На передних рубежах радиолокации

Начнём с первого вопроса, который касается частотной и фазовой модуляции радиосигналов. Постараюсь излагать материал без применения формул и схем, чтобы он был доступен более широким кругам читателей. История частотной модуляции (ЧМ) восходит к 20-м годам прошлого века и прошла периоды спада и повышенного интереса. При синусоидальной модуляции несущей по частоте ЧМ-колебание характеризуется двумя параметрами: девиацией частоты, т. е. наибольшим отклонением частоты от несущей и индексом модуляции, равным отношению девиации частоты к частоте модуляции. При индексах, меньших единицы, спектр ЧМ колебания по ширине близок к спектру колебания, модулированного по амплитуде (АМ колебания). Если индекс модуляции существенно превышает единицу (например, 100), ЧМ-колебание становится широкополосным и ширина его спектра достигает величины, близкой к удвоенной девиации частоты. Так вот, теория показывает, что широкополосная ЧМ, используемая, скажем, в диапазоне УКВ, представляет эффективное средство в борьбе с помехами и позволяет повысить качество воспроизведения как в радиовещании, так и в телевидении. Для получения ЧМ издавна используют специальные реактивные каскады (транзисторные или в старое время ламповые), которые создают реактивную проводимость (емкостную или индуктивную), подключённую параллельно контуру задающего генератора. Меняя ток через реактивный каскад, меняют частоту задающего генератора. Но для потребителя важна стабильность несущей частоты задающего генератора. Потребитель не может, сидя у своего приёмника, всё время подстраиваться под изменяющуюся частоту генератора. Для повышения стабильности частоты используются кварцованные схемы генераторов или системы автоматической подстройки частоты (АПЧ). Во всех случаях включение реактивного каскада понижает стабильность частоты генератора. Возникает техническое противоречие между стабильностью частоты генератора и преимуществами использования ЧМ. Как разрешить это противоречие? Стали думать и пришли к выводу, что наиболее простой путь состоит в следующем. Сохранить стабильный задающий генератор, подсоединить к нему буферный каскад, на выходе которого применить фазовую модуляцию (ФМ). Буферный каскад при этом играет роль развязывающего элемента. Частота колебания, как известно, связана с его фазой дифференциальной зависимостью. На простейшем математическом языке это означает, что, меняя фазу по синусоиде, вы изменяете частоту того же колебания по косинусоидальному закону. Иными словами, с учётом известной зависимости частоты и фазы вы можете смело применять ФМ. Вот почему в течение примерно 10–15 лет, начиная с 40-х годов прошлого века, исследователи широким фронтом стали разрабатывать схемы фазовых модуляторов. Простейшими примерами ФМ-модуляторов являются цепочки RC, CR, LCR. Меняя ёмкость или сопротивление по заданному закону, вы изменяете фазу высокочастотного колебания, подаваемого на вход цепочки. Но фазовой модуляции соответствовали паразитная амплитудная модуляция и сильные нелинейные искажения, и всё это при достаточно малом индексе ФМ. Другой метод ФМ, получивший более широкое применение, состоял в суммировании колебаний задающего генератора, промодулированного с помощью балансной однополосной модуляции, и того же колебания, сдвинутого по фазе на угол близкий к 90°. В варианте, предложенном Г. А. Зейтленком и Б. И. Каменским ещё в 30-х годах, два напряжения высокой частоты, сдвинутые по фазе на 90°, противотактно модулируются по амплитуде. Почти те же недостатки были присущи и этим схемам. Далее пошли всевозможные технические хитрости, сильно усложняющие схемы модуляторов. К ним относятся многокаскадное включение модуляторов, многоступенчатые умножители частоты (для увеличения девиации), устройства многократного повышения индекса модуляции путём разделения спектра модулирующих частот и т. д. Вот почему видный советский радиоспециалист С. И. Евтянов завершил в своей книге раздел, посвящённый фазовым модуляторам, словами: «Изложенные расчёты объясняют, почему передатчики с ФМ не находят широкого применения».