Курсовая работа: Связной радиопередатчик с частотной модуляцией
Рис.3. Структурная схема ЧМ передатчика с синтезатором частоты
На варикап VD1 подается модулирующее напряжение UW , на варикап VD2 – управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Разделение функций управления объясняется тем, что девиация частоты под влиянием модулирующего сигнала относительно невелика (3–5 кГц) в сравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора (ГУН) управляющим сигналом с выхода системы ФАПЧ. Поэтому варикап VD1 связан с колебательным контуром ГУНа значительно слабее, чем VD2. Шаг сетки частот на выходе передатчика в зависимости от рабочего диапазона может быть 5; 10; 12,5; 25 кГц.
Для повышения устойчивости необходимо, чтобы мощный оконечный усилитель как можно меньше влиял на работу ГУНа, поэтому производят их развязку по частоте введением в структуру передатчика умножителя частоты. В таком случае шаг сетки синтезатора уменьшается в n раз, где n - коэффициент умножения частоты умножителя.
В данной расчетно-графической работе проведен анализ диапазонного передатчика с частотной модуляцией. Этот передатчик работает в диапазоне частот от 150 МГц до 160 МГц. При этом он обеспечивает выполнение ниже перечисленных характеристик, является сравнительно простым, малогабаритным и дешевым.
Характеристики передатчика:
1. Р1макс = 500 Вт
2. f = 150 ¸ 160 МГц
3. WФ = 50 Ом
4. Шаг сетки частот 12,5 кГц
5. Питание сетевое – 220 В, 50 Гц
Рис.4. Структурная схема ЧМ передатчика
На рис. 4 приведена общая структурная схема передатчика с прямым получением ЧМ и с синтезатором частоты.
Модулирующий сигнал от микрофона усиливается в УНЧ. Далее осуществляется ограничение амплитуды, которое предотвращает увеличение девиации частоты за заданные пределы при ЧМ. ФНЧ, выполненный на интегрирующей RC-цепочке, ограничивает спектр сигнала до 3,5 кГц. Модулирующий сигнал, усиленный и прошедший цепи коррекции поступает на варикап ГУНа, где производится частотная модуляция несущего колебания.
ГУН выполним по схеме Клаппа, его центральная частота управляется с помощью второго варикапа, на который управляющий сигнал подается с цифрового синтезатора частоты.
Работа ГУНа происходит по сигналу опорной частоты – 
МГц, задаваемой кварцевым генератором. Для шага сетки частот 6,25 кГц (до умножителя частоты) коэффициент деления опорной частоты составляет
, при этом пределы коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты составляют от 
до 
. Эти коэффициенты задаются посредством контроллера.
Промодулированный сигнал после ГУНа поступает на умножитель частоты (умножение в два раза), который переводит его в рабочий диапазон и, кроме этого, производит усиление. Далее сигнал усиливается в предварительных и предоконечном усилителях до уровня, необходимого для работы оконечного каскада. Оконечный каскад реализован в виде четырех идентичных модулей, выполненных по двухтактной схеме, причем схемы деления и сложения мощности от отдельных блоков, а также трансформации сопротивлений выполнены на отрезках длинных линий.
На выходе передатчика стоит ФНЧ, который подавляет уровень внеполосного излучения до заданного. Согласно ГОСТу этот уровень составляет -60 дБ для данной рабочей полосы и излучаемой мощности. Сигнал с ФНЧ поступает на фидерную 50-омную линию и далее в антенну.
2. Теоретические основы построения модуляторов
Модулятор в радиотехнике и дальней связи, устройство, осуществляющее модуляцию — управление параметрами высокочастотного электромагнитного переносчика информации в соответствии с электрическими сигналами передаваемого сообщения. Модулятор является составной частью главным образом передающих устройств электросвязи и радиовещания. Переносчиком информации обычно служат гармонические колебания или волны с частотой (называемой несущей или поднесущей) ~ 104 — 1015 Гц. В зависимости от того, какой параметр гармонических колебаний или волн изменяется, различают амплитудную, частотную, фазовую или смешанную (например, при однополосной передаче) модуляцию колебаний. Соответственно различны и виды модулятор. При импульсно-кодовой модуляции переносчиком информации служит регулярная последовательность импульсов электрических, параметрами которых (амплитуда, ширина, частота или фаза повторений) управляют с помощью соответствующих типов импульсных модуляторов. Модулирующие электрические сигналы передаваемого сообщения могут иметь самую разнообразную форму: от простых и медленных телеграфных посылок в виде точек и тире или колебаний звукового диапазона частот при передаче речи и музыки до сложных, быстро изменяющихся сигналов, применяемых в телевидении или в многоканальной проводной и радиорелейной связи. Часто в функцию модулятора входит также усиление модулирующих колебаний.
Непременное требование к модуляции состоит в том, что модулирующее колебание должно изменяться во времени значительно медленнее модулируемого. Поэтому в любом модуляторе сочетаются взаимодействующие цепи модулируемых колебаний или волн с цепями модулирующего сигнала более низкой частоты. Определяющим в модуляторе является управляющий элемент, посредством которого сигнал воздействует на параметры модулируемых колебаний или волн. Электронная лампа как универсальный управляющий элемент сохранилась к 1974 главным образом в модуляторах мощных радиопередающих устройств (для них специально разработаны т. н. модуляторные лампы). Со временем при мощностях передатчиков ≤ 0,5 кВт лампы успешно вытеснились транзисторами и другими полупроводниковыми приборами. В устройствах, работающих на СВЧ, наряду с полупроводниковыми приборами используются клистроны, лампы бегущей волны и другие.
При амплитудной модуляции модулятор изменяет амплитуду генерируемых (или усиливаемых) колебаний с несущей частотой. В сеточном модуляторе лампового радиопередатчика модулирующее напряжение воздействует на входную (сеточную) цепь генератора или усилителя высокочастотных колебаний, в анодном модуляторе — на выходную (анодную) цепь генераторной лампы. Сеточный модулятор более экономичен, анодный же может обеспечить большую глубину модуляции при малых искажениях. В транзисторных радиопередатчиках базовый и коллекторный модуляторы являются транзисторными аналогами соответственно сеточного и анодного ламповых модуляторов. Для получения амплитудно-модулированных колебаний с подавленными колебаниями несущей частоты применяют так называемый балансный модулятор (однополосная модуляция).
При частотной модуляции и фазовой модуляции в качестве управляющего элемента в модуляторе используются так называемые реактивные устройства, у которых эффективная ёмкость или индуктивность (или то и другое) изменяется под действием модулирующего сигнала. Реактивное устройство включается или непосредственно в резонансный контур задающего генератора, или в последующие фазовращающие цепи радиопередатчика. В ламповых модуляторах такое устройство получило название реактивной лампы, в транзисторных — реактивного транзистора. Кроме того, в некоторых транзисторных фазовых и частотных модуляторах используют явление сдвига фазы генерируемых колебаний, зависящего при определённых режимах работы от значения постоянной составляющей коллекторного тока. Широкое применение в качестве реактивного управляющего элемента в модуляторах находят варикапы.
При импульсной модуляции в модуляторах управляющими элементами также служат электронная лампа или полупроводниковый прибор, например варикап, который запирает или отпирает волноводный тракт при посылках импульсного модулирующего напряжения различного знака.
Иногда модулятор входит в состав усилительных устройств, работающих в различных диапазонах частот — от звуковых до СВЧ. Магнитный усилитель имеет модулятор в виде насыщающегося дросселя электрического, индуктивностью которого управляет ток усиливаемого сигнала. В этом случае обычно модулируется переменный ток промышленной частоты, более высокой по сравнению с частотами спектра сигналов — обычно команд в системах автоматики. В диэлектрическом усилителе модулятор представляет собой нелинейный конденсатор, ёмкостью которого управляет напряжение сигнала. Модулятор является составной частью некоторых параметрических усилителей.
Аналоговый перемножитель сигнала (ПС) является универсальным базовым блоком, выполняющим ряд математических функций: умножение, деление, возведение в квадрат. В ряде случаев функциональные возможности ПС реализуются совместно с ОУ. ПС может применяться в качестве модулятора. Рассмотрим основные принципы построения модуляторов.
Балансный модулятор может иметь высокую линейность лишь по одному (модуляционному) входу. Второй вход (вход несущей) может запитываться переменным напряжением с постоянной амплитудой, причем уровень несущей может быть достаточно большим и вырождаться в функцию коммутации SН (t) (рис. 5,а).
Физически это означает, что активные элементы модулятора при высоком уровне входного сигнала превращаются в синхронные ключи, при этом модулирующий сигнал UM (t) (рис. 5,б) эффективно коммутируется с частотой несущей SН (t), образуя выходной сигнал в виде (рис. 5,в)