Лекция № 7
Частотная и фазовая модуляция в радиопередающих устройствах
Учебные вопросы:
Основы частотной и фазовой модуляции. Спектры сигналов при частотной и фазовой модуляции.
Методы осуществления угловой модуляции.
Частотный и фазовый модуляторы. Стабилизация частоты несущей при частотной модуляции.
Частотная и фазовая манипуляция дискретных сообщений.
Введение
В современных системах радиосвязи широко применяется угловая модуляция, которая подразделяется на частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ). В основном она применяется в радиовещании на УКВ, в звуковом сопровождении телевизионного вещания, в радиорелейных, тропосферных и спутниковых радиосистемах. Это связано с тем, что частотная и фазовая модуляция обеспечивают лучшую помехоустойчивость и более высокие энергетические характеристики, чем амплитудная модуляция, однако для этого им требуются большие необходимые полосы частот.
В данной лекции приводятся основы частотной и фазовой модуляции, представлены методы реализации угловой модуляции, рассмотрены частотный и фазовый модуляторы, вопросы стабилизация частоты несущей при частотной модуляции, раскрывается частотная и фазовая манипуляция дискретных сообщений.
Основы частотной и фазовой модуляции. Спектры сигналов при частотной и фазовой модуляции
Поскольку мгновенная частота w(t) с фазой q(t) сигнала связана соотношением:
, (1)
то частотная и фазовая модуляция взаимозависимы, их объединяют даже общим названием – угловая модуляция.
При частотной модуляции (ЧМ) мгновенная частота сигнала изменяется по закону модулирующего сигнала, при фазовой (ФМ) - фаза. Поэтому при модуляции тестовым синусоидальным сигналом частотой W:
uмод(t)=Uмод cosW×t. (2)
При ЧМ и ФМ соответственно получим:
w(t)=w0+DwдевcosWt, (3)
где Dwдев = k Uмод – девиация частоты;
q(t)=w0t+DjдевcosWt+q0, (4)
где Djдев = k Uмод – девиация фазы.
Высокочастотное несущее колебание имеет вид:
. (5)
При ЧМ тональным сигналом (2) с учетом (3) несущее колебание (5) примет вид (см. рис. 1):
, (6)
где mч=Dw/W - индекс частотной модуляции.
Рис. 1 – Частотно-модулированный сигнал, т.е. несущее колебание, модулированное по частоте тональным сигналом
При ФМ тональным сигналом (2) с учетом (4) несущее колебание (5) принимает вид:
, (7)
где Djдев - девиация фазы, или индекс фазовой модуляции.
Из выражений (6) и (7) следует, что при частоте модулирующего сигнала W=const отличить ЧМ от ФМ не представляется возможным. Это различие можно обнаружить только при изменении частоты W.
При ЧМ согласно (6) девиация частоты Dwдев=const при изменении частоты W, а девиация фазы сигнала меняется по закону Djдев=Dwдев/W.
При ФМ согласно (7) амплитуда колебания фазы сигнала Djдев=const, а мгновенная частота сигнала меняется по закону
, (8)
следовательно, девиация частоты пропорциональна частоте модулирующего сигнала Dwдев=Djдев/W. Данное различие между ЧМ и ФМ иллюстрируется с помощью графиков, построенных на рис. 2.
Рис. 2 – Различие между ЧМ и ФМ
Таким образом при ЧМ и ФМ меняется как мгновенная частота, так и фаза модулируемого ВЧ сигнала. Основные параметры, характеризующие эти виды модуляции – девиация частоты Dwдев и девиация фазы Djдев, - по-разному зависят от частоты модулирующего сигнала W.