Угловая модуляция гармонического переносчика Презентация лекции по курсу «Общая теория связи» © Д.т.н., проф. Васюков В.Н., vasyukov@edu.nstu.ru Новосибирский. - презентация

1 Угловая модуляция гармонического переносчика Презентация лекции по курсу «Общая теория связи» © Д.т.н., проф. Васюков В.Н., Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 Факультет Радиотехники и электроники Кафедра теоретических основ радиотехники

2 Описание УМ-колебаний 2 фаза колебания, начальная фаза Мгновенная частота

3 3 В любом случае при угловой модуляции по виду модулированного сигнала невозможно определить вид модуляции (ЧМ или ФМ), если не известен закон модуляции. При фазовой модуляции (ФМ) начальная фаза меняется по закону первичного сигнала, следовательно, мгновенная частота меняется по закону его производной. При частотной модуляции (ЧМ) в соответствии с первичным сигналом меняется мгновенная частота, значит, начальная фаза меняется, как интеграл первичного сигнала.

4 Модуляция частоты по гармоническому закону 4 девиация частоты При гармоническом законе модуляции индекс модуляции (девиация фазы)

5 Спектр колебания с УМ по гармоническому закону 5 Закон модуляции подвергается нелинейным преобразованиям!

6 6 При малом индексе угловой модуляции Для сравнения АМ-колебание Конец суммарного вектора движется по прямой, на которой лежит вектор НК Конец суммарного вектора движется по прямой, перпендикулярной вектору НК

7 7 Траектория движения вектора при точно угловой модуляции Траектория движения вектора, изображающего полученное колебание Приняв условие малости индекса, мы пренебрегли бесконечным числом малых гармонических колебаний, которые в сумме удерживали бы вектор на дуге окружности Прямая отличается от окружности тем меньше, чем меньше m

8 Спектр УМ-колебания с большим индексом 8 Известно разложение в ряд функция Бесселя 1 рода k -го порядка

9 9 Таким образом, даже при тональной модуляции спектр УМ- колебания имеет бесконечно много составляющих, амплитуды которых определяются значениями функции Бесселя рассматриваемой как функция номера гармоники k при заданном значении m

10 10 Итак, спектр УМ-колебания имеет вид Эффективная ширина спектра

11 Приближенный анализ воздействия УМ-колебаний на ЛИС-цепи (метод мгновенной частоты) 11 УМК приближенно рассматривается как «гармоническое колебание с медленно меняющейся частотой» Имеется в виду мгновенная частота. Её изменения можно считать медленными, если мгновенные частоты УМ-колебания и отклика на него практически совпадают. скорость протекания переходных процессов в ЧИЦ должна быть велика в сравнении со скоростью изменения модулирующего сигнала

12 12 Тогда колебание на выходе ЛИС-цепи с КЧХ имеет вид Амплитуда зависит от времени: паразитная амплитудная модуляция Закон изменения начальной фазы искажается АЧХ ФЧХ

13 13 Мгновенная частота выходного сигнала Например, если на колебательный контур поступает УМК с МЧ, – периодическая функция времени, описывающая искажение закона изменения частоты УМ-колебания ФЧХ цепи представляет собой функцию, практически антисимметричную (нечетную)

14 14 искажение закона изменения частоты УМ-колебания определяется нелинейной функцией практически нечетной поэтому выражение в квадратных скобках представляется рядом Фурье по косинусоидальным составляющим с нечетными гармониками частоты, а производная

15 15 Здесь На входе, Итак, при прохождении УМ-сигнала через настроенный колебательный контур кроме паразитной АМ имеют место: 1. некоторое запаздывание закона модуляции, определяемое фазовым сдвигом 2. увеличение девиации частоты 3. появление высших (3-й, 5-й и т.д.) гармоник, т.е. нелинейное искажение закона модуляции

16 Получение колебаний с угловой модуляцией 16 В соответствии с первичным сигналом изменяются параметры цепи, влияющей на мгновенную частоту или начальную фазу гармонического колебания. ЧМ: изменение параметров частотно-задающей цепи генератора при помощи варикапа Вольт-фарадные характеристики некоторых варикапов

17 17 Кварцевый резонатор Пример простого передатчика с ЧМ k - крутизна модуляционной характеристики Усилитель ЗЧ Варикап

18 Получение ФМ-колебаний 18 Фазовая модуляция: варикап включен в контур, являющийся нагрузкой резонансного усилителя изменение напряжения на варикапе не может изменить частоту колебания, но изменяет резонансную частоту контура Паразитная АМ устраняется усилителем- ограничителем Фазовая модуляция будет практически неискаженной в пределах квазилинейного участка ФЧХ контура

19 Получение ФМ-колебаний

20 Модулятор Армстронга 20 Если бы на сумматор подавалось то же колебание:

21 21 При фазовой модуляции при малом индексе модуляции поэтому что и соответствует схеме Армстронга Индекс модуляции увеличивается умножением частоты

22 Детектирование УМ-колебаний 22 Синхронное детектирование ФМ-колебаний При условии m 20…30°, можно принять

23 23 Диодное детектирование ФМ-сигналов При характеристика близка к линейной

24 Балансный фазовый детектор 24 напряжения на секциях вторичной обмотки и Выходное напряжение детектора пропорционально разности

25 25 Детектирование ЧМ-сигналов 1. Детектирование ЧМ-сигналов можно выполнить при помощи фазового детектора, после чего выходной сигнал следует продифференцировать 2. Второй вариант заключается в преобразовании частотной модуляции в фазовую цепью с линейной ФЧХ ЧМК РУ УО ФД результат (полезный сигнал) 3. Преобразование ЧМ-сигнала в АМ-сигнал, который затем детектируется обычным диодным детектором При прохождении контура сигнал приобретает ещё и паразитную АМ, которую устраняют путем жесткого амплитудного ограничения сигнала (до фазового детектирования). в качестве опорного колебания нужно использовать входной ЧМ- сигнал (для компенсации ЧМ)

26 26 Преобразование ЧМ-сигнала в АМ-сигнал Совместная дискриминаторная характеристика двух резонансных каскадов, расстроенных симметрично относительно несущей частоты и включенных по балансной схеме

27 27 Пример схемы частотного детектора (дискриминатора)