Модулятор

Модуля́тор

В радиотехнике и дальней связи, устройство, осуществляющее модуляцию — управление параметрами высокочастотного электромагнитного переносчика информации в соответствии с электрическими сигналами передаваемого сообщения. М. является составной частью главным образом передающих устройств электросвязи и радиовещания. Переносчиком информации обычно служат гармонические колебания или волны с частотой (называемой несущей или поднесущей) ~ 10⁴—10¹⁵ гц. В зависимости от того, какой параметр гармонических колебаний или волн изменяется, различают амплитудную, частотную, фазовую или смешанную (например, при однополосной передаче) модуляцию колебаний (См. Модуляция колебаний). Соответственно различны и виды М. При импульсно-кодовой модуляции переносчиком информации служит регулярная последовательность импульсов электрических (См. Импульс электрический), параметрами которых (амплитуда, ширина, частота или фаза повторений) управляют с помощью соответствующих типов импульсных М. Модулирующие электрические сигналы передаваемого сообщения могут иметь самую разнообразную форму: от простых и медленных телеграфных посылок в виде точек и тире или колебаний звукового диапазона частот при передаче речи и музыки до сложных, быстро изменяющихся сигналов, применяемых в телевидении или в многоканальной проводной и радиорелейной связи. Часто в функцию М. входит также усиление модулирующих колебаний.

Непременное требование к модуляции состоит в том, что модулирующее колебание должно изменяться во времени значительно медленнее модулируемого. Поэтому в любом М. сочетаются взаимодействующие цепи модулируемых колебаний или волн с цепями модулирующего сигнала более низкой частоты. Определяющим в М. является управляющий элемент, посредством которого сигнал воздействует на параметры модулируемых колебаний или волн. Электронная лампа как универсальный управляющий элемент сохранилась к 1974 главным образом в М. мощных радиопередающих устройств (для них специально разработаны т. н. модуляторные лампы). При мощностях передатчиков ≤ 0,5 квт лампы успешно вытесняются Транзисторами и другими полупроводниковыми приборами. В устройствах, работающих на СВЧ, наряду с полупроводниковыми приборами используются клистроны, лампы бегущей волны и др. О М. в оптическом диапазоне волн см. в ст. Модуляция света.

При амплитудной модуляции (См. Амплитудная модуляция) М. изменяет амплитуду генерируемых (или усиливаемых) колебаний с несущей частотой. В сеточном М. лампового радиопередатчика модулирующее напряжение воздействует на входную (сеточную) цепь генератора или усилителя высокочастотных колебаний, в анодном М. — на выходную (анодную) цепь генераторной лампы. Сеточный М. более экономичен, анодный же может обеспечить большую глубину модуляции при малых искажениях. В транзисторных радиопередатчиках базовый и коллекторный М. (рис. 1, а, б) являются транзисторными аналогами соответственно сеточного и анодного ламповых М. Для получения амплитудно-модулированных колебаний с подавленными колебаниями несущей частоты применяют т. н. балансный М. (см. Однополосная модуляция).

При частотной модуляции (См. Частотная модуляция) и фазовой модуляции (См. Фазовая модуляция) в качестве управляющего элемента в М. используются т. н. реактивные устройства, у которых эффективная ёмкость или индуктивность (или то и другое) изменяется под действием модулирующего сигнала. Реактивное устройство включается или непосредственно в резонансный контур задающего генератора (См. Задающий генератор), или в последующие фазовращающие цепи радиопередатчика. В ламповых М. такое устройство получило название реактивной лампы (См. Реактивная лампа), в транзисторных — реактивного транзистора (См. Реактивный транзистор). Кроме того, в некоторых транзисторных фазовых и частотных М. используют явление сдвига фазы генерируемых колебаний, зависящего при определённых режимах работы от значения постоянной составляющей коллекторного тока. Широкое применение в качестве реактивного управляющего элемента в М. находят Варикапы (рис. 2).

При импульсной модуляции (См. Импульсная модуляция) в М. управляющими элементами также служат электронная лампа или полупроводниковый прибор, например варикап (рис. 3), который запирает или отпирает волноводный тракт при посылках импульсного модулирующего напряжения различного знака.

Иногда М. входит в состав усилительных устройств, работающих в различных диапазонах частот — от звуковых до СВЧ. Магнитный усилитель имеет М. в виде насыщающегося дросселя электрического (См. Дроссель электрический), индуктивностью которого управляет ток усиливаемого сигнала. В этом случае обычно модулируется переменный ток промышленной частоты, более высокой по сравнению с частотами спектра сигналов — обычно команд в системах автоматики. В диэлектрическом усилителе (См. Диэлектрический усилитель) М. представляет собой нелинейный конденсатор, ёмкостью которого управляет напряжение сигнала. М. является составной частью некоторых параметрических усилителей (См. Параметрический усилитель).

Лит.: Кукк К. И., Соколинский В. Г., Передающие устройства многоканальных радиорелейных систем связи, М., 1968; Модель З. И., Радиопередающие устройства, М., 1971; Радиопередающие устройства, под ред. Б. П. Терентьева, М., 1972; Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах, под ред. Р. А. Валитова и И. А. Попова, М., 1973.

М. Д. Карасёв.

Рис. 1. Транзисторные амплитудные модуляторы: а — базовый; б — коллекторный; u_ВЧ — напряжение модулируемых колебаний: Tp — низкочастотный трансформатор; C₁, С₂, L₁ — конденсаторы и катушка индуктивности развязывающих цепей по высоким и низким частотам; R и R₁ — резисторы делителя постоянного напряжения в цепи питания транзистора; Е_К — напряжение, подаваемое на коллектор транзистора. Транзистор Т с резонансным контуром из катушки индуктивности L и конденсатора С образуют управляемый усилитель колебаний с несущей частотой, коэффициент усиления которого изменяется при изменении u_M.

Рис. 2. Варикапный частотный модулятор: В — варикап, ёмкость которого с индуктивностью катушки L образуют резонансный контур генератора на транзисторе Т; Е_B, E_T — напряжения, подаваемые соответственно на варикап и транзистор; C₁, С₂ — конденсаторы развязывающих цепей; R, R₁, R₂ — резисторы в развязывающих цепях. Эффективной ёмкостью варикапа управляет модулирующее напряжение u_M.

Рис. 3. Волноводный импульсный модулятор сверхвысоких частот: 1 — радиоволновод; 2 — диодная камера; Д — переключательный диод или парикап, открывающий радиоволновод (импульс электромагнитной волны на выходе) при положительном u_M и запирающий его (пауза на выходе) при отрицательном модулирующем напряжении u_M.