Частотные модуляторы

Модуляторы и демодуляторы аналоговых систем радиосвязи

Модемы цифровых и аналоговых РРЛ и ССС

Основные технические требования

Модуляционная (передаточная) характеристика частотного модулятора (ЧМД) должна иметь высокую линейность, что­бы нелинейные искажения сигнала, вносимые в процессе модуля­ции, были небольшими. Границы линейного участка определяются требуемым размахом частоты на выходе ЧМД.

Линейность модуляционной характеристики принято оценивать с помощью коэффициентов нелинейных искажений (КНИ) по второй и третьей гармоникам. Измеряют КНИ для всего группового тракта радиорелейного участка. На вход мо­дулятора подают гармонический испытательный сигнал с частотой F, выбранной так, что сама частота и ее третья гармоника лежат внутри полосы частот F _н... F _в. На выходе демодулятора пооче­редно измеряют напряжения первой U ₁, второй U ₂ и третьей U ₃ гармоник. Соответствующие измерительному уровню р _к КНИ по второй и третьей гармоникам:

k ₂ = U ₂ / U ₁ и k ₃ = U ₃ / U ₁.

При увеличении измерительного уровня растет рабочий участок модуляционной (и демодуляционной) характеристики. Поскольку при этом приходится использовать области характеристик с воз­растающей нелинейностью, то значения КНИ уве­личиваются.

В точке нулевого относительного уровня (ТНОУ) КНИ по второй и третьей гармоникам

и k _3к = k ₃ / P _к,

где – мощность измерительного сигнала в милливаттах, р _к – мощность измерительного сигнала в децибелах относительно милливатта.

Частотный модулятор должен иметь возможно более высокую крутизну модуляционной характеристики и стабильность крутизны, а также малую относительную нестабильность центрального зна­чения промежуточной частоты (ПЧ). Крутизна модуляционной характеристики:

k _м = 2 π Δ f _к/ u _к,

гдеΔ f _к – эффективное измерительное значение девиации частоты на канал, рекомендованное МСЭ-Р, u _к – действующее напряжение измерительного сигнала.

Высокая крутизна модуляционной характеристи­ки позволяет снизить тепловые шумы (ТШ), вноси­мые в канал модемом.

Из-за нестабильности крутиз­ны модуляционной характеристи­ки одному и тому же напряжению сигнала на входе ЧМД будут соответствовать а разные момен­ты времени разные значения от­клонения частоты на его выходе, а следовательно, и разные значе­ния напряжения на выходе частотного детектора. В результате колеблется уровень сигнала в канале (остаточное затухание), что допустимо в очень малых пределах. Остаточное затухание – разность между уровнями передачи (в децибелах) на входе и выходе канала.

Относительная нестабильность центрального значения ПЧ – это отношение абсолютной нестабильности частоты на выходе ЧМД к номинальному значению ПЧ. Нестабильность центрального значения ПЧ на выходе ЧМД приводит к нестабильности частоты передатчика. Поскольку моду­лятор представляет собой ЧМ-генератор (ЧМГ) с большой девиацией частоты, то для него неприменим такой эффективный способ стабилизации ча­стоты, как кварцевая стабилизация. Обычно применяют парамет­рическую стабилизацию, которая позволяет поддерживать абсолют­ный уход ПЧ δ f _пч≤200 кГц.

Структурная схема

В радиорелейной аппаратуре широко распространены частотные модуляторы, выполненные на двух модулируемых с помощью варикапов транзисторных генераторах с последующим преобразованием частоты в ПЧ. На рис. 1 приведена структурная схема модулятора.

Рис. 1. Структурная схема частотного модулятора

Модулирующий сигнал через разветвитель (Р) поступает на варикапы двух ЧМ-генераторов Г₁,Г₂. Генераторы работают на частотах около 300—400 МГц. Частоты генераторов f ₁ и f ₂ и выбираются таким образом, чтобы их разность равнялась промежуточной частоте, т.е. 70 МГц, и, кроме того, чтобы продукты преобразования с комбинационными частотами f = mf ₁ ± nf ₂ не создавали заметных помех в полосе 70±10 МГц. На рис. 1 f ₁=255 МГц, f ₂=325 МГц.

Варикапы генераторов включены в противоположной полярности, благодаря чему частоты автогенераторов модулируются в противофазе. Таким образом, модулятор работает по двухтактной схеме, что обеспечивает, во-первых, удвоение девиации частоты и, во-вторых, компенсацию продуктов нелинейных искажений четных порядков. Сигналы с выходов генераторов поступают на соответствующие линеаризирующие устройства (ЛУ₁ и ЛУ₂), которые предназначены для снижения нелинейных искажений нечетного порядка. После линеаризирующих устройств сигналы подаются к смесителю (См), на выходе которого полосовым фильтром (ПФ) выделяется сигнал разностной промежуточной частоты.

Стабилизация средней частоты в подобном модуляторе осуществляется путем термостатирования схемы или применения термокомпенсации и стабилизации питающих схему напряжений.

Если при модулирующем напряжении Δ u (t) = Δ U _max ча­стота ЧМ сигнала на выходе Г₁ f ₂^* = f ₂+Δ f _max, то частота ЧМ сигнала на выходе Г₂ f ₁^* = f ₁–Δ f _max, где f ₂ и f ₁ – центральные частоты Г₁ и Г₂, Δ f _max – девиация частоты. Полосовой фильтр ПФ выделяет рабочий сигнал с частотой

f _пч^*(t) = f ₂^* – f ₁^* = f _пч+ 2Δ f _max,

где f _пч = f ₂ – f ₁ — номинальное значение ПЧ (70 МГц). За счет применения в Г₁иГ₂ противофазной модуляции девиация частоты на выходе ЧМД удваивается. Линейный участок модуляционной харак­теристики ЧМД будет примерно вдвое больше, чем для каждого из ЧМГ. Кроме того, в такой схеме происходит компенсация про­дуктов нелинейных искажений четных порядков, т.е. снижение k ₂. Для уменьшения нелинейных искажений нечетных порядков, т.е. снижения k ₃, установлены специальные линеаризирующие устройства. ЛУ влияет на модуляционную ха­рактеристику. Значения резонансных частот контуров ЛУ подби­рают таким образом, чтобы поддерживать линейность модуляцион­ной характеристики при девиации частоты в пределах ±10 МГц.

Дата добавления: 2014-01-14