Частотная модуляция

При частотной модуляции (ЧМ) несущая частота имеет постоянную амплитуду. Информация в этом случае заключена в изменении (модулировании) несущей частоты относительно ее среднего значения. Величину изменения частоты D w называют девиацией частоты.

Уравнение модулированного по частоте колебания имеет вид:

(6.11)

где: w - несущая частота,

W - модулирующая частота,

М - индекс модуляции, .

Получение ЧМ колебания иллюстрируется рис.6.8.

Спектр ЧМ колебания в общем случае состоит из несущего колебания с частотой w и бесконечного ряда боковых колебаний. Число, а также амплитуды среднего и боковых колебаний зависят от индекса модуляции М. При М 1 в спектр входят только 2 боковые частоты, и он имеет ту же ширину, что и амплитудно-модулированный сигнал. При М >1 боковые частоты спектра ЧМ равны w п W, где n=1,2,3... Расстояние между соседними боковыми колебаниями равно частоте модулирующего сигнала W.. С увеличением М амплитуда среднего колебания уменьшается и при определенных значениях М равна 0. Амплитуды первой пары боковых частот при небольших М возрастают, а затем уменьшаются.

По мере увеличения п амплитуды боковых частот быстро убывают. На рис.6.9 показан спектр ЧМ колебания с индексом модуляции М =2.

Ширина спектра, необходимая для передачи ЧМ сигнала, определяется девиацией частоты w при постоянной модулирующей частоте , которая, в свою очередь, зависит от амплитуды модулирующего напряжения u₂. Для идеальной передачи ЧМ сигнала необходима очень широкая полоса частот. Однако, начиная с некоторого номера, боковыми частотами можно пренебречь, т.к. они принимают очень малое участие в воспроизведении сигнала. При высококачественной передаче сигнала пренебрегают боковыми частотами, амплитуды которых составляют менее 1% амплитуды несущей частоты. В этом случае имеет место, так называемая широкополосная ЧМ.

Наиболее часто для получения ЧМ колебаний используется прямой способ, заключающийся в непосредственном изменении частоты автогенератора по закону модулирующего сигнала путем соответственного изменения емкости или индуктивности колебательной системы. Устройство, изменяющее частоту автогенератора воздействием на его параметры, называется частотным модулятором.

Существует ряд схем ЧМ модуляторов, использующих в качестве управляемых реактивных элементов нелинейную емкость полупроводниковых приборов (варикапов). В них используется емкость двойного электрического слоя, возникающего по обе стороны p-n перехода под воздействием внешнего запирающего напряжения. Таким образом, варикап действует как переменная емкость, управляемая модулирующим сигналом. Зависимость емкости С (U) варикапа от приложенного напряжения показана на рис.6.11.

Схема ЧМ генератора с параллельно подключенным к контуру варикапом показана на рис.6.12

Модулирующий сигнал на варикап VD₁ поступает через дроссель Др₁. С помощью делителя R ₁ R ₂ к варикапу приложено запирающее напряжение U ₀, смещающее рабочую точку на середину характеристики. Варикап с помощью конденсатора C ₁ включен в колебательный контур L ₁ C ₂ генератора.

Под действием модулирующего напряжения меняется положение рабочей точки и емкость варикапа VD₁, что приводит к изменению частоты, а следовательно, к ЧМ.

Частотная модуляция обладает следующими свойствами:

Высокая помехоустойчивость, обусловленная постоянством амплитуды модулированного сигнала.

Высокие энергетические параметры ЧМ передатчиков в отличие от АМ, в которых большая часть мощности расходуется на передачу несущей частоты, не являющейся носителем информации. Недостатком ЧМ является необходимость использования более коротких волн. ЧМ применяется в радиовещании в УКВ диапазоне, в телевидении, в радиорелейных линиях связи.

Поиск по сайту: