Прохождение сигнала с ум по каскадам передатчика

Во всех выражениях полной фазы выходного сигнала присутствует фазовый сдвиг . В идеальном случае этот сдвиг будет величиной постоянной и определяется только выбранной схемой и элементной базой. Однако для этого необходимо выполнение следующих условий:

1. Обеспечить равномерность АЧХ и линейность ФЧХ в полосе занимаемой сигналом любого из указанных устройств.

2. Не допускать присутствия на входе каскадов сопутствующей паразитной АМ, которая часто сопровождает УМ.

В противном случае происходит конвертирование паразитной АМ в паразитную ФМ в виде , которая, суммируясь с рабочей УМ, приводит к появлению нелинейных искажений передаваемого сообщения. Поэтому борьба с паразитной АМ имеет принципиальное значение, как при частотной, так и фазовой модуляциях.

Частотные модуляторы прямого метода чм

Частотные модуляторы прямого метода ЧМ реализуются на основе электронно управляемых по частоте АГ. С этой целью в контур АГ включают управляемые реактивные элементы. Это могут быть варикапы, катушки индуктивности с подмагничиванием, реактивные транзисторы. В автогенераторах СВЧ диапазона, например, на основе отражательного клистрона частоту меняют путем изменения времени задержки электронов за счет изменения напряжения на коллекторе прибора.

Возможность управления частотой АГ путем изменения резонансной частоты контура АГ вытекает из решения уравнения баланса фаз автогенератора

.

Из рисунка видно, что при перестройке контура АГ одновременно меняются как резонансная частота контура, так и частота автоколебаний, причем

.

При анализе частотных модуляторов важное значение приобретает понятие относительной максимальной девиации частоты

.

Если взять за основу максимальное значение девиации частоты кГц, которое оговаривается ГОСТ для систем связи с УМ, и принять во внимание, что УМ используется на частотах выше 30 МГц, то максимальное значение относительной девиации частоты составит

.

Такое малое значение относительной девиации частоты по отношению к частоте генерации позволяет при расчетах использовать упрощенную формулу

где и - полные емкость и индуктивность контура АГ, - отклонения емкости и индуктивности контура от своих номинальных значений. Отсюда требуемое максимальное изменение емкости контура за счет управляемого реактивного элемента определяется отношением

.

Аналогичное соотношение для изменения индуктивности контура

Частотный модулятор прямого метода с варикапом

Частотный модулятор прямого метода с варикапом (далее частотный модулятор на варикапе) используется достаточно часто. Возможный вариант построения такого модулятора показан на рисунке. Он выполнен на основе АГ с емкостной обратной связью. База транзистора заземлена.

Варикап включен в контур частично с помощью конденсатора С3 и конденсатора связи С_св. На катод варикапа подано запирающее смещение с помощью делителя R4, R5. Резистор R7 обеспечивает замыкание контура варикапа по постоянному его обратному току. Модулирующий сигнал поступает на катод варикапа последовательно с напряжением смещения. Поскольку сопротивление закрытого диода велико и составляет единицы, десятки МОм, а сопротивление резисторов R4,R5,R7 сотни кОм, то их влияние на работу АГ по высокой частоте пренебрежимо мало.

На ниже приведенном рисунке представлена эквивалентная схема частотного модулятора по высокой частоте.

Контур АГ с резонансной частотой образован элементами С1,С2, L3,С3,С_св,С_вар. Причем , а емкость контура определяется соотношением

емкость варикапа VD1.

Источник смещения с внутренним сопротивлением получен методом эквивалентного генератора.

; .

Перестраивать резонансную частоту контура электронным образом можно с помощью варикапа путем изменения запирающего смещения на его катоде. Для этого в цепь катода вводится модулирующий испытательный сигнал

.

На варикапе действуют три напряжения: напряжение смещения, модулирующее напряжение и высокочастотное напряжение, создаваемое работающим АГ. Если пренебречь обратным током варикапа из-за его малости, напряжение на катоде варикапа относительно его анода запишется

.

Условиями нормальной работы варикапа являются

.

Кроме того, для осуществления модуляции без искажений необходимо иметь линейную зависимость между емкостью варикапа и напряжением смещения на нем

На рисунке представлена вольт-фарадная характеристика варикапа. Как видно из рисунка в целом она нелинейная. Для работы необходимо выбрать наиболее линейный участок характеристики с достаточной крутизной.

Методом трех или пяти ординат рассчитать коэффициент нелинейных искажений по второй и третьей гармоникам. Общий уровень нелинейных искажений не должен превышать предельно допустимой нормы, установленной ГОСТ.

С помощью несложных математических преобразований можно установить связь между требуемым значением изменения емкости контура и соответствующим ему изменением емкости варикапа

где .

Если подставить вместо его выражение через девиацию частоты, полученное ранее, формула для расчета примет вид

.

При найденном значении коэффициент нелинейных искажений не должен превышать установленных норм.

Качество работы частотного модулятора на варикапе оценивается с помощью статической модуляционной характеристики (СМХ). Под СМХ понимают зависимость частоты генерации от напряжения смещения на варикапе. Удобнее представлять ее в виде отклонения частоты генерации от центрального значения

Вид СМХ представлен на рисунке.

Как видно из рисунка, СМХ частотного модулятора на варикапе в целом функция нелинейная. Причинами ее нелинейности являются следующие причины:

1. Нелинейность вольт-фарадной характеристики варикапа.

2. Нелинейная зависимость емкости контура от емкости варикапа.

3. Нелинейная зависимость частоты генерации от емкости контура.