Проектирование радиопередающих устройств с угловой модуляцией, страница 8

Рис. 2.6. Обобщенная схема фазового модулятора

В состав фазового модулятора входят источник тока, задающий исходную фазу ВЧ сигнала, и электронно-перестраиваемый четырехполюсник, коэффициент передачи которого может меняться. Для управления фазой в четырехполюсник вводятся электронно-управляемые реактивные элементы, например варикапы. Источником тока, как правило, является транзистор, работающий в линейном режиме. Напряжение на выходе фазового модулятора связано с током транзистора через управляющее сопротивление соотношением

где - модуль управляющего сопротивления,  - управляемый фазовый сдвиг.

Идеальным фазовым модулятором будет такой, у которого  связан с модулирующим сигналом  линейной зависимостью

,

где - коэффициент преобразования фазового модулятора,  а модуль  не зависит от  и остается величиной постоянной. Нарушение последнего условия приводит к появлению на выходе фазового модулятора паразитной амплитудной модуляции. Это явление крайне нежелательно. Дело в том, что все каскады усиления передатчика, работающие в нелинейных классах, при поступлении на их входы сигнала с меняющейся амплитудой превращаются в паразитные фазовые модуляторы. Складываясь с полезной ФМ, паразитная фазовая модуляция искажает передаваемое сообщение.

 Фазовые модуляторы могут быть выполнены на основе резонансных и полосовых усилителей, на основе парафазных усилителей, электронно-перестраиваемых фазовращателей, на основе преобразования временной импульсной модуляции (ВИМ) в ФМ и ряда других устройств. Принципиальные схемы перечисленных фазовых модуляторов приведены в [1, с. 398-402; 3, с. 334-336.]

Основными недостатками всех перечисленных фазовых модуляторов являются ограниченная величина максимального значения индекса модуляции и наличие сопутствующей паразитной АМ. Необходимо отметить, что практически идеальную ФМ или ЧМ без паразитной АМ и с произвольными индексом модуляции или девиацией частоты можно получить в прямых цифровых синтезаторах (DDS).

На рис. 2.7 показана форма амплитудной модуляционной характеристики рассмотренных выше фазовых модуляторов. 

Рис. 2.7. Динамическая амплитудная модуляционная характеристика фазового модулятора

Рабочим участком является только линейная часть характеристики. Ее верхняя граница позволяет определить предельные возможности фазового модулятора по величине индекса модуляции . В табл. 2.3 приведены предельные параметры некоторых видов фазовых модуляторов, которые находят применение на практике.

Таблица 2.3

Тип фазового модулятора (ФМ)	Максимальная  величина индекса модуляции	Глубина паразитной АМ	Примечание
ФМ на основе резонансного усилителя	0.5	30	Однокаскад. устройство
ФМ на основе полосового усилителя	1 – 1.5	10 - 15	Однокаскад. устройство
ФМ на основе парафазного усилителя	1 – 1.5	10	Однокаскад. устройство
ФМ на основе фазовращателя Т-типа	1 – 1.5	10 -15	Однокаскад. устройство
ФМ на основе преобразования ВИМ-ФМ	2.5 – 2.8	(3-5), не более	Многокаскад. устройство

Для выбора типа фазового модулятора необходимо рассчитать индекс модуляции передатчика с ФМ по формуле

и сравнить его с возможностями  фазовых модуляторов . При этом должно выполняться условие

.

Если это условие не выполняется, то после модулятора необходимо поставить умножитель частоты с целью уменьшения индекса модуляции, требуемого от фазового модулятора. Соотношение между индексами модуляции  модулятора и передатчика  принимает вид

.

Для сохранения частоты гетеродина блока переноса коэффициент умножения блока, предшествующего фазовому модулятору, надо уменьшить во столько же раз.

Фазовый модулятор и блоки умножения размещают в БФВР (рис. 2.8).

Рис. 2.8.  Структурные схемы БФВР при прямом методе ФМ

 Косвенный метод получения ФМ

Косвенный метод получения фазовой модуляции основан на использовании не фазового, а частотного модулятора и блока частотных предыскажений модулирующего сигнала. Блок частотных предыскажений должен обеспечить линейное нарастание амплитуды модулирующего сигнала с ростом его частоты из расчета 6 дБ на октаву.  В качестве частотного модулятора используют ГУН, в который включают электронно-управляемый реактивный элемент.

Применение косвенного метода упрощает построение возбудителя передатчика. На рис.2.9 представлена структурная схема возбудителя, в котором осуществлен косвенный метод ФМ. За основу взята схема синтезатора, представленного на рис.2.3. Аналогично фазовую модуляцию можно осуществить в других синтезаторах.

Рис. 2.9 Структурная схема возбудителя с косвенным методом осуществления ФМ

При работе ГУН в узком диапазоне частот в нем может быть использован один варикап, с помощью которого обеспечиваются  перестройка по диапазону системой ФАПЧ и угловая  модуляция. На рис. 2.10 представлена принципиальная схема  ГУН с одним варикапом.

Рис. 2.10. Принципиальная схема ГУН

Качество работы ГУН как частотного модулятора оценивается с помощью статической модуляционной характеристики (СМХ), под которой понимают зависимость частоты генерации ГУН (или отклонения частоты генерации от номинального значения) от управляющего напряжения. Управляющим напряжением является напряжение, действующее на варикапе:

.

В целом СМХ функция нелинейная. При захвате большого участка СМХ имеет место искажение передаваемого сообщения. В [1] предлагается ряд мероприятий по повышению линейности СМХ. Однако на малых участках  проявление нелинейности СМХ весьма мало (см. рис.2.11).

Рис. 2.11. Статическая модуляционная характеристика

частотного модулятора

 За малый участок СМХ можно принять участок, удовлетворяющий неравенству

.

Если относительное значение девиации частоты удовлетворяет приведенному неравенству, то ГУН можно использовать как модулятор и необходимости в мероприятиях по повышению линейности СМХ не возникнет.