Частотная и фазовая модуляция задающих генераторов передатчиков. Формирование сложных фазоманипулированных и частотно-модулированных сигналов.

Поскольку мгновенная частота U)(t) с фазой 0(t) сигнала связана соотношением

то частотная и фазовая модуляция взаимозависимы, их объединяют даже общим названием - угловая модуляция.

Модуляция называется угловой (УМ), если в колебании вида в зависимости от модулирующего сигнала изменяется полная фаза (для краткости просто фаза) ; здесь ω₀ — центральная или средняя частота колебания с УМ; U_m — неизменная амплитуда колеба­ния.

Благодаря высокой помехоустойчивости угловая модуляция приме­няется в системах низовой радиосвязи различных диапазонов частот, в радиовещании, в звуковом сопровождении телевизионного ве­щания, в наземной радиорелейной связи прямой видимости, тропосфер­ной и космической связи. Кроме того, УМ используется в радиотелеметрии, системах радиоуправления, некоторых системах радионавигации и радиолокации. Телеграфные сигналы и цифровая информация в настоящее время передаются преимущественно путем частотной и фазовой манипуляций.

При частотной модуляции (ЧМ) мгновенная частота сигнала изменя­ется по закону модулирующего сигнала, при фазовой (ФМ) - фаза. Поэто­му при модуляции тестовым синусоидальным сигналом частотой Ὼ:

Модуляция называется фазовой (ФМ), если индекс модуляции т пропорционален амплитуде модулирующего сигнала U_Q и не зависит от его частоты Ὼ. Модуляция называется частотной (ЧМ), если девиация (отклонение) частоты от среднего значения ω₀ пропорциональна U _Ὼи не зависит от частоты Ὼ, т. е. если индекс модуляции т пропорци­онален U _Ὼ и обратно пропорционален Ὼ/.

Таким образом:

где к – коэффициент пропорциональности. При обоих видах модуляции меняется частота колебаний.

При ЧМ девиация частоты при изменении частоты Ὼ, а девиация фазы сигнала меняется по закону .

При ФМ амплитуда колебания фазы сигнала ,а мгновенная частота сигнала меняется по закону ω_д= :

Таким образом, при обеих видах угловой модуляции - ЧМ и ФМ -меняется как мгновенная частота, так и фаза модулируемого высокочас­тотного сигнала. Однако, два основных параметра, характеризующих эти виды модуляции - девиация частоты и девиация фазы - по-разному зависят от частоты модулирующего сигнала Ὼ.

Существуют прямые и косвенные методы получения ЧМ и ФМ коле­баний(сигналов). При прямых методах модулирующее колебание непосредственно воздействует на необходимый для данной модуляции параметр: частоту или фазу РЧ колебания.

В первом случае частотный модулятор представляет собой автоге­нератор, в контур которого включен реактивный элемент, управляемый модулирующим сигналом

Прямая фазовая мо­дуляция обычно осуществляется в цепи, через которую проходит РЧ колебание, и сдвиг фазы выходного сигнала изменяется под действием сигнала модуляции

Косвенные методы предполагают получение нужного вида угловой модуляции осуществлением другой модуляции и соответствующим пре­образованием сигнала. Так как частота и фаза гармонического колеба­ния взаимосвязаны ЧМ колебание можно получить, осуществляя модуляцию по фазе, но при этом необходимо устранить зависимость девиации частоты Δω_д от частоты модуляции Ὼ, присущую ФМ.

Это нетрудно выполнить, пропустив модулирующий сигнал через цепь с коэффициентом передачи, пропор­циональным 1/Ὼ.

Девиация фазы на выходе такого устройст­ва , а девиация частоты при этом будет зависеть только от амплитуды U_Ὼ, что характерно для ЧМ. Аналогично ФМ колебание можно получить косвенным путем с помощью частотного модулятора и корректирующей цепи на его выходе с коэффициентом передачи, пропорциональным Ὼ. В качестве корректирую­щих цепей можно использовать интегрирующую RС-цепь (рис. 8.5,д) или дифференцирующую RС-цепь (рис. 8.5,е).

Определить вид угловой модуляции можно довольно просто: подать на вход модулятора сигнал , а к выходу подключить измеритель девиации частоты. Если девиация частоты зависит только от U_Ὼ и не зависит от частоты, то имеет место частотная модуляция. Если же Δω_д оказывается пропорциональной и U_Ὼ, и частоте Ὼ, то модуляция фазо­вая.