилители. Принцип действия усилителей основан на преобразовании энергии источника питания в энерг

Область нижних частот
В области нижних частот сопротивление емкости xc =1 ωC     имеет боль- шое значение по сравнению со значения

Область верхних частот
В области верхних частот сопротивления емкостей уменьшаются по срав- нению с их значениями в области нижних и средних частот. Поэтому шунти- рующим действием емкостей

Положительная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ , где k – целое число, т.е. при поступлении на вход основной цепи сигнала

Отрицательная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω)+ϕβ (ω) = (2k +1)π , т.е. при поступле- нии на вход основной цепи сигнала обратной связи в проти

Реактивная и комплексная обратная связь
Реактивная обратная связь устанавливается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ +π

Постановка задачи
    Анализ любой радиотехнической цепи сводится к установлению зависимо- сти между входным сигналом и сигналом, формируемым на выходе. В общем случае радиотехническая це

Точные методы анализа линейных цепей
    6.2.1. Классический метод     Классический метод основан на составлении и решении линейного диффе- ренциального уравнения

Прохождение периодического сигнала через линейную цепь
Спектр периодического сигнала определяется путем разложения сигнала в ряд Фурье, комплексная форма которого имеет вид ∞     1 T 2

Прохождение непериодического сигнала через линейную цепь
Спектр непериодического сигнала (спектральная плотность) определяется путем вычисления прямого преобразования Фурье ∞ S( jω) = ∫

Приближенные методы анализа линейных цепей
    6.3.1. Приближенный спектральный метод     Приближенный спектральный метод применяется в случае, если эффек-

Суть метода
Рассматриваем прохождение сигнала с частотной модуляцией через узко- полосную цепь. Выходной сигнал определяется для фиксированного значения частоты ω(t

Прохождение амплитудно-модулированного сигнала через избирательную цепь
    Определим сигнал, формируемый резонансным усилителем, при поступле- нии на его вход АМ–сигнала с тональной модуляцией. Частотная характеристика рез

Свойства и характеристики нелинейных цепей
    При проектировании большинства радиотехнических устройств возникает необходимость преобразования спектра полезного сигнала. К их числу относят- ся устройства, которы

Способы аппроксимации характеристик нелинейных элементов
Характеристики реальных нелинейных элементов, которые определяют обычно с помощью экспериментальных исследований, имеют сложный вид и представляются в виде таблиц или графиков. В то же время д

Методы анализа нелинейных цепей
    Используются следующие методы анализа нелинейных цепей: 1. Аналитические. Позволяют в каждом конкретном случае получить ча-

Общее решение задачи анализа нелинейной цепи
    Рассмотрим процессы, происходящие в безынерционном нелинейном уст- ройстве, характеристика которого представлена на рис. 7.2. На вход устройства поступает гармоничес

Определение спектра тока в нелинейной цепи при степенной аппроксимации характеристики
    7.5.1. Гармонический сигнал на входе     Предположим, что рабочий участок характеристики нелинейного элемента описывается

Определение спектра тока в нелинейной цепи при кусочно-линейной аппроксимации характеристики
    При воздействии на нелинейный элемент сигнала с большой амплитудой и выборе рабочей точки на нижнем изгибе вольт-амперной характеристики целе- сообразно применить ме

Нелинейное резонансное усиление сигналов
    Усилитель – это устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию сигнала. Управление преобразованием осуществляется входным сиг- налом

Умножение частоты
В передающих и приемных трактах систем связи, а также в некоторых из- мерительных устройствах широко применяется нелинейное преобразование гармонического колебания, в результате которого часто

Амплитудная модуляция
    8.3.1. Общие сведения об амплитудной модуляции     Амплитудная модуляция – это процесс формирования амплитудно-моду- лиро

Амплитудное детектирование
    8.4.1. Общие сведения о детектировании     Детектирование (демодуляция) – это процесс преобразования высокочас- тотного м

Выпрямление колебаний
    8.5.1. Общие сведения о выпрямителях     Радиотехнические устройства выполняют свои функции при наличии энер- гии, поступ

Детектирование сигналов с угловой модуляцией
    8.7.1. Общие принципы детектирования сигналов с угловой модуляцией     Радиосигналы с угловой модуляцией, имеющие вид

Преобразование частоты
    8.8.1. Принцип преобразования частоты Преобразование частоты сигнала – это процесс, который обеспечивает ли- нейный перенос спектра сигнала на о

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги