Фазовый модулятор схема и принцип работы: Модуляторы | Основы электроакустики

Содержание

Модуляторы | Основы электроакустики

Модулятор – радиотехническое устройство, в котором изменяется один из параметров несущего колебания под воздействием низкочастотного информационного сигнала. Одними из наиболее применяемых являются частотные и фазовые модуляторы.

Частотный модулятор предназначен для изменения частоты несущего колебания под воздействием информационного сигнала. Модуляторы, способные формировать ЧМ сигнал, делят на две группы:

частотный модулятор с разрывом фазы;
частотный модулятор без разрыва фазы.

В соответствии с изменением манипулирующего сигнала устройство управления ключом подключает к усилителю один из двух генераторов. В момент переключения фазы выходных колебаний случайны и имеет место разрыв фазы ЧМ сигнала В аппаратуре станций спутниковой связи применяется схема формирования ЧМ сигнала с разрывом фазы, основанная на том, что используется один генератор несущего колебания для формирования ЧМ сигнала

В состав частотного модулятора входят:

генератор несущего колебания;
ДПКД – делитель с переменным коэффициентом деления.

Принцип работы такого генератора основан на том, что коэффициент деления ДПКД изменяется под воздействием информационного сигнала C(t).

В состав модулятора входят:

автогенератор;
реактивный элемент;
усилитель.

Автогенератор генерирует незатухающее несущее колебание. Основным элементом автогенератора является колебательный контур. Параллельно контуру подключается реактивный элемент, например варикап, у которого изменяются электрические характеристики (емкость перехода) в зависимости от входного сигнала С(t) для изменения параметров контура необходимо изменять или емкость или индуктивность. Варикап – полупроводниковый элемент, у которого емкость перехода изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения. Т.к. он включен параллельно колебательному контуру и на него подается управляющее напряжение информационного сигнала, следовательно, будет скачкообразно изменяться емкость колебательной системы, а соответственно и частота колебания в контуре

Фазовый модулятор предназначен для изменения фазы несущего колебания на определенное значение .

Принцип работы фазового модулятора заключается в следующем: генератор несущего колебания подключен к первичной обмотке (I) Тр1. При отсутствии информационного сигнала диоды VD1 – VD4 закрыты, следовательно, на выходе модулятора в обмотке (II) Тр2 никакого сигнала не будет. При поступлении положительного импульса на вход информационного сигнала VD1 и VD2 откроются, т.е. сопротивление переходов этих диодов будет стремиться к нулю. Через открытые диоды несущее колебание поступит на (I) Тр2 и на входе появится несущая частота. Как только на информационный вход поступит отрицательный импульс VD1 и VD2 -закроются, а VD3 и VD4 – откроются, следовательно, направление протекания тока несущей частоты через обмотку (I) Тр2 изменится на 180° , а равно и на выходе (II) Тр2 изменится фаза несущего колебания на 180° изменение фазы происходит при каждом переходе от “0” к “1” и от “1” к “0” (абсолютная фазовая манипуляция).

3.15. Фазовые модуляторы

В последнее время широкое распространение получили емкости p-n перехода для решения различных задач связанных с перестройкой частотно-избирательных цепей для целей амплитудной модуляции, амплитудно-импульсной модуляции, частотной модуляции и для фазовой модуляции.

При фазовой модуляции с помощью ёмкости p-n перехода могут использоваться непосредственно фазовые характеристики колебательных контуров или использоваться различные варианты фазосдвигающих RC цепей. В RC цепи используется ёмкость n-p перехода варактора. В RC схемах фазовых модуляторов используется в качестве управляемого элемента не только емкость p-n перехода, но и электронно-управляемое сопротивление полевого транзистора.

3.15.1. Одноконтурный фазовый модулятор

Одноконтурный ФМ – это генератор с независимым возбуждением, собственная резонансная частота контура которого перестраивается модулирующим сигналом. Схемы могут быть весьма разнообразны, однако расчётные формулы одинаковы.

При этом необходимо знать, что полученные результаты справедливы только при условии, что амплитуда ВЧ колебательного напряжения на емкости p-n перехода значительно меньше напряжения смещения. В RC схемах это условие почти автоматически выполняется. Практически можно считать это условие выполненным, если где – амплитуда ВЧ сигнала,E-напряжение смещения на варикапе (рис.3.23).

U_выхU_Ω

Есм

Ес

Рис. 3.23.

3.15.2. Прямой метод ф.М.

Фазовый одноконтурный модулятор с использованием n-n перехода (рис.2.24;3.25).

Рис. 3 24

E_cC_p

E_i

Рис.3.25.

Фазовый одноконтурный модулятор со встречно-последовательным включением

n-р переходом (рис. 3.26.)

Ek E_i

Рис. 3.26.

Собственная частота контура перестраивается модулирующим сигналом cos Ωt.

3.15.3. Мостовая схема фазового модулятора с полевым транзистором

Мостовая схема фазового модулятора, где в качестве электронно-управляемого сопротивления используется полевой транзистор (рис 3.27.) обеспечивает увеличенную девиацию фазы при тех же нелинейных искажениях, полученных при одноконтурных Ф.М.

При малом напряжении сток-исток полевой транзистор представляется сопротивлением, определяемым формулой:

где и-const для конкретного транзистора;

-напряжение на затворе. ;

E-напряжение источника питания транзистора на затворе относительно истока;

-мгновенное значение модулирующего сигнала.

UR₁U_э_u=E+

R₂

С U_вы

_х

Рис 3.27.

При расчёте мостовой схемы фазового модулятора с полевым транзистором элементы схемы выбираются из условия:

Нелинейные искажения при одинаковых индексах модуляции в 2 раза меньше, чем в схеме одноконтурного фазового модулятора

Мостовая схема фазового модулятора с ёмкостью p-n перехода и полевым транзистором.

Принципиальная схема представлена на рис. 3.28

C(U)

C E-

U_вых

R(U) E+

Рис. 3.2.8.

Сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями запишется :

где -сопротивление транзистора;-ёмкостьp-n перехода; -частота входного сигнала.

Для увеличения индекса модуляции напряжение модулирующегося сигналом на ёмкостьp-n C(U) перехода и полевой транзистор R(U) необходимо подавать в противофазе.

R(U)=; C(U)=.

Фазы выходного сигнала определяются выражениями:

где ; x=;.

Различия между разными типами радиопередатчиков

Радиопередатчик является важной частью любой системы связи. Функции передатчика реализуются поэтапно. Сначала формируется сигнал несущей, с помощью которого передается исходная информация. Сигнал, содержащий передаваемую (полезную) информацию, модулирует несущую. Сигнал с полезной информацией называется модулирующим, или информативным сигналом. Несущая, по сути, содержит модулированную информацию. Промодулированный сигнал усиливается до уровня, необходимого для передачи на требуемое расстояние. Оконечный каскад усиления реализован с помощью усилителя мощности (УМ), который является важным компонентом в любом радиопередатчике.

Сигнал с оконечного усилителя мощности, как правило, не сразу поступает в антенну. Между нею и усилителем находится специальное согласующее устройство, которое ограничивает внеполосное излучение передатчика и согласовывает выходной импеданс усилителя мощности с входным импедансом антенны, что необходимо для повышения КПД передатчика за счет снижения коэффициента стоячей волны (КСВ). Этот коэффициент определяет несогласованность антенны и выходного каскада передатчика. Завышенный КСВ не только снижает КПД передатчика, но и может стать причиной его выхода из строя. Идеальный КСВ равен единице, что на практике, особенно для передатчиков, работающих в широкой полосе частот, редко достижимо.

Приемлемым КСВ считается тот, величина которого не превышает двух; в ряде случаев допускается его увеличение до трех.

Параметры УМ зависят от требований конкретного приложения, например диапазона его рабочих частот, дальности связи, вида модуляции, передающей антенной и чувствительности приемного устройства. Например, требования к мощности базовых станций сотовой связи постоянно растут. Ожидается, что уровни их мощности достигнут 100 Вт. В радиовещании в AM-диапазоне уровни мощности передаваемых сигналов достигают нескольких киловатт. Таким образом, возможны самые разные схемные и конструктивные решения для построения радиопередатчика.

Как уже упоминалось, AM- и FM-вещание эксплуатируется уже многие годы. Используемая в них амплитудная и частотная модуляции являются видами аналоговой модуляции. Однако в большей части современной беспроводной связи применяются цифровые методы модуляции, которые мы обсудим позже.

Передатчики с АМ

В России для радиовещания с АМ-модуляцией используется диапазон несущих частот 526,5–1606,5 кГц. В США AM-радиовещание ведется в диапазоне 540–1700 кГц с интервалами 10 кГц. Амплитудная модуляция в диапазоне средних волн применяется также в авиационной связи.

При AM-модуляции модулирующий, или звуковой, сигнал изменяет мгновенную амплитуду несущего сигнала. Фактически мгновенное значение амплитуды несущего сигнала определяется мгновенной амплитудой модулирующего сигнала. В общем виде амплитудная модуляция гармонической несущей синусоидальным сигналом показана на рис. 1.

Рис. 1. Принцип амплитудной модуляции

На рис. 2 показана структурная схема высокоуровневого передатчика с амплитудной модуляцией АМ [1]. Генератор создает сигнал несущей, который усиливается буферным усилителем, а затем еще раз усиливается предусилителем, или драйвером. Предусилитель должен поднять уровень мощности сигнала до величины, достаточной для управления последним каскадом передатчика — усилителем мощности.

Рис. 2. Структурная схема многоуровневого AM-передатчика

Звуковой сигнал, например с микрофона, поступает на предварительный усилитель и усиливается. После усиления аудиосигнал подается в голосовой процессор, осуществляющий обработку речевых сигналов. Она необходима для того, чтобы обеспечить ограничение или компрессию звукового сигнала, т. е. уменьшить динамический диапазон звукового сигнала, не допустив перемодуляции и возникающих по этой причине нелинейных искажений при приеме сигналов с АМ. Кроме того, осуществляется ограничение полосы передаваемых частот внеполосного излучения, предельные уровни которого регламентируются соответствующими стандартами. Далее предусилитель модулятора повышает звуковой сигнал до уровня, достаточного для управления усилителем модулятора.

Затем выходной сигнал усилителя модулятора модулирует УМ конечного каскада. В генерации сигнала с AM-модуляцией на выходе УМ используются управляющий аудиосигнал и несущая, поступающая на вход УМ. Этот AM-сигнал подается в антенну и излучается. Далее в игру вступает AM-приемник, который принимает сигнал и, в свою очередь, восстанавливает исходный звуковой сигнал.

Передатчики с ЧМ

Подобно AM, ЧМ-радиовещание играет важную роль в течение уже многих лет. В США FM-радиовещание осуществляется в частотном диапазоне 88–108 МГц. В отличие от амплитудной модуляции, при частотной модуляции пропорционально амплитуде модулирующего сигнала меняется не амплитуда, а частота несущей. В общем виде частотная модуляция гармонической несущей синусоидальным сигналом показана на рис. 3.

Рис. 3. Пример частотной модуляции

Величину изменения частоты называют частотной девиацией. В ЧМ-радиовещании в США и Европе, а также в России максимально допустимая девиация частоты составляет ±75 кГц.

На рис. 4 показана структурная схема одной из возможных реализаций типового ЧМ-передатчика. В этом конкретном передатчике используется т. н. косвенный метод формирования ЧМ-модуляции. Сигнал несущей генерируется опорным кварцевым генератором. Этот сигнал усиливается буферным усилителем до уровня, требуемого для функционирования фазового модулятора. Параллельно принимается, например с микрофона, и усиливается звуковой сигнал, который поступает на фазовый модулятор. Звуковой сигнал и несущая образуют частотно-модулированный сигнал на выходе фазового модулятора.

Рис. 4. Структурная схема ЧМ-передатчика с использованием косвенного метода формирования сигнала

В приведенном на рис. 4 примере построения передатчика с частотной модуляцией сигнала кварцевый генератор выдает сигнал несущей с частотой ниже конечной несущей частоты передаваемого сигнала. Следовательно, промодулированный сигнал должен проходить через частотный множитель, за которым установлен смеситель, а затем еще один умножитель частоты. Необходимо не только умножить частоту сигнала до заданной, но и обеспечить требуемую девиацию частоты. Уже сформированный сигнал усиливается предусилителем, а затем мощность сигнала до его поступления в передающую антенну увеличивается до заданной в оконечном УМ. Передаваемый сигнал, в конечном итоге, достигает приемной антенны ЧМ-приемника, который и восстанавливает исходную информацию. Такое построение передатчика обеспечивает высокую стабильность средней частоты несущей, что достаточно сложно реализовать при использовании прямого метода частотной модуляции.

Однополосные передатчики

Как известно, при амплитудной модуляции передаются несущая частота, разностные верхняя и нижняя боковые полосы (рис. 5). Частота верхней боковой полосы равна сумме частоты несущей и частоты полезного модулирующего сигнала, тогда как частота нижней боковой полосы равна разности частоты несущей и частоты полезного модулирующего сигнала. Передатчик с одной боковой полосой, или SSB-передатчик (single-sideband modulation), отличается от классического АМ-передатчика тем, что передает только одну полосу частот — верхнюю или нижнюю боковую, а не обе. Таким образом, SSB-передатчик использует меньшую полосу частот, чем передатчик с АМ, но его преимущества заключаются не только в этом.

Рис. 5. Спектр АМ-сигнала

Основное преимущество однополосной амплитудной модуляции заключается в том, что при амплитудной модуляции 70% мощности передатчика расходуются на излучение сигнала несущей частоты, который не содержит полезной информации. Остальные 30% делятся поровну между боковыми частотными полосами, представляющими собой зеркальное отображение друг друга. Таким образом, без всякого ущерба для передаваемой информации можно исключить из спектра сигнала несущую и одну из боковых полос, расходуя всю мощность передатчика для излучения только полезного сигнала.

Недостатками технологии SSB являются жесткие требования к фильтрам, стабильности и точности опорных генераторов не только передатчика, но и приемника. В случае невыполнения этих требований возникают искажения сигнала. Из-за этого SSB-технология не применяется в аналоговом радиовещании.

На рис. 6 показана одна из возможных реализаций SSB-передатчика. В его состав входит генератор, обеспечивающий несущий сигнал, который перед поступлением в балансный модулятор усиливается до требуемого уровня. Кроме того, усиливается и полезный сигнал, например аудиосигнал. Еще до поступления на вход балансного модулятора полезный сигнал обрабатывается голосовым процессором — сжимается по динамическому диапазону. Это необходимо для того, чтобы избежать перемодуляции. Сигнал также ограничивается по спектру, что упрощает фильтрацию для выделения боковой полосы.

Рис. 6. Структурная схема SSB-передатчика с выделением боковой полосы фильтром

Затем сигнал с выхода балансного модулятора поступает в фильтр выделения боковой полосы. На практике при использовании этого SSB-метода применяются весьма сложные лестничные фильтры на кварцевых резонаторах или электромеханические фильтры. Фильтры позволяют выделить требуемую боковую полосу и подавить нежелательную. После фильтрации сигнал поступает в смеситель вместе с сигналом местного гетеродина. На выходе смесителя появляется высокочастотный сигнал необходимой частоты, который усиливается до необходимого уровня и излучается в эфир.

Современные передатчики

Модулирующий сигнал в передатчиках с AM- и ЧМ-модуляциями является чисто аналоговым. Однако более современные передатчики используют цифровые технологии. По сути, сегодняшние передатчики для обработки передаваемой информации часто применяют технологию цифровой обработки сигналов — DSP (digital signal processing).

I/Q‑сигналы

Синфазные/квадратурные (I/Q) сигналы составляют основу сложных методов модуляции. Эти сигналы I/Q определяются как пара сигналов, которые отличаются по фазе на 90°. Синфазный (I) сигнал является опорным, а квадратурный (Q) сигнал сдвинут на 90° по фазе от сигнала I.

Косинусоидальная и синусоидальная функции, как известно из тригонометрии, различаются по фазе на 90°. В рассматриваемом случае косинусоидальная функция считается сигналом I, а синусоидальная функция представляет Q‑сигнал. При суммировании косинусоидального и синусоидального сигналов с равными амплитудами получается синусоида, сдвинутая по фазе на 45° от сигнала I. Комбинирование сигналов I и Q является важной концепцией, применяемой в сложных типах модуляции.

На рис. 7 представлен пример квадратурной модуляции с фазовой манипуляцией QPSK (quadrature phase shift keying), в которой используются сигналы I/Q, а также несущий радиочастотный сигнал. Эти квадратурные I‑ и Q‑сигналы фактически являются цифровыми битовыми потоками. Из таблицы на рис. 7 видно, что фазовый сдвиг выходного сигнала определяется значениями I и Q. Такой вид QPSK имеет всего четыре состояния.

Рис. 7. Простое представление модуляции QPSK

Существует также много других методов модуляции, но их описание выходит за рамки этой статьи. Однако понятно, что сигнал несущей может модулироваться путем управления амплитудой сигналов I/Q. Это важное обстоятельство в понимании особенностей функционирования многих современных передатчиков.

Заметим, что для передачи большего числа битов используется метод квадратурной амплитудной модуляция QAM (quadrature amplitude modulation). Эта разновидность амплитудной модуляции сигнала, как и QPSK, представляет собой сумму двух несущих колебаний одной частоты, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90°. Каждое из них модулировано по амплитуде своим модулирующим сигналом. Число передаваемых битов определяется порядком квадратурной модуляции. В случае QPSK с двумя битами на символ передаются четыре состояния, в 16 QAM (четырех битов на символ) — 16 состояний, в 64 QAM (шесть битов на символ) — 64 состояния. На рис. 8 сравниваются эти виды модуляции для передачи цифровых сигналов.

Рис. 8. Примеры квадратурной модуляции

Передатчик с прямым преобразованием

Одними из часто используемых передатчиков являются передатчики с прямым преобразованием. Они просты в реализации и весьма экономичны (рис. 9). Цифровые данные с передаваемой информацией обрабатываются путем формирования сигналов I/Q в определенной полосе частот. Затем сигналы I и Q подаются на соответствующие цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Далее каждый из выходных сигналов ЦАП поступает в соответствующие фильтры нижних частот. После прохождения этих фильтров оба сигнала отправляются в соответствующие смесители.

Рис. 9. Передатчик прямого преобразования, широко используемый в системах беспроводной связи

Генератор гетеродина выдает радиочастотный сигнал, который затем делится на два сигнала, сдвинутых по фазе на 90°. Каждый из них поступает на вход первого и второго смесителей, соответственно. Выходные сигналы от обоих микшеров объединяются. Результирующий модулированный сигнал усиливается, подается на антенну и излучается в эфир. Передаваемый сигнал поступает в приемник, который демодулирует принятый сигнал для восстановления сигналов I/Q. Это один из вариантов реализации квадратурной амплитудной модуляции.

Супергетеродинный передатчик

На рис. 10 показана структурная схема супергетеродинного передатчика, практическая реализации которого сложнее по сравнению с передатчиком с прямым преобразованием. Его функционирование аналогично передатчику прямого преобразования вплоть до первого полосового фильтра. Сигнал, который поступает в этот фильтр, называется сигналом промежуточной частоты (ПЧ).

Рис. 10. Супергетеродинный передатчик

После прохождения через полосовой фильтр 1 сигнал ПЧ усиливается, а затем преобразуется с помощью смесителя с повышением до конечной выходной частоты. Затем сигнал фильтруется, усиливается и излучается в эфир. Из структурной схемы на рис. 10 видно, что одним из недостатков супергетеродинного передатчика является генерация нежелательных сигналов на выходе смесителя 3. Это объясняется тем, что частота требуемого выходного сигнала равна сумме частот второго гетеродина и сигнала ПЧ. Однако на выходе микшера 3 также присутствует нежелательный сигнал с частотой, равной разности частот ПЧ и второго гетеродина.

Происходит и обратное, когда необходимая выходная частота может равняться разности ПЧ и частоты второго гетеродина. Таким образом, на выходе смесителя 3 появляется нежелательный сигнал с частотой, равной сумме частот второго гетеродина и сигнала ПЧ. Как бы ни происходило формирование нежелательного сигнала, для его подавления используется второй полосовой фильтр.

Для всех описанных в этой публикации передатчиков требуется ограничение по полосе излучения и согласование выходного импеданса усилителя мощности с входным импедансом антенны.

Заключение

Передатчики бывают самые разные и по вариантам исполнения, и по видам используемой модуляции. Хотя AM- и ЧМ-передатчики все еще находят применение, современные системы беспроводной связи широко используют другие технологии — в частности, цифровые с прямым преобразованием и супергетеродинные. Не будем забывать и о том, что в настоящее время именно цифровая технология DSP является ключевой в системах беспроводной связи.

Литература

 Frenzel, Louis E. Principles of Electronic Communication Systems, Fourth Edition, McGraw Hill, 2016.
Tektronix, What’s Your IQ — About Quadrature Signals. April, 2013.

Обзор технологии фазовой модуляции | Photonics Instruments

Фазовая модуляция позволяет достичь большей чувствительности в определении характеристик толщины и оптических постоянных тонких пленок в сравнении с традиционными эллипсометрами.

В линейке UVISEL спектроскопических эллипсометров компании “HORIBA Jobin Yvon” используются фотоупругие модуляторы, которые позволяют осуществлять модуляцию поляризации с высокой частотой (50 kHz) без каких-либо механических перемещений. Благодаря этой технологии данные системы отличаются чрезвычайной быстротой, отсутствием движущихся деталей и высокой точностью измерений в широком спектральном диапазоне без необходимости дополнительных оптических элементов. Фазовая модуляция позволяет достичь большей чувствительности в определении характеристик толщины и оптических постоянных тонких пленок в сравнении с традиционными эллипсометрами.

Как работает фазомодулированный эллипсометр?

Оптическая настройка

В качестве источника излучения используется ксеноновая лампа, которая покрывает большой спектральный диапазон от 190 до 2100 нм. Пройдя первый поляризатор, который устанавливает линейную поляризацию, излучение отражается под косым углом (обычно 70°) от исследуемой пробы. Выходная головка состоит из фотоупругого модулятора и поляризатора-анализатора, который разрешает поляризационное состояние отраженного луча.

Оба поляризатора удерживаются в фиксированном положении в процессе измерения, в то время как фотоупругий модулятор используется для побуждения модулированного фазового сдвига отраженного луча.

Излучение анализируется монохроматором с дифракционной решеткой, который последовательно направляет излучение каждой отдельной длины волны на детектор. Задействовано два типа детекторов: фотоумножители для применений FUV-VIS и InGaAs фотодиоды для применений NIR.

Сканирующие системы монохроматора дают преимущество контролируемой полосы пропускания, что обеспечивает получение очень точных экспериментальных спектров, высокого разрешения, имеющего значение для анализа толстых слоев, и превосходной повторяемости измерений. Современные монохроматоры компании “Horiba Jobin Yvon” способны осуществлять измерение от дальнего УФ до ближнего ИК диапазона за короткий промежуток времени.

Конфигурация фазомодулированного эллипсометра UVISEL показана на рисунке ниже.

Описание технологии фазовой модуляции

Что такое фотоупругий модулятор?

Фотоупругий модулятор представляет собой стержень из плавленого кварца, демонстрирующий изотропное поведение при отсутствии нагрузки. Фотоупругий модулятор – это оптический элемент, который можно описать как двулучепреломляющий модулятор.

Если к кварцевому стержню применяется механическое напряжение, например, через пьезопреобразователь, прикрепленный к концу стержня, модулятор становится двулучепреломляющим (n₀≠ n_e). Это означает, что излучение, проходя через него, перемещается вдоль одной оси быстрее, чем вдоль другой, что порождает разную фазовую скорость для каждой, и в луче света возбуждается модулированный фазовый сдвиг.

Схема работы фотоупругого модулятора

В чем заключаются преимущества фотоупругого модулятора над другими формами модуляции поляризации?

· Покрытие широкого спектрального диапазона

Основным преимуществом является то, что покрывается широкий спектральный диапазон от дальнего УФ до ближнего ИК без необходимости нескольких конфигураций аппаратного обеспечения. Без движения каких-либо оптических элементов UVISEL обеспечивает непрерывное и точное измерение по широкому спектральному диапазону от 190 до 2100 нм.

· Большой угол ввода

Оптический элемент фотоупругого модулятора имеет большой допуск угла падения, что упрощает юстировку системы. Так как пучку света не нужно следовать главной оси вращающегося элемента, это большое преимущество при осуществлении измерений в ячейках для жидкостей, на реакторах осаждения / травления в реальных условиях.

· Возможность микрофокусировки

Прибор UVISEL интегрирует оптическую связь с пробой на основе зеркал, которая обеспечивает возможность микрофокусировки до 50 мкм по всему спектральному диапазону. Измерения с микрофокусировкой полезны для определения характеристик структурированных материалов, присутствующих в полупроводниковых пластинках, демонстрационных материалах и биосенсорах. Также она обеспечивает некоторое преимущество при анализе шероховатых слоев и устройств с прозрачными подложками.

· Высокоточные измерения для всех значений Пси и Дельта

Фазомодулированный эллипсометр обеспечивает оптимальную точность для всех значений Ψ и Δ для любой пробы путем измерения параметров:

ls = sin 2Ψ sin ∆

lc = sin 2Ψ cos ∆

Обеспечивает точное измерение параметра ∆ по полному диапазону [0 – 360°].

и:

ls = sin 2Ψ sin ∆

lc′ = cos 2Ψ

Обеспечивает точное измерение параметра Ψ по полному диапазону [0 – 90°].

· Высокая чувствительность

Чувствительность эллипсометра определяется всеми используемыми компонентами. Когда в качестве ключевого компонента используется фотоупругий модулятор, его частота модуляции 50 kHz обеспечивает широкий динамический диапазон без шума. При сочетании с усреднением мощного цифрового сигнала фазомодулированный эллипсометр UVISEL характеризуется превосходным отношением сигнал-шум от дальнего УФ до ближнего ИК диапазона.

· Высокая скорость сбора данных

С частотой модуляции 50 kHz фазомодулированный эллипсометр может работать с настолько малым временем отклика, как 1 мс/точку, и с хорошим отношением сигнал-шум. Это делает прибор идеальной системой для управления процессом в реальном времени и проведения динамических исследований и измерений поверхности жидкостей в режиме реального времени.

· Улучшенные возможности измерений

□ Эффекты деполяризации

Деполяризация может возникать в случае некогерентного отражения, шероховатости, рассеяния, не соответствующего спектрального разрешения, неоднородности.

Путем измерения Is, Ic и Ic’ программное обеспечение UVISEL позволяет рассчитывать степень поляризации, которая определяется по формуле:

P = (Is)² + (Ic)²+ (Ic’)²

– Когда P=1, проба не деполяризуется.

– Когда P<1, проба деполяризуется.

Степень поляризации <1, демонстрируемая 5µm органическим слоем.

□ Матрица Мюллера

Фазомодулированный эллипсометр UVISEL может измерять до 11 элементов матрицы Мюллера. Измерения матрицы Мюллера полезны в тех случаях, когда проба и деполяризуется, и является анизотропной.

Подтверждение функциональных характеристик фазомодулированного эллипсометра UVISEL

Эллипсометрическая точность в случаях, где ∆ близок к 0°: прямоточные измерения воздуха

Единственное вещество, эллипсометрические параметры которого абсолютно известны, это воздух: эллипсометрическое измерение в прямоточной конфигурации должно по определению дать Ψ = 45° и ∆ = 0°.

Прямоточные эллипсометрические измерения воздуха, проведенные с помощью UVISEL в диапазоне 1,5 – 5 eV с временем интегрирования 2000 ms

Среднее значение для Ψ находится в диапазоне от 44.98º до 45.02º.

Среднее значение для ∆ находится в диапазоне от -0.02º до 0.02º.

Среднеквадратическое отклонение для Ψ равно 0.0035 и ∆ 0.0057, то есть ±0.01º.

Точность и повторяемость эллипсометра

· Стандартные эталонные пробы

Измерения точности и повторяемости эллипсометра UVISEL осуществлялись с использованием стандартных эталонных проб (SRM), предоставляемых Национальным институтом стандартов и технологии (NIST). Стандартные пробы состоят из термоокисла на кремнии; использовался NIST 100 nm.

NIST 100 nm дает следующие сертифицированные значения (для однослойной модели):

– Толщина: 973. 00 Å

– Показатель преломления: 1.465

· Определения

Повторяемость определяется как среднеквадратическое отклонение 10 статических измерений, произведенных в одном и том же положении пятна.

Точность представляет собой разницу между средним значением свойств пробы (толщины и показателя преломления) по 10 измерениям и номинальным значением NIST.

· Функционирование

Было проведено десять измерений на NIST 100 нм при угле падения 70°, с использованием времени интегрирования 200 мс/точку по всему спектральному диапазону 190-2100 нм. Использовалась однослойная модель SiO₂ на c-Si. Оптические постоянные SiO₂ определялись с помощью классической дисперсионной формулы осциллятора Лоренца.

Результаты демонстрируют прекрасную повторяемость по всему спектральному диапазону:

– среднее значение толщины 973. 23 ± 0.11 Å,

– среднее значение показателя преломления 1.4627 ± 0.00006.

В соответствии с вышеупомянутым определением UVISEL характеризуется следующей точностью:

– 0.23 Å по толщине,

– 0.002 по показателю преломления.

· Повторяемость в отношении времени интегрирования

Для обычных применений, как правило, используется время интегрирования 100 мс или 200 мс на точку.

Экспериментальные условия:

– Количество измерений: 10 при 2.75 eV (450 нм)

– Проба: термоокисел (~840Å) на Si

– Время интегрирования: колеблется в пределах между 1000 и 1 мс

Время

(мс)

1000

500

200

100

Ψ (%)

0. 02

0.03

0.05

0.07

∆ (%)

0.01

0.02

0.03

0.04

0.06

Время

(мс)

Ψ (%)

0. 14

0.23

0.32

0.61

0.86

∆ (%)

0.10

0.16

0.20

0.25

0.41

Заключение

Спектроскопическая эллипсометрия, основанная на фотоупругой модуляции, обеспечивает очень высокую точность и повторяемость. Благодаря этой технологии UVISEL предоставляет уникальное сочетание высокой производительности и экспериментальной гибкости с целью удовлетворения широких нужд пользователей и расширенных возможностей применения.

(PDF) Electrooptical amplitude modulator mach-zehnder based lithium niobate, their modifications and modulation formats

В.М. Афанасьев, Р.С. Пономарев

Формирователи модулирующих сигналов

Чтобы получить сигналы модуляции, совместимые с входными

техническими характеристиками оптических модуляторов, компания

iXBlue Photonics предлагает модули усилителей-формирователей,

называемых драйверами модуляторов: RF Driver DR-AN, RF Driver

DR-DG, RF Driver DR-PL [10]. Они обеспечивают электрооптические

модуляторы высокочастотным электрическим сигналом, оптимизиро-

ванным по амплитуде (peak-to-peak), времени нарастания/спада им-

пульсов и фазовому дрожанию.

ВЧ-модули DR-AN являются широкополосными ВЧ-усилителя-

ми, которые разработаны для применения в качестве формирователя

сигнала в аналоговых линиях передачи.

ВЧ-формирователи DR-DG представляют собой универсальные

драйверы для цифровых электрооптических модуляторов (для работы

в форматах RZ, NRZ, DPSK и (D)QPSK).

Драйверы DR-AN-20-HO и DR-DG-20-HO – это семейство широ-

кополосных усилителей радиочастоты с ограничением верхнего

напряжения, предназначены соответственно для аналоговых и цифро-

вых применений.

DLL-RF-30 является модулем настраиваемой линии задержки,

который может использоваться для цифровых линий передачи для до-

бавления задержки в диапазоне от 5 до 140 пс.

Драйвер электрооптического модулятора DR-PL-10-MO представ-

ляет собой ВЧ-усилитель, разработанный для генерации неискаженных

оптических импульсов с малым временем нарастания/спада, без выбро-

сов на высоком и низком уровнях. Формирователь DR-PL-10-MO опти-

мизирован для высоких и низких частот повторения импульсов сигна-

лов с полосой модуляции от 50 кГц до 10 ГГц

Основной функцией модуля DFF-DG-30 (DFF, D-type Flip Flop

module) является переформатирование несимметричного входного по-

тока данных или аналогового сигнала в дифференциальный выходной

сигнал. Такая функция используется для NRZ/RZ преобразования,

DPSK и DQPSK дифференциального кодирования, определения фазы

в схемах с автоподстройкой частоты. Также этот модуль является

ключевым устройством для различных многоуровневых форматов мо-

дуляции.

Виды модуляции сигналов: частотная, фазовая, амплитудная, видео

Что такое модуляция сигнала?

Модуляцией называют процесс преобразования одной либо нескольких характеристик модулирующего высокочастотного колебания при воздействии управляющего низкочастотного сигнала. В итоге спектр управляющего сигнала перемещается в высокочастотную область, где передача высоких частот является более эффективной.

Модуляция выполняется с целью передачи информации посредством электромагнитного излучения. Передаваемые данные содержатся в управляющем сигнале. А функцию переносчика осуществляет высокочастотное колебание, именуемое несущим. В роли несущего колебания могут быть использованы колебания разнообразной формы: пилообразные, прямоугольные и др. , но обычно используют гармонические синусоидальные.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Исходя из того, какая именно характеристика синусоидального колебания изменяется, различают несколько типов модуляции:

Амплитудная модуляция

На вход модулирующего устройства передают модулирующий и опорный сигналы, в результате на выходе имеем смодулированный сигнал. Условием корректного преобразования считается удвоенное значение несущей частоты в сравнении с максимальным значением полосы модулирующего сигнала. Данный тип модуляции достаточно прост в исполнении, но отличается невысокой помехоустойчивостью.

Помехонеустойчивость возникает вследствие узкой полосы модулируемого сигнала. Ее используют в основном в средне- и низкочастотных интервалах электромагнитного спектра.

Частотная модуляция

В результате данного типа модуляции сигнал модулирует частоту опорного сигнала, а не мощность. Поэтому если величина сигнала увеличивается, то, соответственно, растет частота. Ввиду того, что полоса получаемого сигнала намного шире исходной величины сигнала.

Такая модуляция характеризуется высокой помехоустойчивостью, однако для ее применения следует использовать высокочастотный диапазон.

Фазовая модуляция

В процессе данного типа модуляции модулирующий сигнал использует фазу опорного сигнала. При данном типе модулирования получаемый сигнал имеет достаточно широкий спектр, потому что фаза оборачивается на 180 градусов.

Фазовая модуляция активно используется для формирования помехозащищенной связи в микроволновом диапазоне.

Импульсная модуляция

В качестве несущего сигнала могут использоваться незатухающие функции, шумы, последовательность импульсов и пр. Так, при импульсной модуляции в роли несущего сигнала используется последовательность узких импульсов, а в роли модулирующего сигнала выступает дискретный либо аналоговый сигнал. Так как последовательность импульсов характеризуется 4 характеристиками, то различают 4 типа модуляции:

частотно-импульсная

широтно-импульсная

амплитудно-импульсная

фазово-импульсная

Средства контроля фазовых характеристик · ИПА РАН

Контроль фазовых характеристик радиоприёмного тракта построен по принципу измерения задержки между опорным и калибровочным сигналом. Каждый элемент измерительного тракта имеет определённую нестабильность. Условно сгруппировать их можно как нестабильность приёмного устройства, кабелей снижения и системы преобразования сигналов.

Система фазовой калибровки состоит из антенной и наземной части. На радиотелескопе, в специальном термостате, установлен генератор пикосекундных импульсов (ГПИ) и модулятор измерителя электрической длины кабеля. Наземная часть состоит из формирователя сигналов и измерителя электрической длины кабеля снижения.

Структурная схема устройства фазовой калибровки

Генератор импульсов пикосекундной длительности

Генератор импульсов пикосекундной длительности формирует сигнал фазовой калибровки, представляющий собой сетку частот с шагом 1 МГц в диапазоне до 10 ГГц или 40 ГГц, в зависимости от модели ГПИ. Измеритель электрической длины кабеля обеспечивает фазовую привязку сетки частот относительно опорной частоты 5 МГц. Сигнал фазовой калибровки замешивается на вход приёмного устройства, через направленный ответвитель сразу после рупора антенны и проходит через весь приемно-регистрирующий тракт.

Фазовые сдвиги принимаемого полезного сигнала, прошедшего через приемно-регистрирующий тракт, имеют такую же величину, что и калибровочная сетка частот. Это позволяет скомпенсировать при корреляционной обработке изменение фазы сигнала, произошедшее в приемно-регистрирующем тракте.

Частоты гетеродинов видеоконверторов системы регистрации РСДБ наблюдений выбраны, так что одна из инжектированных гармоник 1 МГц оказывается на выходе видеоконвертора на частоте 10 кГц. Далее в корреляторе происходит перемножение выходной полосы с двумя сигналами частоты 10 кГц сдвинутыми по фазе на 90 друг относительно друга, выделяются компоненты частоты 10 кГц и измеряются их фаза и амплитуда. Измеренные фазы гармоник фазовой калибровки в полосе регистрируемых частот позволяют получить время задержки сигнала в приемной системе.

Во время записи РСДБ эксперимента сигнал фазовой калибровки можно подавать непрерывно, если установить достаточно низкий его уровень (несколько процентов от шумовой температуры приемной системы), обнаруживаемый лишь при очень узкой полосе фильтрации (~10 Гц). Тогда возможен постоянный контроль задержки сигнала в приемной системе.

Генератор пикосекундных импульсов располагается в непосредственной близости от входа приемного устройства в надзеркальной кабине радиотелескопа, температура в которой может колебаться в пределах нескольких градусов. Это может привести к флуктуациям фазы импульса ГПИ сравнимым с возникающими в калибруемом радиоприемном тракте. По этой причине должны быть приняты меры по термостабилизации ГПИ.

Конструктивно генератор импульсов пикосекундной длительности выполнен в виде сменного модуля, который помещен в корпус термостата. Источник питания выполнен в виде выносного блока. Такое решение позволило устранить наводки преобразования без дополнительного экранирования, что значительно упростило конструкцию.

Внешний вид модуля ГПИ. Верхняя крышка снята

Структурная схема модуля ГПИ на диоде с накоплением заряда представлена на рисунке. Функционально модуль состоит из двух частей — модулятора измерителя электрической длины кабеля (схемы приёма-преобразования сигнала опорной частоты) и формирователя импульса пикосекундной длительности. На вход модуля поступает смешанный сигнал, состоящий из сигнала частоты 5 МГц, сигнала управления и сигналов, используемых для контроля фазовой задержки в кабеле.

Структурная схема модуля ГПИ на ДНЗ

Схема приёма-преобразования сигнала выделяет опорный сигнал 5 МГц, который поступает на усилитель-ограничитель. Усилитель-ограничитель преобразует опорный сигнал в меандр с минимальными фазовыми потерями. Делитель частоты формирует временные ворота частотой 1 МГц. Синхронный коммутатор вырезает из опорной частоты передний фронт полуволны с частотой 1 МГц. Управляющий сигнал, выделенный фильтром сигнала управления, может закрыть ворота и прекратить генерацию импульса пикосекундной длительности без остановки делителя. Такая схема позволяет внести минимальные задержки и устранить скачок фазы при выключении импульса ГПИ, а так же минимизировать флуктуации фазы, вносимые в опорный сигнал.

Усилитель – формирователь увеличивает крутизну переднего фронта и амплитуду сигнала. На ДНЗ поступает импульс длительностью от 1.5 до 3.5 наносекунд. Длительность выходного импульса зависит от параметров диода и смещения постоянного напряжения, которое регулируется потенциометром.

Цепи ДНЗ смонтированы на полосковых линиях. На выходе ДНЗ, в полосковой линии нагруженной на делитель мощности, возбуждается импульс амплитудой около 10 В. Далее от симметричного полоскового аттенюатора – разветвителя импульс поступает на два симметричных выхода. Амплитуда импульса на выходном разъеме порядка 1,4 В.

Генератор импульсов пикосекундной длительности размещён в надзеркальной кабине радиотелескопа, где возможны изменения температуры и влажности воздуха. Наиболее сильно влияет на работу генератора изменение температуры. Устройство термостатирования генератора импульсов пикосекундной длительности предназначено для уменьшения влияния атмосферных факторов.

Основные технические требования, предъявляемые к устройству: минимальные габариты, рабочий диапазон изменения внешних температур от +5°С до +35°С, точность поддержания температуры термостатирования ±0,1°С при изменении внешней температуры на 10°С, время выхода на рабочий режим не более 40 минут. Главное условие при эксплуатации конструкция термостата должна позволять выполнять замену генератора импульсов пикосекундной длительности без демонтажа термостата.

Конструктивно термостат состоит из наружного корпуса, внутреннего корпуса и термоизоляции. Корпус термостата собран из отдельных пластин, что позволяет механически фиксировать корпус модуля генератора импульсов пикосекундной длительности без дополнительных приспособлений.

Блок термостатирования ГПИ. Верхняя крышка и термоизоляция сняты, виден внутренний корпус с обмотками нагревателя.

Аппаратура контроля электрической длины кабеля

Аппаратура контроля электрической длины кабеля состоит из измерителя электрической длины кабеля и измерителя интервалов времени (счетчик-частотомер). На вход измерения электрической длины кабеля поступает сигнал опорной частоты 5 МГц от водородного стандарта. Выход подключён к кабелю снижения соединяющего генератор импульсов пикосекундной длительности, расположенный в надзеркальной кабине антенны и наземную часть измерителя. Часть сигнала опорной частоты через ответвитель поступает на кабель снижения. Другая часть мощности сигнала используется в измерительной схеме. Сигнал, возвращённый по кабелю снижения, сдвинут по фазе на двойную величину приращения задержки в кабеле плюс начальный сдвиг фаз. Устройство преобразования переносит фазовый сдвиг на опорную частоту для формирования опорного канала и дальнейшего измерения. Измерение разности фаз выполняется при помощи фазового компаратора с коэффициентом умножения 100 и измерителя интервалов времени Agilent 53131. Результат измерений передаётся по интерфейсу GPIB по запросу в компьютер управления.

Усилитель 5 МГц построен по принципу трансформаторно-транзисторного усилителя. Такой выбор схемы зависит от того, что источник опорной частоты расположен в непосредственной близости от узла. На выходе усилителя установлен разветвитель сигнала.

Монтаж гибридного трансформатора на отдельной плате позволил устранить наводки на усилитель. Гибрид предназначен для согласования узлов и разделения сигналов. На вход гибрида поступает сигнал опорной частоты и смесь сигналов, возвращённая с кабеля снижения. На выходе выделяется промодулированный сигнал частоты 5 МГц, возвращённый от антенного блока.

Структурная схема наземной части измерителя электрической длинны кабеля

Сумматор предназначен для объединения сигналов 5 МГц, 5 кГц, отключения импульса ГПИ и передачи на кабель снижения. Сумматор построен на пассивных элементах.

Делитель 5МГц/5кГц/500Гц предназначен для формирования фазостабильных сигналов частот 5 кГц и 500 Гц из сигнала опорной частоты 5 МГц. Сигнал опорной частоты поступает от усилителя 5 МГц на вход приёмника с лини совмещённого с триггером Шмита. Делитель построен на шести двоично-десятичных счётчиках.

Делитель 25 Гц предназначен для формирования двух сигналов сдвинутых по фазе на 45 градусов. Делитель вынесен на отдельную плату для уменьшения сетевых наводок 50 Гц и 25 Гц на частоту модуляции 5 кГц. Делитель построен на двоично-десятичном счётчике и двух JK триггерах.

Фазовый детектор предназначен для сравнения фазы сигнала частоты 5 кГц, сформированного из опорного сигнала, с фазой сигнала возвращённой от кабеля снижения и формирования напряжения рассогласования для управления фазовращателем. На вход фазового детектора поступают сигналы опорной частоты 5 кГц ,5 МГц от фазовращателя и выделенная гибридом из смеси частот 5 МГц возвращённые по кабелю снижения. Сигналы частотой 5 МГц поступают на перемножитель, где выделяется сигнал частоты модуляции. На выходе перемножителя установлен транзисторный усилитель и два прецизионных операционных усилителя с коэффициентом усиления К=100 каждый. Фазовый детектор выполнен на квадратурном перемножителе (Linear four-quadrant multiplier) фирмы Motorola, который обеспечивает достаточно высокую линейность и температурную стабильность на рабочей частоте. На выходе установлен интегратор на операционном усилителе.

Синтезатор 4999975Гц формирует сигнал частоты 4999975 Гц из сигналов частот 5 МГц и 25 Гц. Для нормальной работы фазового компаратора необходима частота с подавленным зеркальным каналом. По этой причине применена микросхема смеситель с одной боковой полосой.

Усилитель ограничитель предназначен для уменьшения влияния неравномерности коэффициента передачи фазовращателя. Усилитель собран на двухканальном быстродействующем операционном усилителе с коэффициентом усиления К=200.

Фазовый компаратор построен по принципу симметричного преобразования опорного и измеряемого канала. На два смесителя с подавлением одной боковой полосы поступают сигналы опорной частоты 4999975Гц, два сигнала частоты 5МГц на опорный канал и измеряемый канал соответственно. На выходе установлен активный фильтр верхних частот, выполненный на операционном усилителе, и буферный усилитель.

Конструктивно измеритель электрической длины кабеля состоит из выносного источника питания постоянного тока 24 вольта, основного блока и внешнего измерителя интервалов времени. Основной блок изготовлен из дюраля с отсеками для установки плат узлов. Узлы отелены друг от друга экранирующими перегородками. Верх и низ блока закрыты съёмными крышками. Основной блок разделён на отдельные модули монтируемые на отдельных платах.

Измеритель электрической длины кабеля. Слева без верхней крышки, справа без нижней крышки

Фазовый модулятор

– обзор

5.3.4 Синхронизация гармонических мод

Для активной синхронизации мод требуется амплитудный или фазовый модулятор. Для этого использовались как акустооптические, так и электрооптические модуляторы. Однако большинство объемных модуляторов не подходят для волоконных лазеров из-за их большого размера и больших потерь связи, возникающих, когда свет попадает в модулятор и выходит из него. Исключение составляют модуляторы LiNbO ₃, которые относительно компактны и могут быть интегрированы в волоконный резонатор с разумными потерями связи.Их также можно модулировать со скоростью до 40 ГГц [131].

Активная синхронизация мод EDFL первоначально давала импульсы шириной> 10 пс. В эксперименте 1989 г. импульсы длительностью 4 пс генерировались с использованием кольцевого резонатора, включающего 2 км стандартного волокна с большой аномальной ДГС [132]. Генерация коротких импульсов была объяснена солитонными эффектами, так как пиковая мощность импульсов хорошо согласовывалась с предсказанием уравнения. (5.3.9). Солитонность излучаемых импульсов также подтверждается измеренным произведением 0.35. В эксперименте 1990 г. длительность импульса была уменьшена до менее 2 пс за счет ЧМ-синхронизации мод [133]. Этот лазер назывался волоконно-солитонным лазером , так как импульсы прямоугольной формы почти не имели чирпа, а произведение времени на ширину полосы составляло всего 0,3. Длина волны лазера могла быть настроена от 1,52 до 1,58 мкм, что указывает на то, что такие лазеры могут служить источником перестраиваемых пикосекундных импульсов в диапазоне длин волн 1,55 мкм. В этом эксперименте модулятор LiNbO ₃ работал на частоте 420 МГц, что значительно превышало интервал между модами мод резонатора 10 ГГц.Этот вид синхронизации мод, при котором частота модуляции является целым числом, кратным разносу мод, называется гармонической синхронизацией мод [27].

Значительные усилия были потрачены в 1990-х годах на улучшение характеристик EDFL с гармонической синхронизацией мод [134–141]. Уже в 1990 году частота повторения могла быть увеличена до 30 ГГц с помощью высокоскоростного модулятора LiNbO ₃ [134]. Кольцевая полость длиной 30 м использовалась с внутрирезонаторным изолятором для однонаправленной работы.В эксперименте 1992 года EDFL выдавал импульсы длительностью от 4 до 10 пс с произведением времени на ширину полосы 0,32 при частотах повторения до 20 ГГц [135].

Общая проблема волоконных лазеров с гармонической синхронизацией мод заключается в том, что они не могут создавать стабильную серию импульсов в течение продолжительных периодов, если не используется метод стабилизации. Для этой цели в 1992 г. использовалась методика фазовой синхронизации [136]. В другом подходе использование эталона Фабри – Перо высокой точности со свободным спектральным диапазоном, равным частоте повторения, привело к стабильному волоконному лазеру с гармонической синхронизацией мод [137].Волокна с сохранением поляризации также использовались для создания EDFL с активной синхронизацией мод. В 1993 г. такой лазер генерировал импульсы длительностью 6 пс с частотой повторения до 40 ГГц и с длинами волн, перестраиваемыми в диапазоне более 40 нм [138].

В другом подходе конструкция резонатора, известная как сигма-конфигурация , использовалась для создания экологически устойчивых волоконных лазеров [141]. На рис. 5.20 показана полость σ -образной формы, состоящая из двух частей. Петля из поддерживающего поляризацию волокна содержит амплитудный модулятор LiNbO ₃ и выходной ответвитель.Петля соединена с линейным участком через поляризационный светоделитель. Эта секция изготовлена из традиционных волокон и не сохраняет состояние поляризации. Однако он заканчивается вращателем Фарадея, помещенным перед зеркалом. Такое зеркало Фарадея излучает ортогонально поляризованный свет при отражении. В результате все эффекты двойного лучепреломления полностью компенсируются во время каждого обхода на линейном участке.

Рисунок 5.20. Волоконный лазер с гармонической синхронизацией мод, использующий сигма-конфигурацию.Волоконный усилитель (FA) длиной 10 м подключается к 90-метровому контуру распространения на линейном участке. (Из [141]; © 1996 OSA.)

Волокно с компенсацией дисперсии может использоваться в линейной ветви для уменьшения средней ДГС. Такой метод управления дисперсией имеет много преимуществ, обсуждаемых в главе 7. Важно отметить, что сигма-резонатор функционально эквивалентен кольцевому резонатору из-за зеркала Фарадея. В эксперименте 1996 года такой лазер генерировал импульсы длительностью 1,3 пс с частотой повторения 10 ГГц за счет эффектов формирования солитонов, сохраняя при этом низкий уровень шума и незначительную частоту выпадения импульсов [141].Форма импульса была близка к гауссовой в центре, но соответствовала форме «sech» на крыльях, что и ожидалось для солитонов с управляемой дисперсией (см. Главу 8). Ширина импульса также уменьшалась на более высоких уровнях мощности из-за увеличения нелинейного фазового сдвига, создаваемого SPM. Эта особенность согласуется с формулой. (5.3.9).

Активная синхронизация мод требует, чтобы частота модулятора была равна или кратна расстоянию между продольными модами Δ ν . На практике это трудно реализовать из-за колебаний Δ ν , вызванных изменениями окружающей среды.Проблема согласования может быть решена с помощью техники регенеративной синхронизации мод [139]. В этом методе электрический сигнал для модулятора с правильной частотой модуляции генерируется из выходного сигнала лазера с использованием схемы извлечения часов и микроволнового усилителя. Еще в 1995 г. импульсы длительностью 1,8 пс создавались с частотой следования 20 ГГц с использованием регенеративной синхронизации мод кольцевого резонатора [140]. Выходные импульсы могут быть сжаты до значений менее 0,2 пс в волоконном усилителе, сделанном из волокна, уменьшающего дисперсию.Длину волны лазера с регенеративной синхронизацией мод можно перестраивать в значительном диапазоне спектра усиления ионов эрбия. Более того, серия импульсов с синхронизацией мод показала низкий временной джиттер (около 120 фс) и небольшие флуктуации энергии (около 0,2%) при частоте повторения 10 ГГц [142]. В эксперименте 1999 г. метод регенеративной синхронизации мод позволил получить последовательность импульсов с частотой 40 ГГц, настраиваемую в диапазоне от 1530 до 1560 нм, при сохранении длительности импульса, близкой к 1 пс [143].

Волоконный лазер с гармонической синхронизацией мод также может быть стабилизирован с помощью электронной петли обратной связи, которая используется для регулировки длины резонатора.Такая схема была использована для лазера, в резонатор которого включен пьезоэлектрический преобразователь для точной настройки длины резонатора [144]. В резонатор также входил оптический фильтр. Тщательный анализ этого лазера сигма-типа показал, что у него есть три различных области действия. На рис. 5.21 показано, как изменяется временная и спектральная ширина импульсов с синхронизацией мод с увеличением внутрирезонаторной мощности. На низких уровнях мощности нелинейные эффекты в кварцевых световодах незначительны, и лазер генерирует гауссовы импульсы с шириной, близкой к 5 пс.По мере увеличения мощности внутрирезонатора становятся важными солитонные эффекты, и импульсы становятся более узкими, более интенсивными и достигают определенного фиксированного уровня энергии (что требуется для солитонов). Если средняя мощность недостаточно велика, чтобы поддерживать такие импульсы во всех временных интервалах (из-за высокой частоты повторения, обеспечиваемой модулятором), выпадение импульсов происходит случайным образом. Наконец, когда мощность внутри резонатора превышает определенное значение (около 5 мВт), лазер излучает регулярную серию коротких оптических импульсов (шириной 1–3 пс) с низким уровнем шума и низким временным джиттером.Такое поведение согласуется с численным моделированием, основанным на уравнениях Максвелла – Блоха [145]. Теория также предсказывает четвертый режим, в котором более одного импульса могут занимать один и тот же временной интервал при высоких уровнях мощности.

В целом, использование управления дисперсией значительно улучшает характеристики лазера.Это помогает уменьшить временное дрожание в положении импульсов с синхронизацией режимов в последовательности импульсов. Волоконные лазеры, использующие управление дисперсией и волокна, сохраняющие поляризацию, могут быть разработаны для одновременного излучения последовательностей импульсов 10 ГГц на двух разных длинах волн [146]. На одной длине волны частота следования последовательности импульсов с синхронизацией мод может достигать 40 ГГц. Частота повторения 64 ГГц была реализована в волоконном лазере с ЧМ-синхронизацией мод, в котором оптическая фаза модулировалась на частоте 16 ГГц, а для инициирования гармонической синхронизации мод использовался фильтр Фабри – Перо со свободным спектральным диапазоном 64 ГГц [147]. ].К 2003 г. использование фильтра Фабри – Перо внутри резонатора EDFL обеспечило получение серий импульсов с синхронизацией мод на 24 длинах волн одновременно [148].

Сильно нелинейные волокна были использованы для изготовления EDFL вскоре после того, как они стали доступны. На рис. 5.22 показана конструкция EDFL, резонатор которого содержит фотонно-кристаллическое волокно (ФКВ) с сохранением поляризации длиной 10 м в дополнение к 20-метровому отрезку активного волокна, легированного эрбием [149]. Это пассивное волокно не только действует как нелинейная среда, но и обеспечивает достаточно аномальную ДГС для управления дисперсией резонатора.В этом лазере также использовалась технология регенеративной синхронизации мод. Он выдавал импульсы шириной 1 пс, настраиваемые от 1535 до 1560 нм с частотой повторения 10 ГГц. Он также может быть синхронизирован на частоте 40 ГГц с длительностью импульса, близкой к 1,3 пс. Импульсы были достаточно интенсивными, чтобы их спектр сдвигался в сторону более длинных волн на целых 90 нм из-за сдвига частоты, вызванного комбинационным рассеиванием. В эксперименте 2006 года четырехволновое смешение внутри высоконелинейного волокна длиной 1 км использовалось для стабилизации EDFL, предназначенного для синхронизации мод одновременно на четырех равноудаленных длинах волн [150].

Рисунок 5.22. Экспериментальная установка EDFL с регенеративной синхронизацией мод. На вставке показано поперечное сечение фотонно-кристаллического волокна с сохранением поляризации. (Из [149]; © 2004 IEEE.)

Хотя волоконные лазеры, легированные Yb, часто имеют пассивную синхронизацию мод, для них также применялась гармоническая синхронизация мод [151–154]. В эксперименте 2004 г. в таком лазере синхронизация мод осуществлялась за счет использования 281-й гармоники разноса мод резонатора при частотах повторения> 10 ГГц [151]. На рис. 5.23 схематически показан резонатор лазера, содержащий объемный FM-модулятор.Пара решеток использовалась, чтобы сделать среднюю дисперсию резонатора немного аномальной. Лазер генерировал импульсы длительностью 2 пс с синхронизацией мод, центральная длина волны которых настраивалась в диапазоне 58 нм с центром около 1050 нм. Измеренные временные и спектральные характеристики лазера показали, что импульсы с синхронизацией мод практически лишены чирпа и имеют форму «sech», и они хорошо согласуются с предсказаниями уравнения Гинзбурга – Ландау [152]. Эти результаты показывают, что такие волоконные лазеры работают в диссипативном солитонном режиме, обсуждаемом в разделе 4.5.

Формы, преимущества, недостатки и приложения

В нашей повседневной жизни мы можем видеть множество развлекательных медиа-источников для общения, таких как радио, телевидение, газеты, мобильный телефон, Интернет, и с большим количеством людей. Связь можно определить как; это процедура двухсторонней или односторонней передачи информации из одного места в другое или от одного человека другому.Например, если мы возьмем базовую систему связи , она состоит из трех компонентов, а именно передатчика (Tx), приемника (Rx) и канала связи между ними. Конструкция передатчика и приемника в системе связи может быть построена с помощью набора электронных схем. Передатчик преобразует данные в сигнал для передачи по среде связи. Приемник используется для изменения сигнала, обратного исходным данным. Канал – это среда, которая передает сигнал из одного места в другое.Если мы хотим передать сигнал из одного места в другое, нам нужно сделать его сильнее. Как только процесс усиления сигнала завершен, сигнал может передаваться на большое расстояние. Это известно как процесс модуляции.

Что такое фазовая модуляция?

Термин PM или определение фазовой модуляции . – это тип модуляции, предназначенный для передачи сигналов связи. Он изменяет сигнал сообщения в соответствии с сигналом несущей из-за различий в непосредственной фазе.Эта модуляция представляет собой комбинацию двух основных форм, таких как частотная модуляция и угловая модуляция .

Фаза несущего сигнала модулируется в соответствии с амплитудой сигнала сообщения. Пиковая амплитуда, а также частота несущего сигнала поддерживаются стабильными, хотя при изменении амплитуды сигнала сообщения изменяется и фаза несущего сигнала. Фазовая модуляция можно определить как фазу несущего (Ø) сигнала, изменяемую пропорционально (в соответствии с) амплитуде входного модулирующего сигнала.

Формы сигналов фазовой модуляции
PM Уравнение:
V = A sin [wct + Ø]
V = A sin [wct + mp sin wmt]
A = Амплитуда сигнала PM
mp = Индекс модуляции PM
wm = 2π fm wc = 2π fc
V = A sin [2π fct + mp sin2π fmt]
Диаграмма фазовой модуляции показана выше. Девиация фазы несущей будет больше, если амплитуда входного сигнала увеличивается, и наоборот. Когда входная амплитуда увеличивается (+ ve крутизна), несущая испытывает опережение фазы.Когда входная амплитуда уменьшается (наклон -ve), несущая испытывает фазовую задержку.
Следовательно, по мере увеличения входной амплитуды величина опережения фазы также увеличивается от момента к моменту. Например, если опережение фазы составляло 30 градусов при t = 1 с, опережение фазы увеличивается до 35 градусов при t = 1,1 с и так далее. Увеличение опережения фазы эквивалентно увеличению частоты.
Точно так же, когда входная амплитуда уменьшается, величина фазового запаздывания также увеличивается от момента к моменту.Например, если фазовая задержка составляла 30 градусов при t = 1 секунде, фазовая задержка увеличивалась до 35 градусов при t = 1,1 секунды и так далее. Увеличение задержки по фазе эквивалентно уменьшению частоты.
Следовательно, форма сигнала фазовой модуляции будет аналогична форме сигнала FM во всех аспектах.
Формы фазовой модуляции
Несмотря на то, что PM используется в аналоговой передаче, он широко используется в качестве цифрового типа модуляции там, где он управляет между разнородными фазами, что известно как PSK (фазовая манипуляция) , и есть в нем доступны несколько форм.
По-прежнему возможно объединение PSK (фазовая манипуляция), и AK (амплитудная манипуляция) в виде модуляции, также называемой QAM (квадратурная амплитудная модуляция) . Некоторые из используемых форм FM перечислены ниже.
Фазовая модуляция (PM)
Фазовая манипуляция (PSK)
Двоичная фазовая манипуляция (BPSK)
Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)
8-точечная фазовая манипуляция (8 PSK)
16- Точечная фазовая манипуляция (16 PSK)
Офсетная фазовая манипуляция (OPSK)
Приведенный выше список представляет собой некоторые из форм PM, которые часто используются в приложениях радио.
Преимущества и недостатки фазовой модуляции
Преимущества фазовой модуляции включают следующее.
Фазовая модуляция (PM) простая в отличие от частотной модуляции (FM).
Используется для определения скорости цели путем удаления доплеровских данных. Для этого нужна постоянная несущая, которая достижима во время фазовой модуляции, но не в FM (частотная модуляция).
Основным преимуществом этой модуляции является модуляция сигнала, поскольку она позволяет компьютеру осуществлять высокоскоростную связь с помощью телефонной системы.
Когда информация передается без вмешательства, можно наблюдать за скоростью.
И еще одно преимущество PM (фазовой модуляции) – повышенная помехоустойчивость.
К недостаткам фазовой модуляции можно отнести следующее.
Для фазовой модуляции необходимы два сигнала путем изменения фазы между ними. Таким образом, оба этих шаблона необходимы как эталон, так и сигнал.
Для этого типа модуляции требуется оборудование, которое становится более сложным из-за технологии преобразования.
Неоднозначность фазы возникает, если мы превысим индекс пи радиан модуляции (1800).
Индекс фазовой модуляции может быть увеличен с помощью умножителя частоты.
Приложения фазовой модуляции
Приложения фазовой модуляции включают следующее.
Эта модуляция очень полезна в передаче радиоволн и является важным элементом в нескольких схемах кодирования цифровой передачи.
Фазовая модуляция широко используется для передачи радиоволн и является неотъемлемым элементом многих схем кодирования цифровой передачи, которые поддерживают широкий спектр беспроводных технологий, таких как GSM , спутниковое телевидение и Wi-Fi .
Фазовая модуляция используется в цифровых синтезаторах для генерации формы волны, а сигнал
PM используется для генерации сигнала и формы волны в цифровых синтезаторах, таких как Yamaha DX7 для реализации синтеза фазовой модуляции и Casio CZ для синтеза звука, который известен как фазовое искажение .
Таким образом, это все о фазовой модуляции, уравнении PM, графике фазовой модуляции . Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что PM – это тип модуляции, который обозначает данные как различия в непосредственной фазе несущей волны.Изменение фазы на основе низкой частоты обеспечит фазовую модуляцию. Вот вам вопрос, что такое фазовая самомодуляция ?
Практическое использование и применение электрооптических модуляторов
Практические ограничения
Есть несколько практических ограничений производительности этих устройств. В основном оптическая мощность LiNbO ₃ ограничена эффектом, известным как фоторефрактивное повреждение.Хотя этот эффект иногда бывает полезен (например, при хранении голографических данных) и не приводит к необратимому повреждению кристаллов, он может ухудшить характеристики модулятора. Модулятор с фоторефрактивно поврежденным кристаллом будет искажать проходящий через него оптический луч. ⁷ Лучший способ избежать фоторефрактивного повреждения – это поддерживать оптическую интенсивность ниже указанного предела для модулятора. Поскольку фоторефрактивный эффект сильно зависит от длины волны, модуляторы могут обрабатывать соответственно более высокие мощности на более длинных волнах.В New Focus также используется LiNbO ³, легированный оксидом магния (MgO). Этот новый материал демонстрирует гораздо более высокие энергетические характеристики.
Другое ограничение связано с тем, что все материалы с ненулевыми электрооптическими коэффициентами также являются пьезоэлектрическими. Это означает, что тот же электрический сигнал, который вызывает фазовую модуляцию, также генерирует колебания. Деформации, вызванные этими колебаниями, изменяют показатели преломления за счет упруго-оптического эффекта. Эти колебания могут вызвать нежелательную амплитудную модуляцию или смещение луча на частоте модуляции.Пьезоэлектрические постоянные LiNbO ₃ довольно слабы и обычно не влияют на характеристики кристаллов, пока не используются частоты механического резонанса (обычно от 1 до 10 МГц). Новый Focus не будет поставлять одночастотные модуляторы, настроенные вблизи пьезоэлектрического резонанса.
Третьим ограничением при использовании фазового модулятора является остаточная амплитудная модуляция. Идеальный фазовый модулятор не должен модулировать интенсивность оптического луча. Амплитудная модуляция будет индуцироваться источниками обратного отражения, размещенными после фазового модулятора.Обратные отражения приводят к появлению слабых эталонов, которые изменяют гармонический состав модулированного оптического луча, вводя в луч измеряемую составляющую амплитудной модуляции. Нежелательную амплитудную модуляцию можно минимизировать, правильно выровняв состояние входной поляризации с главной осью модулятора, которая в случае модуляторов New Focus ™ является вертикальной. Вы можете дополнительно уменьшить остаточную амплитудную модуляцию, используя коллимированный оптический луч, расположенный по центру модулятора.Чтобы обеспечить быстрое и легкое выравнивание модуляторов, New Focus предлагает устройство выравнивания наклона модели 9071.
Широкополосные модуляторы
New Focus предлагает модуляторы, предназначенные для модуляции либо амплитуды, либо фазы линейно поляризованного света в широкой полосе частот, от постоянного тока до примерно 100 МГц, с относительно низким напряжением возбуждения. В электрическом входном импедансе этих устройств в этом диапазоне частот преобладает емкость электрооптического кристалла.Эта емкость колеблется от 10 пФ для амплитудного модулятора модели 4104 до 30 пФ для фазовых модуляторов моделей 4002 и 4004. Генераторы сигналов и синтезаторы частот обычно имеют выходное сопротивление 50 Ом и не оптимизированы для управления емкостными нагрузками. Однако, поскольку 30 пФ – это довольно малая емкость, большинство генераторов сигналов являются подходящими драйверами для низких частот (<10 МГц) и малых уровней сигнала. Усилители высокого напряжения, оптимизированные для управления емкостными нагрузками, также могут использоваться для эффективного управления модуляторами.
На высоких частотах несоответствие импеданса между кабелем, несущим сигнал модуляции, и модулятором заставляет часть радиочастотного сигнала отражаться обратно к источнику. ⁸ Направленный ответвитель, вставленный между источником и модулятором, как показано на рисунке 4, можно использовать для перенаправления отраженной мощности на согласованный терминатор и тем самым защиты источника сигнала. Завершение линии, управляющей модулятором, с нагрузкой 50 Вт параллельно входу модулятора – простой способ улучшить согласование импеданса системы.При частотах возбуждения более 100 МГц для фазовых модуляторов и 200 МГц для амплитудных модуляторов RC-полюс, создаваемый этой оконечной нагрузкой, будет уменьшать отклик на управляющий сигнал на 20 дБ за декаду. Поскольку модуляторы рассеивают минимальную мощность, важно, чтобы все выбранные терминаторы были рассчитаны на максимальную выходную мощность источника сигнала или усилителя мощности. Например, для синусоидальной модуляции фазы оптического луча с пиковым сдвигом фазы, м , равным 0.5 радиан в системе с сопротивлением 50 Ом требует электропитания с фазовым модулятором модели 4002. Эта высокая мощность требует использования усилителей мощности и специальных терминаторов.
Учебная серия по электричеству и электронике ВМС (NEETS), модуль 12
Модуль 12 – Принципы модуляции
Страницы i – ix, От 1-1 до 1-10, От 1-11 до 1-20, 1-21 до 1-30, 1-31 до 1-40, С 1-41 по 1-50, От 1-51 до 1-60, С 1-61 по 1-70, С 1-71 по 1-75, От 2-1 до 2-10, 2-11 до 2-20, 2-21 до 2-30, 2-31 до 2-40, 2-41 до 2-50, От 2-51 до 2-60, 2-61 по 2-64, От 3-1 до 3-10, С 3-11 до 3-20, С 3-21 до 3-30, От 3-31 до 3-35, от AI-1 до AI-6, Index-1 к 2, Назначение 1, 2
Рисунок 2-15B.- Символ и схема варактора. УПРОЩЕННАЯ ЦЕПЬ.
Обратите внимание на простоту работы схемы на рисунке 2-16. Сигнал AF, подаваемый на вход приводит к следующим действиям: (1) При положительном чередовании обратное смещение увеличивается и диэлектрическая проницаемость (область истощения) увеличивается. Это уменьшает емкость, что увеличивает частоту генератора. (2) При отрицательном чередовании обратное смещение уменьшается, что приводит к уменьшению частоты генератора.

Рисунок 2-16. – Варактор FM модулятор.

Доступно множество различных модуляторов FM, но все они используют основные принципы, которые вы только что изучили. Главное помнить, что необходимо использовать генератор для установки опорной (несущей) частоты. Во-вторых, необходим некоторый метод, чтобы заставить генератор изменять частоту в соответствии с сигналом AF. В любое время, когда это можно сделать, у нас есть частотный модулятор.

Q-7. Как работает реактивная трубка модулятор впечатляет интеллект на РЧ несущую?

Q-8. Какая характеристика транзистора варьируется в модулятор реактивного сопротивления полупроводника?

Q-9. Какой участок схемы требуется на выходе модулятор-мультивибратор для устранения нежелательных выходных частот
?

Q-10. Какая характеристика варактора используется в модулятор FM?
2-21
ФАЗНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Частотная модуляция требует, чтобы частота генератора отклоняются как выше, так и ниже несущей частоты.В процессе частотной модуляции пики каждого последовательные циклы в модулированной форме волны происходят во времена, отличные от тех, которые были бы, если бы несущая была немодулированной. На самом деле это случайный фазовый сдвиг, который происходит вместе со сдвигом частоты в fm. Только противоположное действие имеет место при фазовой модуляции. Сигнал AF подается на ФАЗОВЫЙ МОДУЛЯТОР в pm. В Результирующая волна от фазового модулятора сдвигается по фазе, как показано на рисунке 2-17.Обратите внимание, что время период каждого последующего цикла изменяется в модулированной волне в соответствии с вариацией звуковой волны. С частота является функцией периода времени на цикл, мы можем видеть, что такой сдвиг фазы в несущей вызовет ее частота для изменения. Изменение частоты в FM жизненно важно, но в вечернее время это просто случайность. Количество изменение частоты не имеет ничего общего с результирующей формой модулированной волны в pm. На данный момент сравнение С FM до вечера может показаться немного туманным, но это прояснится по мере продвижения.
Рисунок 2-17. – Фазовая модуляция.

Давайте рассмотрим некоторые соотношения фаз напряжения. Посмотрите на рисунок 2-18 и сравните три напряжения (A, B, и C). Поскольку напряжение A начинает свой цикл и достигает пика перед напряжением B, говорят, что оно опережает напряжение B. Напряжение C, напротив, отстает от напряжения B на 30 градусов. При фазовой модуляции фаза несущей обусловлена для переключения со скоростью модулирующего сигнала AF.На рисунке 2-19 обратите внимание, что немодулированная несущая имеет постоянную фаза, амплитуда и частота. Пунктирная форма волны представляет модулированную несущую. Обратите внимание, что фаза на второй пик опережает фазу немодулированной несущей. На третьем пике сдвиг еще больше; тем не мение, на четвертом пике пики начинают выравниваться по фазе друг с другом. Эти отношения представляют собой эффект 1/2 цикла модулирующего сигнала AF. Об отрицательном чередовании разведки ВС, фаза несущей будет запаздывать, и пики будут происходить в разы позже, чем в немодулированной несущей.
Рисунок 2-18. – Фазовые отношения.
2-22
Рисунок 2-19. – Несущая с модуляцией и без нее.

Представление этих двух волн вместе не означает, что мы передаем модулированную волну вместе. с немодулированной несущей. Две формы волны были нарисованы вместе только для того, чтобы показать, как выглядит модулированная волна, когда по сравнению с немодулированной волной.
Теперь, когда вы увидели сдвиги фазы и частоты как в FM, так и после полудня, давайте выясним, чем именно они отличаются. Во-первых, в pm важен только фазовый сдвиг. Он пропорционален Модулирующий сигнал AF. Чтобы визуализировать эту взаимосвязь, обратитесь к формам волн, показанным на рисунке 2-20. Изучите тщательно составьте FM- и pm-волны, поскольку они модулируются с помощью модулирующей формы волны. Обратите внимание, что в fm несущая частота отклоняется при изменении полярности модулирующей волны.С каждым чередованием модулирующая волна, несущая увеличивается или замедляется по частоте и остается на новой частоте в течение этот цикл. В pm вы можете видеть, что между одним чередованием и другим фаза несущей должна изменяться, а частотный сдвиг, который происходит, происходит только во время перехода; затем частота возвращается к норме показатель. Обратите внимание на PM-волну, что сдвиг частоты происходит только тогда, когда модулирующая волна меняет полярность.В Частота во время части постоянной амплитуды каждого чередования – ЧАСТОТА ОТДЫХА.
Рисунок 2-20. – PM против FM.

Связь модулирующего AF с изменением фазового сдвига в пм легко увидеть, если вы понимать принципы AM и FM. Опять же, мы можем установить два четких правила фазовой модуляции:
2-23
• Величина фазового сдвига пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала.(Если 10 вольт сигнал вызывает сдвиг фазы на 20 градусов, затем сигнал на 20 В вызывает сдвиг фазы на 40 градусов.)
• СКОРОСТЬ СДВИГА ФАЗЫ ПРОПОРЦИОНАЛЬНА ЧАСТОТЕ МОДУЛИРУЮЩЕГО СИГНАЛА. (Если бы несущая была модулирована с помощью тональный сигнал частотой 1 килогерц, несущая будет двигаться вперед и назад в фазе
1000 раз в секунду.)
Phase модуляция также похожа на частотную модуляцию по количеству боковых полос, которые существуют в модулированной волне. и расстояние между боковыми полосами.Фазовая модуляция также дает бесконечное количество частот боковых полос. Расстояние между этими боковыми полосами будет равно частоте модулирующего сигнала. Однако один фактор сильно отличается по фазовой модуляции; то есть распределение мощности в боковых полосах pm не похоже на это в боковых полосах FM, как будет объяснено в следующем разделе.
Индекс модуляции
Вспомните из частотной модуляции, что индекс модуляции используется для вычислить количество значимых боковых полос, существующих в сигнале.Чем выше индекс модуляции, тем большее количество пар боковых полос. Индекс модуляции – это соотношение между величиной отклонения осциллятора. и частота модулирующего сигнала:

При частотной модуляции мы увидели, что по мере увеличения частоты модулирующего сигнала (при условии, что отклонение оставалось постоянным) количество значимых пар боковых полос уменьшилось. Это показано на видах (A) и (B) рисунка 2-21.Обратите внимание, что, хотя общее количество значимых боковых полос уменьшается с увеличением частотно-модулирующий сигнал, боковые полосы расширяются относительно друг друга; общая пропускная способность увеличивается.
2-24
Рисунок 2-21. – Распределение спектра FM в зависимости от PM.

При фазовой модуляции генератор не отклоняется, а мощность в боковых полосах является функцией амплитуда модулирующего сигнала.Поэтому использовались два сигнала, один на 5 килогерц, а другой на 10 килогерц. для модуляции несущей будет такое же распределение мощности по боковой полосе. Однако 10-килогерцовые боковые полосы
будут дальше друг от друга, как показано на видах (C) и (D) рисунка 2-21. По сравнению с fm, полоса pm передаваемый сигнал значительно увеличивается по мере увеличения частоты модулирующего сигнала.
Как мы указывали как было сказано ранее, фазовая модуляция не может происходить без случайного изменения частоты, а также частотная модуляция происходят без случайного изменения фазы.Термин FM широко используется в отношении любого типа угла. модуляцию, а фазовую модуляцию иногда неправильно называют «непрямой FM». Это определение, которое вы должны игнорировать, чтобы избежать путаницы. Фазовая модуляция – это именно то, что подразумевают эти слова – фазовая модуляция несущей модулирующим сигналом AF. Вы разовьете лучшее понимание этих моментов по мере продвижения в своем изучение модуляции.
Базовый модулятор
В фазовой модуляции вы узнали, что изменение фаза носителя со скоростью разведки привела к тому, что носитель содержал вариации, которые можно было преобразовать обратно в интеллект.Одна цепь, которая может вызвать это изменение фазы, показана на рисунке 2-22.
2-25
Рисунок 2-22. – Фазовый сдвиг синусоидальной волны.
Конденсатор, включенный последовательно с резистором, образует схему фазового сдвига. С постоянной частотой RF несущая, приложенная ко входу, выход через резистор будет на 45 градусов смещен по фазе с входом, если XC = R.
Теперь давайте изменим сопротивление и посмотрим, как это влияет на выход на рис. 2-23.Поскольку сопротивление достигает значения, превышающего 10-кратное значение XC, разность фаз между входом и выходом составляет почти 0 градусов. Для Для всех практических целей схема является резистивной. Когда сопротивление уменьшается до 1/10 значения XC, разность фаз приближается к 90 градусам. Схема теперь почти полностью емкостная. Заменив резистор с помощью вакуумной трубки, как показано на виде (A) рисунка 2-24, мы можем изменить сопротивление (импеданс вакуумной трубки) на варьируя напряжение, подаваемое на сетку трубки.Частота, подаваемая на схему (от задающий генератор с кварцевым управлением) будет сдвинут по фазе на 45 градусов без аудиовхода [вид (B)]. С участием При подаче звукового сигнала фаза будет сдвигаться по мере изменения импеданса лампы.
Рисунок 2-23. – Контроль количества фазового сдвига.
2-26
Рисунок 2-24A.- Фазовый модулятор.

Рисунок 2-24B. – Фазовый модулятор.

На практике такая схема не могла обеспечить достаточный фазовый сдвиг для получения желаемых результатов в выход. Некоторые из этих схем расположены каскадом для обеспечения желаемого фазового сдвига. Также, поскольку выходной сигнал этой схемы будет изменяться по амплитуде, сигнал подается на ограничитель для удаления амплитуды. вариации.
Основным преимуществом схемы модуляции этого типа перед частотной модуляцией является то, что в этой схеме используется кварцевый генератор для поддержания стабильной несущей частоты.В FM генератор не может быть кристаллом контролируется, потому что на самом деле требуется изменять частоту. Это означает, что для FM-генератора потребуется комплексная система автоматического регулирования частоты (АЧХ). Система AFC гарантирует, что генератор остается на одном и том же несущей частоты и обеспечивает высокую степень стабильности. Схема AFC будет рассмотрена в следующем модуле.
Фазовая манипуляция
Фазовая манипуляция (PSK) аналогична двухпозиционной манипуляции CW в системах AM и частотная манипуляция в FM-системах.PSK наиболее полезен, когда все элементы кода имеют одинаковую длину; это, все метки и пробелы, будь то элементы сообщения или синхронизирующие сигналы, занимают одинаковые элементы времени. это не полностью подходит для использования в цепях старт-стоп телетайпов, где стоп-импульс в 1,42 раза длиннее, чем
2-27
зернобобовые прочие. Он также неприменим к тем импульсным системам, в которых продолжительность или положение импульсы варьируются в зависимости от частоты модуляции.В простейшем виде PSK работает по принципу фазового обращение перевозчика. Каждый раз при получении отметки фаза меняется на противоположную. Реверс фаз не происходит, когда пространство получено. В двоичной системе знаки и пробелы называются ЕДИНИЦАМИ и НУЛЯМИ соответственно, так что ЕДИНИЦА вызывает сдвиг фазы на 180 градусов, а НУЛЬ не влияет на входящий сигнал. Рисунок 2-25 показывает применение фазовой манипуляции к немодулированной несущей [вид (A)] в диапазоне AF.Для передачи через кроме проводящего пути, волна, показанная на виде (D), должна использоваться в качестве модулирующего сигнала для некоторых других система модуляции РЧ несущей.
Рисунок 2-25A. – Фазовая манипуляция. НЕМОДУЛИРОВАННАЯ НОСИТЕЛЬ.
Рисунок 2-25B. – Фазовая манипуляция. МОДУЛЯЦИОННЫЙ СИГНАЛ – ДАННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ.
Рисунок 2-25C. – Фазовая манипуляция. МОДУЛИРОВАННАЯ НОСИТЕЛЬ.
Рисунок 2-25D. – Фазовая манипуляция. МОДУЛИРОВАННЫЙ НОСИТЕЛЬ ПОСЛЕ ФИЛЬТРАЦИИ.

Модулирующий сигнал в поле зрения (B) состоит из битового потока НУЛЕЙ и ЕДИНИЦ. НУЛЬ не влияет на несущая частота, которая обычно устанавливается равной скорости передачи данных. Например, поток данных 1200 бит в секунду имел бы несущую на 1200 герц. Когда появляется бит данных ONE, фаза несущей частоты сдвигается на 180 градусов.С точки зрения (C) мы обнаруживаем, что третий, пятый и шестой циклы (все ОДИН) поменялись местами по фазе. Этот реверсирование фазы производит CUSPS (резкое переворот фазы), которое обычно составляет
2-28
удаляется путем фильтрации перед передачей или дальнейшей модуляцией. Это действие фильтрации ограничивает полоса частот выходного сигнала. Результирующая волна показана на виде (D).
Точная форма волны фигура 2-25, вид (D), может быть получена с помощью логических операций синхронизации и данных.Это показано на рисунке 2-26, где используется сигнал синхронизации [вид (A)], а не несущая частота. Данные (интеллект) показаны в поле зрения (B) и комбинируется с синхронизирующим сигналом для создания комбинированного сигнала цифровой модуляции, как показано на виде (С). Прямоугольная форма цифровой модуляции фильтруется, чтобы ограничить полосу пропускания сигнала. частоты, как показано на виде (D). Эта система использовалась в некотором высокоскоростном оборудовании для передачи данных, но она не предлагает особое преимущество перед другими системами модуляции, особенно системами с импульсной модуляцией для высокоскоростных передача информации.

Q-11. Какой тип модуляции зависит от фазового сдвига несущей?

В-12. Какие компоненты можно использовать для построения базового фазового модулятора?

Q-13. Фазовая манипуляция аналогична к каким еще двум типам модуляции?
Рисунок 2-26A. – Имитация фазовой манипуляции. ВРЕМЯ.
Рисунок 2-26B. – Имитация фазовой манипуляции.ДАННЫЕ.
Рисунок 2-26C. – Имитация фазовой манипуляции. ЦИФРОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ.
Рисунок 2-26D. – Имитация фазовой манипуляции. ЦИФРОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ ПОСЛЕ ФИЛЬТРАЦИИ.
2-29
ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Другой тип модуляции – ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ. Импульсная модуляция имеет множество применений, включая телеграфию, радар, телеметрию и мультиплексирование. Слишком много применений пульса модуляции существуют, чтобы подробно описать любой из них, но в этом разделе мы рассмотрим основные принципы импульсного модуляция.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Амплитудная модуляция простой РЧ несущей до точки, где она становится Резко перемодулированный сигнал может дать форму волны, аналогичную той, которая требуется при импульсной модуляции. Модулирующий сигнал [вид (A) на рисунке 2-27, который намного больше, чем несущая, приводит к огибающей модуляции, показанной на вид (B). Огибающая модуляции была бы такой же, если бы форма модулирующей волны не была синусоидальной; это, как на изображении (С).
Рисунок 2-27A. – Перемодуляция несущей. МОДУЛИРУЮЩАЯ ВОЛНА.
Рисунок 2-27B. – Перемодуляция несущей. МОДУЛЯЦИОННЫЙ КОНВЕРТ.
2-30

NEETS Содержание
Введение в материю, энергию, и постоянного тока
Введение в переменный ток и трансформаторы
Введение в защиту цепей, Контроль и измерение
Введение в электрические проводники, электромонтаж Методики и схематическое чтение
Введение в генераторы и двигатели
Введение в электронную эмиссию, трубки, и блоки питания
Введение в твердотельные устройства и Блоки питания
Введение в усилители
Введение в генерацию волн и формирование волн Схемы
Введение в распространение и передачу волн Линии и антенны
Принципы СВЧ
Принципы модуляции
Введение в системы счисления и логические схемы
Введение в микроэлектронику
Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
Знакомство с испытательным оборудованием
Принципы радиочастотной связи
Принципы работы радаров
Справочник техника, Главный глоссарий
Методы и практика испытаний
Введение в цифровые компьютеры
Магнитная запись
Введение в волоконную оптику
Принципы обнаружения блокировки | Zurich Instruments
После перехода от аналогового к цифровому, еще одним важным шагом в инновациях стало появление программируемых вентильных матриц (FPGA) с высокой вычислительной мощностью, большим объемом памяти и скоростью.ПЛИС хорошо понимают как цифровые часы, которые можно гибко запрограммировать для выполнения практически любых задач обработки сигналов в реальном времени. Естественным продолжением блокировки является добавление анализа во временной и частотной областях до и после демодуляции, что в противном случае было бы сделано с помощью отдельного осциллографа и анализатора спектра. Кроме того, один прибор может содержать блочные усреднители для анализа сигналов с низким коэффициентом заполнения, контроллеры PID и PLL для контуров обратной связи и арифметические устройства для обработки данных измерений в реальном времени.Затем сигналы измерения могут быть переданы в компьютер для дальнейшего анализа. Если требуется аналоговый интерфейс для другого прибора, данные измерений от различных функциональных блоков легко конвертируются обратно в аналоговую область с помощью ЦАП с высоким разрешением.
Самым передовым прибором на сегодняшний день, когда дело касается скорости и уровня интеграции, является UHFLI Zurich Instruments [13], представленный в 2013 году. На рисунке 14 показана передняя панель прибора. UHFLI имеет полосу пропускания входного сигнала 600 МГц и максимальную полосу демодуляции 5 МГц, что делает его на сегодняшний день самым быстрым синхронизирующим усилителем на рынке.Несмотря на высокую скорость, он по-прежнему обеспечивает исключительные характеристики входного шума всего 4 нВ / √Гц и динамический резерв 100 дБ. Высокий уровень интеграции проиллюстрирован на Рисунке 16, на котором показаны основные функциональные компоненты UHFLI и их взаимосвязи. Функциональность, которая раньше требовала целой стойки с инструментами, теперь заключена в одном инструменте размером не больше коробки из-под обуви.
Ясно, что набором функций, показанным на Рисунке 16, нельзя управлять и использовать с помощью нескольких регуляторов и кнопок на передней панели.Вместо этого UHFLI полностью управляется с компьютера, на котором запущено LabOne ^®, программное обеспечение для управления приборами, использующее новейшую технологию браузера, которая обеспечивает графический пользовательский интерфейс для любого устройства с веб-браузером, см. Рисунок 15. Инструменты высокого уровня, такие как Parametric Sweeper, Software Trigger или PID Advisor используют доступную вычислительную мощность главного компьютера для задач измерения, что повышает уверенность в результатах измерений и обеспечивает более эффективный рабочий процесс.Кроме того, LabOne также предлагает программные интерфейсы для LabVIEW ^®, MATLAB ^®, Python и C # для удобной интеграции измерительного прибора в существующие среды управления экспериментом.
Объясните метод Армстронга для создания FM
Метод Армстронга для генерации FM
В прямых методах генерации ЧМ должны использоваться генераторы LC. Кварцевый генератор использовать нельзя. Генераторы LC недостаточно стабильны для целей связи или вещания.Таким образом, прямые методы нельзя использовать для широковещательных приложений.
Альтернативный метод – использовать косвенный метод, называемый методом Армстронга генерации FM.
В этом методе ЧМ получается посредством фазовой модуляции. Можно использовать кварцевый генератор, поэтому стабильность частоты очень высока, и этот метод широко используется на практике.
На рисунке 1 показана блок-схема метода Армстронга.
Рис.1: Метод Армстронга для FM поколения
В методе Армстронга для генерации частотно-модулированной волны используется фазовый модулятор.
Принцип работы
Рабочие операции этой системы можно разделить на две части следующим образом:
Часть I. Сгенерируйте узкополосную FM-волну с помощью фазового модулятора.
Часть II: Используйте умножители частоты и смеситель, чтобы получить требуемые значения девиации частоты, несущей и индекса модуляции.
Часть I: Генерация узкополосной ЧМ с помощью фазового модулятора
Как уже говорилось, несущая, мы можем сгенерировать ЧМ с помощью фазового модулятора.
Модулирующий сигнал x (t) проходит через интегратор перед подачей его на фазовый модулятор, как показано на рисунке 1.
Пусть узкополосная ЧМ волна, генерируемая на выходе фазового модулятора, представлена s ₁ (t), т.е.
, где V _c1 – амплитуда, а f ₁ – частота несущей, создаваемой кварцевым генератором.
Фазовый угол Φ ₁ (t) s ₁ (t) связан с x (t) следующим образом:
, где k ₁ представляет частотную чувствительность модулятора.
Если Φ ₁ (t) очень мало, то
Следовательно, приближенное выражение для s ₁ (t) может быть получено следующим образом:
После приближения получаем,
Замещающий,
Это выражение представляет узкую полосу частот FM. Таким образом, на выходе фазового модулятора мы получаем узкополосную ЧМ-волну.
Часть II: Реализация фазового модулятора
Рисунок.2 представлена блок-схема схемы фазового модулятора.
Рис.2: Схема фазового модулятора
Принцип работы
Кварцевый генератор создает стабильную немодулированную несущую, которая подается на фазовращатель на 90 °, а также на схему объединения через буфер.
Фазовращатель на 90 ° производит несущую, сдвинутую по фазе на 90 °. Он подается на симметричный модулятор вместе с модулирующим сигналом.
Таким образом, несущая, используемая для модуляции, смещена на 90 ° относительно исходной несущей.
На выходе модулятора продукта мы получаем сигнал DSB SC, т.е. сигнал AM без несущей.
Этот сигнал состоит только из двух боковых полос, результирующие которых совпадают по фазе со смещенной на 90 ° несущей.
Две боковые полосы и исходная несущая без какого-либо фазового сдвига применяются к объединяющей сети (∑). На выходе объединяющей сети мы получаем результат векторного сложения несущей и двух боковых полос, как показано на рисунке 2.
Рис.2: Факторы, объясняющие создание PM
Теперь, когда индекс модуляции увеличивается, амплитуда боковых полос также увеличивается. Следовательно, амплитуда их результирующей увеличивается. Это увеличит угол Φ, образованный результирующей с немодулированной несущей.
Угол Φ уменьшается с уменьшением индекса модуляции, как показано на рисунке 3.
Рис.3: Влияние индекса модуляции на частоту f
Таким образом, результат на выходе объединяющей схемы модулируется по фазе.Следовательно, блок-схема на рисунке 1 работает как фазовый модулятор.
Часть III: Использование умножителей частоты, смесителя и усилителя
ЧМ-сигнал, вырабатываемый на выходе фазового модулятора, имеет низкую несущую частоту и низкий индекс модуляции. Они увеличиваются до достаточно высокого значения с помощью умножителей частоты и смесителя.
Sasmita
Привет! Я Сасмита. В ElectronicsPost.com Я продолжаю свою любовь к преподаванию. Я магистр электроники и телекоммуникаций. И, если вы действительно хотите узнать обо мне больше, посетите мою страницу «О нас». Узнать больше
Демодуляция частоты – Проектирование и реализация схем

Частотная модуляция (FM) – это метод, при котором частота передаваемого сигнала изменяется в соответствии с изменениями в волне сообщения. FM – очень популярная техника, так как они широко используются радиостанциями FM.Основная причина использования FM-модуляций радиостанциями – это качество сигнала, которое можно воспроизвести в FM-приемнике. Отношение сигнал / шум на выходе схемы FM демодулятора сравнительно очень высокое. Однако схемы FM-модулятора и демодулятора сложны по сравнению с другими методами модуляции и демодуляции.

FM-демодулятор выполнен с помощью схемы, называемой фазовой автоподстройкой частоты (PLL). ФАПЧ должна иметь базовые функциональные блоки, такие как генератор, управляемый напряжением (ГУН), фазовый компаратор, фильтр нижних частот (ФНЧ) и повторитель источника.В схеме демодулятора ГУН генерирует частоту, которая соответствует исходной несущей частоте, и сравнивает ее фазу с принятой ЧМ-волной, используя фазовый компаратор. Выходной сигнал фазового компаратора фильтруется с помощью LPF и усиливается по току с помощью повторителя источника. Выходные данные исходного повторителя соответствуют исходному сигналу сообщения.

Реализовать все вышеупомянутые схемы – сложная задача, но есть доступные ИС, в которые встроены все эти схемные блоки.В этой статье схема FM демодуляции создана с помощью микросхемы PLL IC под названием HEF4046 .

СВОДКА:

HEF4046B – это 16-контактная микросхема DIP, работающая от 3 В до 15 В постоянного тока. Он имеет встроенную схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которая состоит из линейного генератора с управляемым напряжением (ГУН) и двух различных фазовых компараторов. Фильтр низких частот (ФНЧ) должен быть подключен к ИС извне.Эта ИС может воспроизводить FM-сигналы с хорошим качеством, используя всего несколько внешних компонентов. Функциональная схема ИМС приведена ниже:

C1 – это конденсатор, а R1 и R2 – резисторы, от которых ГУН зависит от его выходной частоты. Значение C1, R1 и R2 должно быть выбрано таким образом, чтобы ГУН генерировал импульсы, соответствующие исходной немодулированной несущей частоте FM-волны. Резисторы R3 и C2 образуют внешний фильтр нижних частот (LPF), частота среза которого зависит от значений R3 и C2.Значение R3 и C2 должно быть выбрано таким образом, чтобы константа RC соответствовала диапазону частот, на котором могут ожидаться сигналы сообщения.

В этом проекте FM-модуляция чистой синусоидальной волны выполняется с помощью микросхемы 555, подключенной как ГУН. Чистая синусоида генерируется с помощью осциллятора с мостом Вина (WBO), который затем фиксируется на стороне положительного напряжения с помощью цепи положительного фиксатора. Затем этот сигнал подается на схему VCO 555 для генерации соответствующей волны FM.

Блок-схема всей установки для генерации FM показана на следующей диаграмме:

Рис. 1: Блок-схема цепи генерации FM

Схема WBO разработана для генерации чистой синусоидальной волны 1 кГц с размахом амплитуды около напряжения питания 5 В. Схема WBO и изображение сформированного сигнала показаны на следующем рисунке:

Рис. 2: Принципиальная схема мостового осциллятора Вина (WBO)

Фиг.3: Синусоидальная волна от осциллятора моста Вина (WBO) на экране CRO

Фиксатор и усилитель

Положительная цепь фиксатора следует за генератором синусоидальной волны и состоит из одного конденсатора и диода. Схема фиксатора и ограниченная синусоидальная форма волны показаны на следующем рисунке:

Рис.4: Принципиальная схема положительного фиксатора

Рис.5: Синусоидальная форма сигнала от фиксированной схемы на экране CRO

За зажимной схемой следуют делитель потенциала и усилитель тока.Значение делителя потенциала здесь заключается в том, что, регулируя всю амплитуду входного сигнала на ГУН 555, можно отрегулировать диапазон, в котором изменяется частота в производимой ЧМ. Схема фиксатора с делителем потенциала и усилителем тока показана ниже:

Рис. 6: Принципиальная схема фиксатора с делителем потенциала и усилителем тока

Микросхема таймера 555 подключена как обычный нестабильный мувибратор с постоянным периодом времени включения-выключения.Единственная разница в этой схеме состоит в том, что вывод 5 не подключен к плюсу через конденсатор, а используется для приема модулирующего сигнала. Напряжение на выводе 5 микросхемы таймера 555 управляет частотой, генерируемой нестабильной схемой, и поскольку напряжение, приложенное здесь к выводу 5, представляет собой синусоидальную волну с частотой 1 кГц, частота выходных импульсов изменяется в соответствии с синусоидальными изменениями амплитуды. . Принципиальная схема модулятора 555 приведена на следующей схеме:

Фиг.7: Принципиальная схема модулятора 555

Немодулированная частота импульсов, генерируемых вышеуказанной схемой, может быть рассчитана с помощью следующего уравнения:

F = 1,44 / ((R1 + R2) * C1)

Применяя значение R1 = R2 = 1K и C1 = 0,1 мкФ, можно рассчитать частоту как 7,2 кГц.

Следовательно, частота чистой синусоидальной волны равна 1 кГц, и теперь она модулируется импульсами переменной частоты, центральная частота которых составляет около 7 кГц.

Цепь модулятора 555 соединена с предыдущей цепью положительного фиксатора через поляризованный конденсатор емкостью 1 мкФ. Полная принципиальная схема и изображение схемы, подключенной к макетной плате, показаны на следующем рисунке:

Рис. 8: Принципиальная схема FM Generation

Рис.9: Схема генерации FM на макетной плате

Схема демодуляции FM

По мере изменения амплитуды синусоидальной волны частота, генерируемая усилителем 555, изменяется, и, следовательно, на выходе микросхемы 555 IC получается частотно-модулированная волна.По мере увеличения амплитуды частота уменьшается и наоборот. Для сигналов с большой амплитудой изменение частоты будет большим, а для сигналов с небольшой амплитудой изменения частоты будут небольшими. Амплитуда синусоидального сигнала, подаваемого на модулятор 555, может быть изменена путем изменения потенциометра 1 МОм. Ниже приведено изображение, полученное с помощью двухканального CRO, где FM-волна отображается вверху, а исходная синусоида, которая используется для их модуляции, отображается ниже.

Рис. 10: Генерация сигнала FM с исходной синусоидой на CRO

Поскольку исходная частота импульсов составляет около 7 кГц, демодулятор на базе микросхемы HEF4046 может быть разработан для приема импульсов в частотном диапазоне от 2 до 12 кГц. Здесь минимальная частота (Fmin) предполагается равной 5 кГц, а максимальная частота (Fmax) предполагается равной 10 кГц.

Сюда снова добавлена функциональная схема ИС для расчета значений компонентов:

Фиг.11: Функциональная схема IC

Сдвиг частоты как функция C1 с графиком минимальной частоты (Fmin) доступен в таблице данных IC, и из него выбирается значение R2 и C1.

Рис.12: График напряжения питания 5 В

Из графика для напряжения питания 5 В, Fmin = 5 кГц происходит для R2 = 10K и C1 = 0,01 мкФ.

Другой график построен на основе значений R2 / R1 и Fmax / Fmin, по которым можно определить значение R1.

Рис.13: График для R2 / R1 и Fmax / Fmin

Здесь Fmax / Fmin = 5, а для источника питания 5 В это происходит для R2 / R1 = 10. Поскольку значение R2 уже определено как 10 K, R1 можно рассчитать как 1 K.

R3 и C2 формируют LPF и его постоянную времени, т.е. R * C должен быть в диапазоне, обратном частоте сообщения, т.е. 1 / Fmsg.

Предположим, что R = 1K, так как частота синусоидального сообщения Fmsg = 1 кГц

1000 * C = 1/1000

Из чего можно рассчитать C = 1 мкФ.

С учетом этого были разработаны все значения компонентов, и полная схема для FM демодуляции показана ниже: Дополнительный входной конденсатор связи 0,1 мкФ используется для передачи сигналов на вход ИС, а также используется резистор 1 кОм. на выходе ИМС в качестве нагрузочного резистора.

Рис.14: Принципиальная схема FM демодуляции

Рис.

Фазовый модулятор схема и принцип работы: Модуляторы | Основы электроакустики

Модуляторы | Основы электроакустики

3.15. Фазовые модуляторы

3.15.1. Одноконтурный фазовый модулятор

3.15.2. Прямой метод ф.М.

3.15.3. Мостовая схема фазового модулятора с полевым транзистором

Различия между разными типами радиопередатчиков

Передатчики с АМ

Передатчики с ЧМ

Однополосные передатчики

Современные передатчики

I/Q‑сигналы

Передатчик с прямым преобразованием

Супергетеродинный передатчик

Заключение

Обзор технологии фазовой модуляции | Photonics Instruments

(PDF) Electrooptical amplitude modulator mach-zehnder based lithium niobate, their modifications and modulation formats

Виды модуляции сигналов: частотная, фазовая, амплитудная, видео

Что такое модуляция сигнала?

Амплитудная модуляция

Частотная модуляция

Фазовая модуляция

Импульсная модуляция

Средства контроля фазовых характеристик · ИПА РАН

Генератор импульсов пикосекундной длительности

Аппаратура контроля электрической длины кабеля

– обзор

5.3.4 Синхронизация гармонических мод

Формы, преимущества, недостатки и приложения

Что такое фазовая модуляция?

Формы фазовой модуляции

Преимущества и недостатки фазовой модуляции

Приложения фазовой модуляции

Практическое использование и применение электрооптических модуляторов

Практические ограничения

Широкополосные модуляторы

Учебная серия по электричеству и электронике ВМС (NEETS), модуль 12

Принципы обнаружения блокировки | Zurich Instruments

Объясните метод Армстронга для создания FM

Метод Армстронга для генерации FM

Принцип работы

Часть I: Генерация узкополосной ЧМ с помощью фазового модулятора

Часть II: Реализация фазового модулятора

Принцип работы

Часть III: Использование умножителей частоты, смесителя и усилителя

Sasmita

Демодуляция частоты – Проектирование и реализация схем

Фиксатор и усилитель

Схема демодуляции FM

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ