Особенности частотной модуляции.

Основные особенности частотной модуляции — это постоянство амплитуды модулированных колебаний и широкий спектр частот. Эти особенности определяют ряд важных преимуществ частотной модуляции по сравнению с амплитудной. Основные из них: 1) высокая помехоустойчивость; 2) лучшие энергетические показатели; 3) более полное использование электронных приборов; 4) лучшее качество передачи.

2 ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Фазовой модуляцией называется процесс изменения мгновенного значения фазы радиочастотного колебания по закону изменения амплитуды передаваемого сигнала. Для простоты анализа рассмотрим модуляцию гармоническим колебанием одной частоты Ω, изменяющейся по закону косинуса, т. е.

При фазовой модуляции изменяется текущая фаза ϕ,а амплитуда радиочастотного колебания остается постоянной. За бесконечно малое время dt фаза dϕ = ωdt. За конечное время t фаза

где ф0—начальная фаза, определяемая выбором начала отсчета времени. При фазовой модуляции полная фаза ωt+ϕ0 изменяется, т. е. получает приращение, изменяющееся по закону косинуса:

Тогда уравнение модулированного по фазе тока принимает следующий вид:

Приняв ϕо = 0, получим

 

 

где Δϕ — величина, характеризующая максимальное отклонение полной фазы колебания от ее значения до модуляции.

Максимальная девиация фазы при фазовой модуляции Δϕ называется индексом фазовой модуляции (Δϕ пропорционален амплитуде модулирующего напряжения UΩ и не зависит от его частоты). График фазомодулированного колебания приведен на рис. 7.5, из которого видно, что во время положительного полу-периода модулирующего напряжения фазомодулированное колебание опережает по фазе колебание несущей частоты. При этом период колебания радиочастоты уменьшается, а частота возрастает, В отрицательный полупериод модулирующего напряжения фазомодулированное колебание отстает по фазе от колебания средней (несущей) частоты. Период его увеличивается, а частота уменьшается.

Таким образом, фазовая модуляция сопровождается частотной. Изменение частоты при фазовой модуляции можно выразить следующим образом:

 

Здесь произведение Δϕ*Ω является девиацией частоты при фазовой модуляции. Значение девиации частоты при фазовой модуляции прямо пропорционально амплитуде модулирующего напряжения UΩ и его частоте Ω.

Поскольку и при частотной, и при фазовой модуляции происходит изменение фазового угла, то каждую из них называют угловой модуляцией. Сравнивая уравнение для тока в антенне при фазовой модуляции с таким же уравнением для тока при частотной модуляции, видим, что при модуляции одним тоном частотная и фазовая модуляции оказываются одинаковыми и различить их невозможно.

Однако при модуляции спектром частот, например при разговоре, частотная и фазовая модуляции существенно отличаются. Это различие в том, что при частотной модуляции приращение частоты радиочастотных колебаний пропорционально только амплитуде модулирующего колебания (силе звука) Δω = К UΩ и не зависит от частоты модуляции. А при фазовой модуляции приращение частоты Δω пропорционально не только амплитуде, но и частоте модулирующего напряжения UΩ, т. е. .

Поэтому при приеме фазомодулированных колебаний на приемник с частотным детектором более высокие частоты передаваемого звука будут воспроизведены с большей громкостью, чем более низкие. И передача будет искажена.

Фазомодулированное колебание можно легко преобразовать в частотно-модулированное с помощью интегрирующего фильтра RC, который ставится в тракте модулирующей частоты. Поскольку при фазовой модуляции

, то необходим такой фильтр

напряжение на выходе которого было бы обратно пропорционально частоте модулирующего напряжения на его входе. Схема фильтра приведена на рис. 7.6. Емкость конденсатора фильтра С и сопротивление резистора R выбираются так, чтобы на самой низкой частоте модуляции сопротивление резистора R было намного больше сопротивления конденсатора, т. е. чтобы выполнялось условие R . При этом ток в цепочке RC не за-висит от частоты и равен Iнес=UBx/R. Такой метод осуществления частотной модуляции используется в радиовещательных и служебных передатчиках.

2 СХЕМА ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Схема транзисторного автогенератора, в котором осуществля- ется частотная модуляция с помощью варикапа, приведена на рис. 7.14.

Автогенератор собран по емкостной трехточечной схеме, колебательная система которого образована элементами Cl, С2 и L1. Частотная модуляция осуществляется варикапом VD включенным в контур автогенератора последовательно. Напряжение смещения Ес подается на варикап через R4 и L4, модулирующее напряжение — через С4 и L4. Напряжение смещения подбирается так, чтобы р—n-переход все время находился в закрытом состоянии, т. е. чтобы выполнялось неравенство \Ec\≥Uω+UΩ. При этом максимальное значение обратного напряжения не должно превышать пробивного напряжения \Ec\+Uω+UΩ=Uа