Модуляция. Формирование модулированных сигналов
Модуляция. Формирование модулированных сигналов1 Характеристики модуляторовОсновными характеристиками модуляторов являются модуляционная и частотная.Модуляционная характеристика представляет собой зависимость отклонения информационного параметра несущей от воздействующего постоянного модулирующего напряжения Uм. При гармонической несущей это отклонение амплитуды DUm при АМ, отклонение частоты Dw при ЧМ и отклонение фазы Dj при ФМ.В идеальном случае модуляционная характеристика должна быть линейной (рисунок) однако реальная характеристика имеет отклонения. Эти отклонения приводят к нелинейным искажениям модулированного сигнала. По данной характеристике определяют качественные показатели модулятора (амплитуду модулирующего сигнала).Частотная характеристика представляет собой зависимость основного параметра модулированного сигнала от частоты модулирующего гармонического сигнала uМ(t). Для гармонической несущей такими параметрами являются ( коэффициент mАМ при АМ, девиация частоты Dwm при ЧМ, индексу Djm при ФМ.Идеальная частотная характеристика имеет постоянное значение на всех частотах (рисунок). Реальная характеристика имеет отклонения, что приводит к частотным искажениям. По частотной характеристике определяют частотные свойства модулятора (полосу пропускания модулятора).Модуляционная и частотная характеристики снимаются экспериментально.2 Формирование амплитудно-модулированных сигналовОднотактный амплитудный модулятор на диодеВ состав данного модулятора входит диод (нелинейный элемент) и полосовой фильтр (рисунок). Нелинейный элемент в схеме необходим так как модуляция связана с изменением спектра сигнала.На диод VD, вольтамперная характеристика которого аппроксимирована полиномом второй степени, подаются три напряжения: напряжение смещения U0, напряжения модулирующего сигнала (u(t)) и несущего (S(t)) колебания. Спектр отклика диода при таком воздействии будет иметь вид (рисунок). В данном спектре модулированному сигналу соответствуют составляющие на частотах w0, w0±W. Эти составляющие выделяются полосовым фильтром, в качестве которого используется колебательный LC контур, настроенный на частоту w0. Временные диаграммы сигналов представлены на рисунке.Недостатком данного модулятора является присутствие в спектре АИ сигнала составляющей несущего сигнала.Балансный модуляторДанный модулятор представляет собой два однотактных амплитудных модулятора работающих на общую нагрузку (рисунок). Модулятор содержит два диода с одинаковыми ВАХ аппроксимированными полиномами третьей степени. Два резистора с малым, но одинаковым сопротивлением являются нагрузкой диодов. Модулирующий сигнал подается через первичную обмотку трансформатора, а несущее колебание подается через среднюю точку вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения двух резисторов.Если в некоторый момент времени напряжения u(t) и S(t) будут иметь полярность показанную на рисунке, то, пренебрегая падением напряжения на резисторах, напряжение на диодах будет равно:uд1(t) = S(t) + uII(t);uд2(t) = S(t) - uII(t)где uII(t) ( напряжение модулирующего сигнала во вторичной обмотке трансформатора.Напряжение на выходе балансного модулятора будет равноuвых(t) = 2R(a1 uII(t) + 2 a2 S(t) uII(t) + a3 uII(t)3 + 3 a3 S(t)2 uII(t))где а1, а2, а3 ( коэффициенты аппроксимирующего полинома.Спектр сигнала на выходе модулятора показан на рисунке.Как следует из спектра выходного сигнала, в нем отсутствуют составляющие несущего сигнала, четные составляющие модулирующего сигнала и их высшие гармоники, которые вносят искажения формы модулированного сигнала. Отсутствие составляющей несущего сигнала и ее гармоник объясняется тем, что падение напряжения, вызванные токами этих колебаний на резисторах, имеют одинаковые значения, но противоположную полярность. К недостаткам модулятора можно отнести наличие составляющих модулирующего сигнала и высших гармоник модулированного сигнала.Кольцевой модуляторДанный модулятор представляет собой два балансных модулятора работающих на общую нагрузку (рисунок). Четыре диода VD1 ( VD4 имеют одинаковые ВАХ аппроксимированные полиномами третьей степени. Если полярность напряжений u(t) и S(t) в некоторый момент времени соответствует показанной на рисунке, то, пренебрегая падением напряжения на резисторах, напряжение на диодах будет равноuд1(t) = S(t) + uII(t);uд2(t) = S(t) - uII(t);uд3(t) = - S(t) - uII(t);uд4(t) = - S(t) + uII(t).Напряжение на выходе модулятора будет равноuвых(t) = 8R a2 S(t) uII(t).Спектр сигнала на выходе кольцевого модулятора показан на рисунке.Как видно из диаграммы в спектре сигнала отсутствуют составляющие несущего и модулирующего сигналов, а также отсутствуют высшие составляющие модулированного сигнала. Таким образом, кольцевой модулятор является идеальным модулятором, но лишь для сигналов небольшой амплитуды. При больших амплитудах S(t) и u(t) в спектре выходного сигнала появляются различные комбинации нечетных гармоник входных сигналов.Амплитудный модулятор на транзистореДанный модулятор используется для формирования больших амплитуд. В нем в качестве нелинейного элемента используется транзистор (VT), включенный по схеме с общим эмиттером (рисунок). Нагрузкой транзистора является колебательный контур С2 L1, который используется в качестве полосового фильтра и настраивается на частоту первой гармоники несущего колебания w0. Также модулятор содержит делитель напряжения R1 R2 подающий напряжение смещения для выбора положения рабочей точки транзистора, резистор R3 обеспечивающий температурную стабилизацию рабочей точки, разделительные конденсаторы С1, С3, С4 разделяющие ток питания от тока сигнала. Модулирующий сигнал подается на эмиттер транзистора. Несущее колебание вместе с напряжением смещения поступают на базу VT. Модулированный сигнал снимается с коллектора.Достоинством данного модулятора является высокий КПД, т. к. транзистор работает в режиме отсечки коллекторного тока. Временные диаграммы сигналов схемы показаны на рисунке.3 Формирование однополосно-модулированных сигналовФормирование однополосно-модулированных сигналов осуществляется двумя методами: методом фильтрации и методом фазирования.Метод фильтрацииСтруктурная электрическая схема модулятора реализующего данный метод представлена на рисунке. При данном методе модулирующий сигнал u(t) и несущее колебание S(t) подаются на входы балансного или кольцевого модулятора. На выходе модулятора формируется балансно-модулированный сигнал SБМ(t). Затем этот сигнал поступает в полосовые фильтры ПФ1 и ПФ2. ПФ1 выделяет верхнюю боковую полосу SВБП(t), а ПФ2 нижнюю боковую полосу SНБП(t).Метод фазированияСтруктурная электрическая схема модулятора реализующего данный метод представлена на рисунке. При данном методе модулирующий сигнал u(t) и несущее колебание S(t) подаются на два модулятора, причем на модулятор М2 данные сигналы поступают со сдвигом фазы на 90°. Это сдвиг осуществляется фазовращателями ФВ1 и ФВ2. На выходе модуляторов формируются модулированные сигналы SАМ(t) и SАМ(t)*, отличающиеся друг от друга сдвигом фаз 90°. При сложении этих сигналов формируется сигнал верхней боковой полосы, при вычитании ( сигнал нижней боковой полосы.4 Формирование частотно-модулированных сигналовФормирование ЧМ сигналов может производиться с помощью генераторов, в которых частота генерируемых колебаний зависит от модулирующего сигнала. Принципиальная электрическая схема такого модулятора представлена на рисунке. В представленном модуляторе управление частотой генератора осуществляет варикап VD, к которому преложено обратное напряжение. Напряжение модулирующего сигнала подается через первичную обмотку трансформатора Т. Левая часть модулятора представляет LC-генератор с трансформаторной обратной связьью, который генерирует колебания с частотой:где Сэ ( эквивалентная емкость контура.Эквивалентная емкость контура зависит от емкости С1 и емкости варикапа. В свою очередь емкость варикапа образована емкостью зависящей от напряжения смещения Сv0 и емкостью зависящей от напряжения модулирующего сигнала Cvu. Таким образом эквивалентная емкость равна:Cэ = С1 + Сv0+ Cvu.Из всех емкостей переменной является емкость Cvu. Поэтому частота колебаний генератора изменяется в соответствии с модулирующим сигналом. При отсутствии модулирующего сигнала генератор вырабатывает колебания с частотой н...
Другие файлы:
Исследование спектров немодулированных и модулированных колебаний и сигналов
Исходная математическая форма ряда Фурье. Спектр простого гармонического сигнала, периодического аналогового сигнала, бинарного периодического сигнала...
Амплитудная модуляция
Использование модуляции для определения требуемых свойств каналов, сокращения избыточности модулированных сигналов, расчета потенциальной помехоустойч...
Частотная модуляция
Специфика сигналов с частотной модуляцией. Спектры сигналов различных индексов модуляции. Факторы передачи сигналов с паразитной амплитудной модуляцие...
Расчёт характеристик сигналов и каналов связи
Параметры модулированных и немодулированных сигналов и каналов связи; расчет спектральных, энергетических и информационных характеристик, интервала ди...
Амплитудная и угловая модуляция сигналов
Анализ причин использования в радиоэлектронике гармонического колебания высокой частоты как несущего колебания. Общая характеристика амплитудной, угло...
