Файл: Гусев, К. Г. Поляризационная модуляция.pdf

нотропный и гиротропный модуляторы (рис. 3.4) преоб­ разуют горизонтально поляризованную волну в эллипти- чески-поляризованную:

ЛГ — по начальным буквам используемых элементарных преобразователей поляризации.

Столь же просто получается и другая схема модуля­ тора— модулятора типа ГГ. Действительно, если линей-

но-поляризоваиную волну е т с выхода первого гиротропного модулятора пропустить через четвертьволно­

вый фазосдвигатель с нулевой ориентацией, то на выхо­

Второй гиротропный модулятор развернет ее поляриза­ ционную диаграмму на угол 0(^). В результате на вы­ ходе такой комбинации преобразователей получим волну (3.4.1). Схема модулятора типа ГГ изображена на рис. 3.5.

Из сравнения рис. 3.4 и 3.5 видно, что линотропный модулятор с оператором Л[<р(/)] по отношению к гори­ зонтально поляризованной волне линейной поляризации эквивалентен последовательному соединению гиротроп-

76

рис. 3.6,а, б, тождественны и равны A[tp(f)]- При этом

полагаем, что гиротропный модулятор взаимен.

В случае, если гиротропный модулятор невзаимен, то тождественность операторов обеих схем сохраняется только для волны, распространяющейся в положитель­ ном направлении оси oz. Для волны противоположного

направления распространения операторы этих схем бу­ дут Л[—ф(0] и Л[ф(7)] соответственно.

Аналогичным образом можно доказать, что операто­ ры двух преобразователей поляризации, изображенных на рис. 3.7,а, б, также тождественны по отношению

к волне любой поляризации и равны J 9<г

а

78

Таким образом, в каждой из парных комбинаций преобразователей поляризации, изображенных на рис. 3.6 и 3.7, можно менять местами активные устрой­ ства с одновременными изменением полярности одного из этих устройств либо полярности четвертьволновых фазосдвигателей. При этом эквивалентность преобразо­ вателей а) и б) сохраняется для волны любой, поляриза­

ции. Схемы, представленные на рис. 3.6 и 3.7, назовем схемами замещения элементарных преобразователей.

Используя схему замещения, изображенную на рис. 3.7, можно заменить второй гиротропный модулятор в схемах рис. 3.4 и 3.5 на эквивалентную ему комбинацию элементарных преобразователей с линотропным модуля­ тором. В результате получим еще две схемы модулято­ ров, позволяющих осуществлять независимую модуля­ цию параметров поляризации <р(/) и 6 (f) электромаг­

нитной волны. Это будут модуляторы типов ЛЛ и ГЛ

(рис. 3.8 и 3.9).

Таким образом, мы получили четыре общие схемы поляризационных модуляторов, позволяющих формиро­ вать электромагнитную волну любой поляризации и при необходимости модулировать параметры поляризации ф

79

и 0 независимо друг от Друга, Эти схемы являются общими для любого диапазона волн, хотя в конструк­ тивном отношении элементы модуляторов весьма раз­ личны для различных диапазонов.

z

Рис. 3.9.

Отметим особенности и наиболее рациональные обла­ сти применения этих модуляторов.

1. М одулятор типа ГГ (см. рис. 3.5). Этот модулятор может быть выполнен целиком на невзаимных гиротропных средах — ферритах. Основным его достоинством является крайняя простота. Разработанные в настоящее время типы ферритов позволяют использовать его в диа­ пазоне от дециметровых до субмиллиметровых волн. Кроме того, как сообщается в работе [48], монокристал­ лы ферритграната можно использовать для модуляции поля дальнего инфракрасного участка спектра.

Недостатком такого модулятора является не очень вы. сокая частота модуляции — единицы мегагерц на некри­ сталлических ферритах и десятки мегагерц на монокри­ сталлах.

2. М одулятор типа ЛЛ (рис. 3.8). Модулятор выпол­ нен полностью на анизотропных средах. Наиболее целе­ сообразная область применения — инфракрасный и све­

80

товой диапазоны. Это объясняется тем, что в основном

лишь для этих диапазонов разработаны достаточно на­ дежные и экономичные линотропные управляющие устройства на монокристаллах. Этот тип модулятора по­ зволяет осуществлять модуляцию сразу двух парамет­ ров поляризации с весьма высокими частотами.

3. М одуляторы типов ЛГ и ГЛ являются комбиниро­ ванными и могут быть использованы в специфических схемах. Например, основное достоинство модулятора типа ЛГ — наличие всего лишь двух элементов. Он мо­ жет быть использован в тех случаях, когда необходимо с большой скоростью менять эллиптичность поля и с ма­ лой скоростью — угол ориентации.

Рассмотренные выше схемы поляризационных моду­ ляторов могут быть использованы и как элементы антен­ ных устройств с перестраиваемыми электрическим путем параметрами поляризации.

3.5.КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ

МОДУЛЯЦИИ

В предыдущем параграфе мы рассмотрели возмож­ ные схемы поляризационных модуляторов, позволяющих модулировать непрерывными сигналами параметры по­ ляризации электромагнитной волны.

Отличительной чертой поляризационной модуляции является то, что при этом виде модуляции интенсивность радиосигнала (сумма квадратов огибающих поляриза­ ционно-ортогональных компонент) остается постоянной, так же как и его общая фаза и частота, тогда как амплитуда и фазы поляризационно-ортогональных со­ ставляющих являются функциями модулирующего сооб­ щения.

Приведенные схемы модуляторов могут быть исполь­ зованы не только для непрерывной, но и для дискретной модуляции параметров поляризации. Для дискретной поляризационной модуляции можно сконструировать и специфичные модуляторы, основанные на переключении энергии генератора высокочастотных колебаний от одно­ го преобразователя поляризации к другому.

Таким образом, как и другие виды модуляции, поля­ ризационная модуляция может быть непрерывной или

дискретной.

Непрерывная поляризационная модуляция (ПМ) различается параметрами, которые модулируются пере-

Даваемыми сообщениями, а также глубиной модуляций или величиной девиации параметров поляризации. В за­ висимости от величины девиации угла эллиптичности и угла ориентации меняется эффективная ширина спектра ПМ радиосигнала.

Как будет показано ниже, если девиация угла эллип­ тичности или (и) угла ориентации не превышает я/4, то эффективная полоса ПМ сигнала равна полосе AM сиг­ нала, и такая ПМ называется узкополосной. При боль­ ших значениях девиации параметров поляризации спектр ПМ сигнала существенно расширяется, и такая ПМ называется широкополосной. Это определение широ­ кополосное™ и узкополосности ПМ относится не только

кнепрерывной, но и к дискретной ПМ.

Взависимое™ от вида модулированного параметра поляризационной диаграммы различают модуляцию:

— угла эллиптичности; в этом случае поляризацион­ ная модуляция обозначается ПМ ;

— угла ориентации поляризационного эллипса—ПМе;

— одновременную модуляцию углов эллиптичности

иориентации ПМфд, или совмещенную ПМ.

Впоследнем случае параметры ср и 0 могут модули­ роваться либо двумя независимыми сообщениями Si(t)

ния) .

Модулируемое излучение может быть как непрерыв­ ным, так и прерывистым, импульсным. В последнем слу­ чае говорят о поляризационной модуляции импульсов (ПМИ) непрерывным процессом.

В тех случаях, когда состояние поляризации волны может в процессе модуляции принимать только дискрет­ ные значения, модуляцию называют поляризационно-им­ пульсной (ПИМ) или дискретной поляризационной мо­ дуляцией. При этом в обозначении излучаемого сигнала первые индексы относятся к модулирующему процессу (АИМ, ВИМ, ШИМ, КИМ), а последние два означают вид собственно поляризационной модуляции: ПМф ПМ0,

™ ,.е -

Классификация видов поляризационной модуляции представлена в табл. 3.1.

Табл. 3.1 не исчерпывает все возможные виды поля­ ризационной модуляции. В частности, в нее не включены

82

виды поляризационной модуляции в сопряжении с моду­ ляцией других параметров электромагнитной волны, на­ пример частоты или фазы. Некоторые из этих видов мо­ дуляции будут рассмотрены в последующих главах.

Г Л А В А 4

СИГНАЛЫ С НЕПРЕРЫВНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

уже полученным в результате этих преобразований сигналом моду­ лируют несущую частоту. Таким образом, даже при. передаче аналоговой информации применяется дискретная модуляция. Однако для анализа спектральной структуры ПМ сигналов целесообразно предварительно рассмотреть модуляцию параметров поляризации непрерывными, гармоническими колебаниями. Анализ спектров ПМ сигналов с непрерывной модуляцией позволит в дальнейшем без лишних затруднений получить и проанализировать спектры дискрет­ ной ПМ.

4.1.МОДУЛЯЦИЯ УГЛА ЭЛЛИПТИЧНОСТИ

Введем обозначения: S ( t) — передаваемое (модули­

рующее) сообщение; А<р — девиация угла эллиптичности; Фо, 0о — параметры поляризации немодулированной гар­

монической несущей.