Фазовая модуляция. Способы осуществления

Настоящее время наиболее широко применяются два способа получения ФМ. Один из них состоит в расстройте контура усилительного каскада. Второй способ – использование фазовращающих цепей, выполненных в виде RC-, RL-, LC-цепочек либо в виде мостовых схем. Кроме того, в диапазонах СВЧ применяют фазовращатели проходного и отражательного типов, где используется свойство изменения фазы коэффициента передачи при изменении сопротивлений нагрузки линии.

На рисунке 2.13 представлена схема фазового модулятора, в котором ФМ осуществляется путём расстройки контуров с помощью варикапов. Для увеличения индекса модуляции варикапы подключены ко всем трём контурам усилителя. Изменение резонансной частоты контура усилителя изменяет фазу ВЧ колебаний в контуре в соответствии с его фазовой колебательной характеристикой. В пределах полосы пропускания контура фаза изменяется от –45 до +45, а амплитуда выходных колебаний – от 1 до 0,707, что указывает на паразитную АМ с изменением амплитуды на 30%.

Изменение фазы сигнала связано с расстройкой одиночного контура относительно резонансной частоты соотношением

tg ,

где Q- добротность контура. При 30⁰ можно принять

На рисунке 2.14 показан модулятор состоящий из пары связанных контуров.

Такой модулятор предназначен для работы на частотах нижней части СВЧ диапазона порядка сотен МГц. Ёмкость каждого контура складывается из ёмкости варикапа и последовательно включённого с ним конденсатора, который используется для подстройки контура. В качестве контурной индуктивности использован заземлённый на одном конце и разомкнутый на другом отрезок полосковой линии длиной меньше четверти волны. Параметры схемы можно подобрать так ,чтобы при изменении Δφ~на ±60º амплитуда напряжения на нагрузке
изменялась в пределах единиц процентов.

В последнее время в связной аппаратуре часто применяют фазовые модуляторы в виде управляемых простых RLC – фазовращателей (рисунок 2.15).

Если выбрать C=1/(2ω0²L), то коэффициент передачи этой цепи на частоте ω0

K=(R+jωL)/(R+jωL+1/jωC)=(R+jωL)/(R-jωL),

т.е. при любом R модуль |К|=1 и паразитной АМ не будет, а фаза будет меняться φ=2 arctg(ω0L/R). Если R изменять от 0 до ∞, то фаза будет изменяться на 180°, однако анализ работы этой схемы показывает, что при глубине модуляции резистора

mR=ΔR/Rср

обеспечивается меньшая девиация:

Δφmax=0,5(φmax- φmin)=0,87 mR

и будут иметь место нелинейные искажения фазовой модуляции

(Кни)чм =mR/4.

На рисунке 2.16 приведена схема активного мостового фазового модулятора, применяемого на радиостанциях первичной связи. Нагрузки R1 и R2 в коллекторе и эмиттере транзистора VT обеспечивают два одинаковых по амплитуде и противофазных напряжения, которые приложены к двум другим плечам моста R3 и цепи LCв. Схема обеспечивает девиацию до 50º-60º при хорошей линейности и малой паразитной АМ.