Modulatory (przesuwniki, przełączniki) fazy, amplitudy, QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Modulację AM stosuje się głównie na niskich częstotliwościach (duży poziom szumów)

W modulacjach kąta eliminuje się zakłócenia i szumy za pomocą limitera. Wadą modulacji częstotliwości f ≠ const. (ingerencja w generator).

W dalszej części będziemy się głównie zajmowali modulacją fazy.

Modulacja fazy może być : analogowa lub cyfrowa.

Ze względu na budowę dzielimy modulatory na:

a) odbiciowe

b) transmisyjne

c) kwadraturowe

W modulatorach analogowych stosuje się diody waraktorowe. Schemat zastępczy diody przedstawiono na rysunku.

Jakość diody określa współczynnik , gdzie

W modulatorach cyfrowych stosuje się diody PIN, tranzystory FET, przełączniki scalone.

Schemat zastępczy diody PIN przedstawia rysunek.

Jakość diody PIN określa współczynnik zmiany impedancji, który wyraża się zależnością:

gdzie: Z₁, Z₂ - -impedancja diody w stanie przewodzenia i zaporowym , R_i=1,2 = Re Z_{i = 1,2}

Δ jest współczynnikiem transformacji przez bezstratny czwórnik a w przypadku czwórnika stratnego: f_c = Δf

Na rysunku poniżej przedstawione zostały punkty na płaszczyźnie zespolonej transmitancji odpowiadające stanom pracy modulatorów PM i QAM

Cyfrowe modulatory fazy

Podstawowe parametry dwustanowych modulatorów fazy

- zakres zmian fazy = 2 - 1

gdzie k = arg Tk , Tk - transmitancja modulatora w k - tym stanie

- stratność modulatora max k = 20 log Tk

- odbicia na wejściu modulatora max k

- współczynnik szkodliwej modulacji amplitudy

- błąd fazy = - 0 gdzie: 0 - jest pożądanym zakresem zmian fazy

- pasmo pracy : zakres częstotliwości w którym spełnione są zadane parametry modulatora

Modulatory odbiciowe

W modulatorach odbiciowych zmianę fazy współczynnika transmisji uzyskuje się poprzez zmianę fazy współczynnika odbicia jednowrotnika oraz zastosowanie układu kierunkowego. Najczęściej wykorzystywane układy kierunkowe to: cyrkulator lub sprzęgacz 3dB/90^o.

1. Modulator z cyrkulatorem b) modulator z sprzęgaczem

Analiza modulatora z idealnym sprzęgaczem 3dB/90^o

(1)

(2)

(3)

Podstawiając (3) do (2) otrzymujemy:

(4)

Z zależności (4) wynika, że jeżeli układy odbijające są jednakowe a sprzęgacz idealny to współczynnik transmisji T jest proporcjonalny współczynnika odbicia układów odbijających oraz modulator jest dopasowany na wejściu.

Przykładowe układy odbijające jednodiodowe:

Przykładowe układ odbijający dwudiodowy:

R/Z - linia rozwarta lub zwarta

Modulatory transmisyjne

1) Modulator transmisyjny z przełączaną linią

gdzie: _i - stała fazowa dla obu linii, i = 1,2

Najczęściej jako jedną z linii wykorzystuje się linie sprzężoną (przesuwnik Schifmana). Długość linii sprzężonej na środku pasma wynosi 90^o , Arg T = 180^o. Długość linii odniesienia 180^o + Δϕ, impedancja charakterystyczna linii odniesienia Z₀ = 50Ω. Sprzężenie linii dobiera się tak, żeby w całym paśmie pracy otrzymać zerowy błąd fazy dla trzech częstotliwości. Schemat linii przedstawia poniższy rysunek.

gdzie:

2) Modulator transmisyjny z przełączanym obciążeniem

W najprostszym przypadku zredukowana susceptancja Yi = jB. Wówczas przesunięcie fazy wyraża się zależnością:

Realizacja przesuwnika z przełączanym obciążeniem

3) Modulator fazy z przełączanymi filtrami

Dla zachowania dopasowania i odpowiedniego skoku fazy muszą być spełnione następujące zależności:

Układy wielostanowe realizuje się poprzez łańcuchowe łączenie struktur binarnych.

Uwaga! Brak jest transmisyjnych analogowych modulatorów fazy z diodą waraktorową.

Modulatory amplitudowo fazowe - QAM

Zasada działania tego typu modulatorów polega na geometrycznym sumowaniu się dwóch sygnałów przesuniętych względem siebie o 90^o. M.-stanowy modulator amplitudowo fazowy (N - bitowy) można zrealizować jako łańcuchowe połączenie 2^N-2 - stanowego modulatora amplitudowo fazowego oraz czterostanowego modulatora fazy o skoku fazy 90⁰. ^-Schemat modulatora amplitudowo fazowego przedstawia rysunek.

Modulatory analogowe

Rys.5.1 Kompletny schemat układu: DW1(2) - diody waraktorowe S-sprzęgacz 3dB/90o; Up - napięcie polaryzujące; Lp,Cp,Rp - elementy układu polaryzacji

Schemat układów odbijających a) do części pierwszej przesuwnika fazy,b) do części drugiej; 1(2) - współczynniki odbicia, DW1(2) - diody waraktorowe, Z1(2) - impedancje charakterystyczne linii mikropaskowych, 1(2) - długości elektryczne linii

gdzie:

gdzie:

1(2)(,U) - współczynniki odbicia od impedancji obciążenia Z1(2) w funkcji częstotliwości i napięcia polaryzacji

1(2)(,0) - współczynniki odbicia od impedancji w funkcji częstotliwości przy polaryzacji U = 0V.

Technika mikrofalowa - Modulatory mikrofalowe 8

Jolanta Zborowska

---