Модуляция сигналов

Модуляция является нелинейной операцией, ее осуществляют нелинейными устройствами — модуляторами. Упрощенно многочисленные типы модуляторов делят на амплитудные, частотные, фазовые, импульсные и цифровые.

Аналоговые амплитудные модуляторы

Формальный анализ аналитического выражения для однотонального AM-сигнала и_ш(?) = [/,,(1 + McosQ?)coso)₀? показывает, что при его формировании необходимо перемножить модулирующий сигнал e(t) = E₀cosClt и несущее колебание u_n(t) = t/_Hcosсо/. Но до настоящего времени в теории связи не разработано эффективных методов непосредственного перемножения двух или нескольких аналоговых сигналов. Поэтому при амплитудной модуляции применяют косвенные методы перемножения с помощью нелинейных или параметрических цепей.

Аналоговые амплитудные модуляторы на основе резонансных усилителей мощности.

Простейший амплитудный модулятор создают на основе нелинейного резонансного усилителя. Для этого на входе транзистора VT включают последовательно источники напряжения смещения f/0, модулирующего сигнала e(t) и генератор несущего колебания uu(t) и настраивают колебательный контур на несущую частоту (о0 (рис. 5.9, а). Рассмотрим принцип получения однотонального AM-сигнала на основе базового модулятора.

Рис. 5.9. Амплитудный модулятор:

а — упрощенная схема; 6 — диаграммы токов и напряжений

В этом случае к входу модулятора надо приложить суммарное напряжение

ujt) = U₀ + E₀cosQt + {/„cos со,/.

С помощью временных диаграмм токов и напряжений, показанных на рис. 5.9, б, и поясняется принцип действия модулятора.

Положим, что сквозная характеристика биполярного транзистора (зависимость тока коллектора /_к от напряжения база — эмиттер {/_6э) аппроксимирована двумя отрезками прямых линий. Вследствие перемещения рабочей точки относительно напряжения смещения по закону модулирующего сигнала происходит изменение угла отсечки тока в кривой несущего колебания. В результате импульсы коллекторного тока г_к транзистора, отражающие изменение амплитуды несущего колебания, оказываются промоду- лированными по амплитуде.

Рис. 5.10. Модуляционная характеристика

В спектре импульсов коллекторного тока транзистора модулятора содержится много гармонических составляющих с частотами со₀ и О, а также с кратными и комбинационными (суммарными и разностными составляющими гармоник со₀ и Q) частотами. Колебательный контур должен иметь полосу пропускания Дсо_АМ = 2Q, и тогда он выделит из спектра импульсов коллекторного тока гармоники с тремя частотами со₀ - Q, оо₀ и со₀ + Q.

Для оценки качества работы модулятора с точки зрения вносимых искажений используют статическую модуляционную характеристику — зависимость амплитуды первой гармоники тока /_к1 транзистора от постоянного напряжения смещения на базе U_Ca (рис. 5.10). Отметим, что для исключения нелинейных искажений необходимо использовать только линейный участок модуляционной характеристики в диапазоне токов /_{к min} - /_{к mas}.

При многотональной амплитудной модуляции приведенные выше рассуждения справедливы, и при выборе линейного участка модуляционной характеристики нелинейные искажения будут минимальны. Однако при модуляции многотональным сигналом могут возникнуть частотные искажения. Ведь чем дальше отстоит боковая составляющая от несущей, тем меньше она усиливается вследствие резонансного характера АЧХ контура. Для снижения частотных искажений сигналов полосу пропускания в схеме модулятора следует увеличивать, а с точки зрения фильтрации паразитных гармоник — уменьшать.

Амплитудные модуляторы на интегральных перемножителях напряжений. С помощью интегрального неремножителя напряжений реализуют передаточную функцию гг_вых = k_au_xu₂, где k_a — масштабный коэффициент, а и_х и и₂ — перемножаемые напряжения. В основу аналогового неремножителя заложены идентичные, со стабильными параметрами НЭ, имеющие квадратичные ВАХ. Наиболее просто это достигается в интегральных перемножителях напряжений.

Интегральные неремножители аналоговых напряжений наиболее широко применяют в передающих устройствах в качестве балансных амплитудных модуляторов для получения AM-сигналов с подавленной несущей. Подобные модуляторы осуществляют прямое перемножение модулирующего сигнала и несущего колебания. Действительно, если на входы неремножителя подаются модулирующий сигнал e{t) = E₀cos?lt и несущее колебание u_n(t) = Z7_Hcos со/, то выходное колебание

состоит из нижней и верхней боковых высокочастотных составляющих AM-сигнала, т.е. является балансно-модулированным колебанием без несущей.