6.2. Импульсная модуляция

При непрерывных методах передачи за основу берут гармонические колебания вида

и затем в соответствии с передаваемым сигналом изменяют тот или иной параметр этих колебаний - амплитуду, фазу или частоту. Такой вид модуляции получил название одноступенчатого. При импульсных методах передачи применяют как одноступенчатую, так и двухступенчатую импульсную модуляцию.

В радиотелефонных импульсных передатчиках, задачей которых является передача звуковых сигналов, применяется двухступенчатая модуляция. Сначала формируют колебания, представляющие собой последовательность радиоимпульсов одинаковой амплитуды, длительности и постоянной скважности. Такие радиоимпульсы можно рассматривать как высокочастотные колебания, модулированные по амплитуде импульсным напряжением. Однако, эти высокочастотные колебания ещё не содержат информации, это - первая ступень импульсной модуляции. Для передачи звукового сигнала осуществляется дополнительная модуляция - вторая ступень импульсной модуляции. В радиотелефонных импульсных передатчиках используются две группы методов импульсной модуляции.


К первой группе относятся методы, при которых низкочастотным сигналом воздействуют на какой-либо параметр высокочастотных колебаний внутри импульсов - на амплитуду (амплитудно-импульсная модуляция - АИМ), или на частоту (высокочастотная импульсная модуляция - ВЧИМ).

Ко второй группе относятся методы, при которых в соответствии с передаваемым сигналом изменяются параметры самих импульсов - их длительность (импульсная модуляция по длительности ДИМ , или ШИМ), фаза следования ( импульсно - фазовая модуляция - ФИМ), частота следования (импульсно-частотная модуляция - ЧИМ).

При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) высота импульсов изменяется в соответствии с передаваемым сигналом низкой частоты. Приём таких радиоимпульсов должен производиться без амплитудного ограничителя, вследствие чего он оказывается слабо защищенным от помех. В связи с этим предпочтение отдается таким видам импульсной передачи, при которых высота импульсов не меняется. Наибольшее применение получила импульсно-фазовая модуляция, более помехоустойчивая, чем модуляция по длительности.

Повышенной помехоустойчивостью обладает так называемая импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), при которой передаваемый низкочастотный сигнал квантуется по времени и по уровню (рис.6.3а).Для передачи сигнала достаточно передавать один раз за заданный интервал времени группу нескольких одинаковых импульсов - кодовую группу. Различным уровням сигнала соответствуют определенные комбинации, отличающиеся присутствием либо отсутствием тех или иных импульсов кодовой группы. Если группа состоит только из одного импульса, то возможны всего две комбинации: наличие импульса и его отсутствие. На рис.6.3б показаны возможные комбинации для группы из двух импульсов. В общем случае кодовая группа из n импульсов дает 2n комбинаций. Коэффициент нелинейных искажений, возникающих вследствие квантования сигнала по уровню, быстро уменьшается с увеличением числа импульсов в кодовой группе: при n = 5 (32 уровня) он составляет 3,5%, а при n = 7 (128 уровней) - всего 0,8%. Повышенная помехоустойчивость импульсно-кодовой модуляции объясняется тем, что помеха искажает передаваемый сигнал только в том случае, если она создает в соответствующий момент времени в радиоприемном устройстве ложный импульс или же гасит один из импульсов кодовой группы, передаваемой радиопередающей станцией.

                                                    Рис. 6.4
В радиолокационных, радионавигационных и ряде других передатчиков применяют одноступенчатую модуляцию, при которой передатчик генерирует последовательность прямоугольных радиоимпульсов с неизменными амплитудой, длительностью и периодом повторения. Модулирующим сигналом в этом случае является напряжение, имеющее форму прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды и длительности, следующих один за другим через равные промежутки времени. Это напряжение формируется в специальных устройствах, носящих название импульсных модуляторов.

В дальнейшем будут рассмотрены только импульсные передатчики с одноступенчатой модуляцией типа радиолокационных. Структурная схема такого передатчика показана на рис.6.4. Передатчик состоит из четырёх основных блоков: синхронизирующего устройства, подмодулятора, модулятора и генератора высокой частоты. На выходе генератора высокой частоты должны быть получены радиоимпульсы, по форме близкие к прямоугольным. Для этого необходимо, чтобы импульсы на выходе модулятора - модулирующее напряжение - были близкими к прямоугольным. Синхронизирующее устройство осуществляет синхронизацию работы импульсного передатчика с работой станции в целом. Подмодулятор обеспечивает на входе модулятора управляющее напряжение требуемой величины и формы.

Импульсную модуляцию в ламповых генераторах СВЧ, то есть включение и выключение электронной лампы, можно осуществлять двумя способами:

1) отпирать лампу положительными импульсами на сетку, к которой приложено постоянное запирающее напряжение смещения, при постоянном высоком напряжении на аноде - сеточная модуляция;

2) подавать на анод импульсы высокого напряжения, при этом смещение на управляющей создается обычной цепочкой RC - анодная модуляция.

Достоинством сеточной модуляции, как всегда, является сравнительно малая мощность модулятора, вследствие чего он получается простым и малогабаритным. Тем не менее модуляция импульсных генераторов на анод оказывается более целесообразной, чем на сетку, по двум причинам. Первая причина состоит в том, что электрический пробой в лампе связан с процессом ионизации, обладающим известной инерционностью. Вторая причина заключается в ухудшении температурного режима лампы из-за термотока сетки, который имеет место во время пауз при сеточной модуляции. Все это является починами того, что основное применение в автогенераторах находит анодная модуляция.

В генераторах с внешним возбуждением применяется, как правило, двойная модуляция - на анод и на сетку, так как при одной только анодной модуляции неизбежна перегрузка сетки в момент снятия анодного напряжения.

Для осуществления анодной модуляции в ламповых генераторах СВЧ необходимы мощные импульсные модуляторы. Импульсные высоковольтные модуляторы большой мощности требуются также для магнетронных и клистронных генераторов, которые используются в передатчиках радиолокационных станций, в ускорителях частиц и др. Поскольку такие модуляторы имеют большое практическое значение, их рассмотрению будут посвящены все последующие разделы.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.