Рассмотрено использование автоколебательных систем в модуляторах систем передачи информации. Показано применение эффекта повышенной чувствительности в таких системах.
Ключевые слова: автоколебательная система, модулятор, сигнал.
Информация передается по каналам связи при помощи несущего колебания, модулируемого передаваемой информацией. Модуляция — это процесс изменения одного или нескольких параметров несущего колебания в соответствии с изменением информативного параметра передаваемого сигнала, который называется модулирующим. Обычно это напряжение или ток. Известны разнообразные виды модуляции, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками.
В системах связи и в радиотехнике устройства, выполняющие модуляцию несущего сигнала, называются модуляторами. В измерительных системах, системах контроля и управления аналогичные устройства называются преобразователями, и в них происходит модуляция несущего колебания изменением контролируемого параметра. Контролируемым параметром может быть и напряжение, и ток, и выходной параметр используемого датчика, например индуктивность, ёмкость или сопротивление.
В модуляторах и преобразователях способы и методы реализации модуляции аналогичны, поэтому подходы к анализу и синтезу данных устройств зачастую одинаковые.
Для передачи непрерывной информации лучше подходит угловая модуляция (УМ), которая делится на фазовую (ФМ) и частотную (ЧМ). Она применяется в системах низовой радиосвязи, в радиовещании в диапазоне УКВ, в звуковом сопровождении телевизионного вещания, в радиорелейной связи прямой видимости, тропосферной и космической связи, в радиотелеметрии, в системах радиоуправления, радионавигации и радиолокации. Сегодня большая часть цифровой информации передаётся с помощью частотной и фазовой манипуляции.
Широкое использование УМ связано с обеспечением ей лучшей помехоустойчивости и более высоких энергетических характеристик по сравнению с амплитудной модуляцией, что объясняется более широким спектром сигнала с угловой модуляцией.
Одной из проблем угловой модуляции является получение больших индексов модуляции простыми средствами. Другая проблема — отсутствие усилителей девиации фазы и девиации частоты сигналов с угловой модуляцией с возможностью плавного изменения коэффициента преобразования в широких пределах. Обе проблемы связаны с увеличением чувствительности угловых модуляторов и преобразователей.
Прямые и косвенные методы угловой модуляции имеют теоретические ограничения, которые не позволяют решить данные проблемы.
В режиме повышенной чувствительности [1] относительно небольшие изменения резонансных или средних частот фильтров автоколебательной системы, или небольшие изменения дополнительных фазовых сдвигов в петле автоколебательной системы, вызывают значительные изменения частот генерируемых сигналов.
Аналитические исследования, компьютерное моделирование и натурное макетирование позволили определить условия реализации данного эффекта в любой автоколебательной системе.
Эффект повышенной чувствительности позволяет реализовать [1] параметрические измерительные преобразователи с угловой модуляцией выходного сигнала, которые будут способны регистрировать сверхмалые отклонения контролируемого параметра.
Основа прямых методов угловой модуляции — это непосредственное воздействие на автоколебательную систему. Автоколебательная система должна генерировать гармонические колебания, частота или фаза которых является функцией управляющего воздействия. Рассмотрим свойства автоколебательных систем с целью использования их в угловых модуляторах и преобразователях.
Рассмотрим одноконтурные генераторы. Одноконтурные генераторы обладают одной собственной частотой, определяемой настройкой контура. Данная частота может изменяться в широких пределах при использовании в качестве одного из элементов контура переменного конденсатора или вариометра.
Одноконтурные генераторы рекомендуется использовать только на относительно длинных волнах. В диапазоне коротких волн катушки контуров содержат всего несколько витков, а емкости становятся соизмеримыми с междуэлектродными и монтажными емкостями, поэтому плавная регулировка обратной связи становится практически невозможной.
Простейшие автогенераторы содержат резонансный контур (полосный фильтр) и нелинейный усилитель в цепи обратной связи. Резонансный контур задает область частот генерируемого сигнала. Нелинейный усилитель нужен для восполнения энергии, которая теряется в резонансном контуре и для ограничения амплитуды генерируемых колебаний. В зависимости от вида нелинейной характеристики усилителя возбуждение генератора может быть мягким и жёстким. При мягком возбуждении генерация возникает после включения питания генератора, а при жёстком возбуждении необходимо дополнительно возбудить свободные колебания в резонансном контуре с амплитудой, достаточной для возникновения устойчивой генерации.
В режиме генерации выполняются условия баланса фаз и баланса амплитуд. Для определения уравнения баланса фаз представим резонансный контур с цепями связи как первый четырёхполюсник, а нелинейный усилитель — как второй четырёхполюсник. В этом случае должно быть равенство
где
f
— частота генерируемых колебаний, а
Пусть изменения амплитуды генерируемых колебаний не влияют на частоту, эффект амплитудно-фазовой конверсии отсутствует. Подставляя в (1) выражения для фазочастотных характеристик (ФЧХ), можно найти частоту автоколебаний. Так как фазовый сдвиг
![](https://moluch.ru/blmcbn/81522/81522.003.png)
Частота генерируемых сигналов управляется двумя способами. При первом изменяется резонансная частота контура первого четырёхполюсника вариацией его ёмкости или индуктивности. Частота генерируемых колебаний изменяется в широких пределах (диапазонные генераторы), но стабильность частоты не очень высокая. Второй способ — это изменение дополнительного фазового сдвига, вносимого вторым четырёхполюсником. Частота генерируемых колебаний изменяется только в пределах полосы пропускания первого четырёхполюсника, где выполняется условие баланса амплитуд.
В состав резонансного контура измерительных параметрических преобразователей входит датчик. Это значительно уменьшает добротность контура и, соответственно, стабильность частоты генерируемых колебаний. Из-за относительно малых вариаций выходного параметра датчика, влияющего на резонансную частоту контура, диапазон изменения частот генерируемых колебаний относительно мал.
При использовании в одноконтурном генераторе высокодобротного кварцевого резонатора стабильность частот генерируемых сигналов резко возрастает, но генератор практически теряет свойство управляемости.
Литература:
1. Иванов, В. В. Генераторные, фазовые и частотные преобразователи и модуляторы [Текст] / В. В. Иванов, В. К. Шакурский. — М.: Радио и связь, 2003. — 172 с.