Модуляторы. Детекторы. Параметрические цепи (16-18 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 5

Частотная модуляция может осуществляться как относительно непрерывных управляющих сигналов, так и относительно дискрет­ных сигналов. При дискретной модуляции (манипуляции) частота несущего колебания изменяется дискретно в соответствии с кодом дискретного управляющего сигнала. Основание кода может быть различным, но наиболее часто используются двоичные коды, ког­да, например, высокий уровень сигнала отражает логическую еди­ницу, а низкий — логический нуль.

Структурная схема модулятора дискретного ЧМ-колебания приведена на рис. 16.10, а на рис. 16.11 показаны диаграммы уп­равляющего двоичного сигнала, сигнала инверсного к нему, не-

Рис. 16.10. Структурная схема модулятора дискретного ЧМ-колебания

Рис. 16.11. Диаграммы управляющего двоичного сигнал а (а) и сигнала ин­версного к нему (б), первого (в) и второго (г) несущих колебаний, сиг­налов на выходах первого (д) и второго (е) перемножителей дискретного ЧМ-колебания (ж)

сущих колебаний сигналов на выходах перемножителей и дискрет­ного ЧМ-колебания. Модулятор включает два перемножителя дис­кретных сигналов uу1(t) (см. рис. 16.11, а) и uy2(t) (см. рис. 16.11, б) на сигналы несущих колебаний uн1 = Umcos(ω 1t) (см. рис. 16.11, в) и uн2(t) = Umcos(ω 2t)  (см. рис. 16.11, г), изменяющиеся соответственно с частотами ω 1 и

ω 2. Дискретный сигнал uy2(t) инверсен к сигналу uy1(t). Действительно, если значение сигнала uyl(t) равно логиче­ской единице, то значение сигнала uy2(t) равно логическому нулю, и наоборот.

На выходе перемножителей, в роли которых могут выступать электронные ключи (см. рис. 16.8, г), появляются сигналы u1(t) = uyl(t)Umcos(ω 1t) (см. рис. 16.11, д) и u2(t) = =uy2(t)Umcos(ω 2t) (см. рис. 16.11, е), представляющие собой радиоимпульсы.

Сигналы с выходов перемножителей поступают на входы сум­матора, на выходе которого формируется дискретный ЧМ-сигнал (см. рис. 16.11, ж):uЧМд(t) = u1(t) + u2(t)= uyl(t)Umcos(ω1t) + uy2(t)Umcos(ω2t),  представляющий собой последовательность ра­диоимпульсов, изменяющихся с частотой ω1 или ω 2.

16.3. Модуляторы ФМ-колебаний

Для формирования непрерывных ФМ-колебаний можно ис­пользовать модулятор, схема которого представлена на рис. 16.12.     Имеется несущее колебание uнс(t) = =Umcos(ω 0t), изменяющееся по косинусоидальному закону, и управляющий сигнал uy(t). Не­сущее колебание одновременно поступает на фазовращатель, ко­торый обеспечивает сдвиг фазы несущего колебания на 90°, и ба­лансный модулятор. На выходе фазовращателя сигнал несущего колебания изменяется по закону синуса uнс(t) =Umsin(ω 0t). На вы­ходе балансного модулятора формируется АМ-колебание uAM(t)= mAMuy(t)cos(ω 0t) с подавленной несущей. Сигналы с выходов фазовращателя и балансного модулятора поступают на сумматор. На выходе сумматора формируется ФМ-колебание, которое мо­жет быть описано выражением

                    arctg[mAMuy(t)]}.

               Такой способ формирования ФМ-колебаний имеет существен­ный недостаток: его можно использовать только при малом коэф­фициенте фазовой модуляции mфм= kUy« 1.

С учетом этого не­прерывные ФМ колебания можно формировать на относительно низкой частоте. Для перехода в требуемый диапазон частот необ­ходимо производить многократное умножение частоты. Это, как правило, существенно усложняет исходную схему формирования ФМ-колебаний.

Существуют и другие способы формирования непрерывных ФМ-колебаний. Однако ранее отмечалось, что ширина спектра таких колебаний не остается постоянной и зависит от частоты управля­ющего сигнала, поэтому непрерывные ФМ-колебания не находят широкого применения.

Широкое применение находят модуляторы дискретных ФМ-колебаний. Дискретный сигнал можно представить как в виде многоуровневого сигнала, так и в виде последовательности дво­ичных символов. Под многоуровневым дискретным сигналом пони-

Рис. 16.12. Схема модулятора непрерывных ФМ-колебаний

Рис. 16.13. Структурная схе­ма двоичного фазового мо­дулятора

мают сигнал, для которого каждый уровень может быть описан конкрет­ным числом. Под двоичными символами понимают последовательность логичес­ких единиц или нулей, когда в одном разряде (в пределах одного единично­го интервала) кодового слова может присутствовать логическая единица или нуль в зависимости от состояния сигнала. Последовательность двоично­го сигнала имеет вид 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, ... .

Как многоуровневые сигналы, так и последовательность дво­ичных символов можно представить в виде 2mкодовых комбинаций, где т — число уровней сигнала или число двоичных симво­лов в двоичной последовательности. В любом из этих случаев каж­дая из 2m комбинаций может быть задана радиоимпульсом, в котором гармонический сигнал имеет свою начальную фазу.

Многоуровневые сигналы не находят широкого применения в цифровых устройствах из-за сложности их формирования и обра­ботки. Однако последовательности двоичных символов в пределах  одного единичного интервала являются частным случаем много­уровневых сигналов, когда число уровней равно двум. Кроме того, последовательности двоичных символов могут быть использованы для описания более сложных многоуровневых сигналов, когда каж­дому уровню сигнала присваивается своя точно известная после­довательность двоичных символов. В этом случае можно рассмат­ривать m-кратную фазовую модуляцию. Каждой кратности ФМ-сигнала соответствует свой набор фаз гармонического колебания в дискретном сообщении. Например, при т = 1, что соответствует одному единичному интервалу последовательности двоичных символов, число начальных фаз отрезков гармонических функ­ций равно двум, при т = 2 число начальных фаз 22 = 4, при т = 4 число начальных фаз 24= 16 и т.д.

              Для примера на рис. 16.13 приведена структурная схема двоич­ного фазового модулятора с числом начальных фаз равным двум, а на рис. 16.14 приведены диаграммы управляющего двоичного  сигнала, несущих колебаний и дискретного ФМ-колебания, пояс­няющие работу этого модулятора. На входы двоичного фазового модулятора поступают два несущих колебания uн1(t) = Um sin(ωt) (см. рис. 16.14, б) и uн2(t) = Um sin(ωt+π) (см. рис. 16.14, в). Частоты этих несущих колебаний совпадают, а начальные фазы различны. Например, начальная фаза первого несущего колебания равна нулю градусов, а второго π.