Частотная модуляция и демодуляция сигналов

Модуляция — образование сигнала путем изменения параметров переносчика под воздействием сообщения.

Частотная модуляция. При частотной модуляции (ЧМ) мгновенные значения сообщения (тока или напряжения) изменяют частоту переносчика (несущей), оставляя неизменной его амплитуду. На рис. 4.1, д показано, что при увеличении мгновенных значений сообщения частота несущей увеличивается, а при отрицательной полуволне сообщения — уменьшается.

Если — угловая частота модулированного колебания (сигнала), — среднее

значение угловой частоты переносчика и Ω — угловая частота сообщения, то можно записать ,(4-14), где — коэффициент частотного отклонения, или глубина частотной модуляции; —девиация угловой частоты, или максимальное отклонение частоты переносчика (в одну сторону) от исходного значения.

Девиация частоты зависит от амплитуды модулирующего сообщения (см. рис. 4.1, д).

При увеличении амплитуды сообщения частота переносчика возрастает, при

уменьшении (отрицательная полуволна сообщения на рис. 4.1, а) — снижается. Девиация частоты и индекс модуляции связаны соотношением

Рис 4.1 Непрерывные модуляции:

а, з - передаваемые сообщения, б - несущая частота (переносчик), в, г, д -амплитудная, полярная и частотная модуляции соответственно, е - двустороннее ограничение, применяемое в частотной модуляции для устранения помех, ж - график,

показывающий, что при частотной модуляции из-за неизменяющейся амплитуды мощность передатчика используется лучше, чем при амплитудной, и разовая модуляция

(пунктирная линия) переносчика (сплошная линии) сообщением, представленным на рис 4.1; з, к - изменение фазы переносчика под воздействием сообщения

Демодуляция частотно-модулированных колебаний. Для этой цели частотно- модулированные колебания превращают сначала в колебания, модулированные по фазе или по амплитуде, из которых затем выделяется передаваемое сообщение. Поэтому различают частотно-амплитудные или частотно-фазовые (либо просто фазовые) детекторы. В телемеханике в большинстве случаев применяет частотно-амплитудные детекторы.

Простейший частотно-амплитудный детектор состоит из обычного колебательного контура (расстроенного относительно основной частоты приходящего сигнала) и амплитудного детектора. При изменении частоты сигнала значение напряжения на контуре изменяется. Однако из-за криволинейности ветвей резонансной кривой колебательного контура такие детекторы дают значительные нелинейные искажения.

Более совершенный частотно- амплитудным детектором является ча-стотный дискриминатор, выполняемый с двумя вторичными расстроенными контурами (рис. 4.11, а). Если, например, модулированные по частоте колебания, подаваемые на вход, лежат с полосе 1100—1000 Гц, то контур K1настраивается на частоту 1050 Гц, контур K2— на частоту 1100Гц и контур K3 — на частоту 1000 Гц (рис. 4. 11. б). Контур К1является широкополосным, пропускающим частоты, на которые настраиваются контуры K2 иК3. Напряжения, снимаемые с контуров К2, K3, детектируются, и с резистора R1. R2 снимаетсК2напряжение, зависящее от частоты сигнала. Когда на вход подается частота 1100 Гц, с резистора R1 МОЖНО снять на-пряжение U2, которое больше напряжения U3 (на резисторе R2) при прохождении частоты, например, 1070 Гц. Диоды Д1 и Д2 включены таким образом, что напряжение на выходе дискриминатора равно разности напряжений г Uвых= U2-U3.Поэтому резонансную кривую контура K3 можно изобразить в другой полярности (пунктир на рис. 4.11,б) по отношению к кривой контура К2 ЕСЛИ сложить резонансные кривые контуров K2 н К3), то получится результирующая кривая дискриминатора, представляющая собой зависимость напряжения на выходе от частоты входного сигнала (рис 4,11 в). На значительном участке эта характеристика линейна.