Lab-Volt 프로그램의 FM 송신 및 수신 예습 3조 개미핥기 2006440062 박창원 2006440095 유현우

목차 -FM Modulation -PM Modulation -FM Modulation by Labvolt -PM Modulation by Labvolt -Modulation (quadrature detector) -Reference

FM Modulation -주파수 변조의 세가지 개념 -반송파 주파수는 메시지 신호의 진폭에 의해서만 변화 -메시지 신호의 주파수는 반송파 주파수에는 영향이 없 고, 편차 비율에만 영향을 준다. -FM반송파의 진폭(크기)변화에는 메시지 신호 정보가 들어있지 않고, 단지 FM주파수 편차에만 들어있다.

FM Modulation 반송파 최대 주파수 편차(양이나 또는 음으로)는 메시지 신호크기가 어떤 값일때인가? a.최대(첨두)값, 최소값일때 b.0일때

FM Modulation 메시지 신호의 크기가 0일 때, 반송파가 중심주파수에 있기 때문에 반송파 주파수 편차는 0이다. 메시지 신호 크기가 일정하고 주파수만 증가할 때(예를 들어 2kHz에서 4kHz로 증가할 때), 반송파 주파수 편차의 양은 변화되지 않는다. 그러나, 똑같은 주파수 편차가 일어나는 빈도가 1초에 2000번 대신 4000번으로 많아진다.

FM Modulation 잡음 신호의 스파이크 성분을 리미터 회로로 제한시켜 줄일 수 있다. 효율적인 C급 증폭기를 FM장비에 사용할 수 있다.

FM Modulation % 변조율은 반송파의 주파수 편차 정도를 표현한다. 반송파의 중심주파수는 변조되지 않은 주파수(메시지 신호가 없을 때 또는 크기가 0일때의 주파수)이다.

FM Modulation 주파수 편차가 37.5kHz일 때 %변조율(% Mod.)은 얼마인가? %Mod.=50

FM Modulation -FM신호에 필요한 대역폭은 두 가지에 영향을 받는 다:메시지 신호 진폭, 주파수. -측대파 쌍은 반송파의 중심주파수의 위 아래로 똑같 은 거리만큼 떨어져 있는 두개의 측대파를 말한다. 중 심 주파수로부터 측대파쌍이 없어지면 각 측대파쌍에 포함된 에너지도 같이 감소한다. 감소하다가 무시할 수 있는 수준까지 감소하는 지점에 이르는데 이 위치 는 변조지수(modulation index)에 의해 결정된다. -FM변조지수 MI는 메시지 신호 주파수에 대한 반송파 주파수 편차의 비율을 말하며 MI=fcd/fm

PM Modulation -PM에서 반송파 신호 변조는 메시지신호의 진폭과 주파수의 변화에 따라 반송파 신호가 위상이 변화되는 것이다. (주파수도 같이 변화한다.) -위상변화 정도는 메시지 신호 진폭에 비례한다. -반송파의 위상이 변화되면, 주파수 편차도 같이 일어남. -위성변화의 비율은 메시지 신호 주파수와 정비례.

FM 전송과 PM전송의 장단점 -주파수변조 또는 위상변조에서의 장점은 좋은 신호대 잡음비(S/N비)외에, 진폭의 왜곡이 메시지 신호의 길에 영향이 없어 더 효율이 좋은 C급 증폭기를 사용할 수 있다는 것이다. -PM과 FM방송의 단점은 대역폭이 넓고, FM주파수 신호의 가시 진행경로가 필요하다는 것이다.

FM Modulation by Labvolt -FM신호는 VCO-LO회로 블록에서 만들어진다. -VCO-LO회로 블록의 가변저항의 손잡이를 돌려 출력 신호의 크기를 조절할 수 있다. -VCO-LO출력신호 주파수를 조정하기 위해서는 베이스 유닛의 좌측에 있는 NEGATIVE SUPPLY손잡이를 돌려 할 수 있다.

FM Modulation by Labvolt -VCO-LO회로의 간단한 회로도이다. -발진기는 교차결합 발진기 형식으로 연결된 두 개의 트랜지스터로 구성되어 있다. -LC회로는 바랙터 다이오드 CR2의 양극에 연결된 NEGATIVE SUPPLY의 전압을 바꿈으로써 조정할 수 있다.

FM Modulation by Labvolt VCO-LO 회로블럭에서, 2핀 커넥터를 452 kHz단자에 연결하자. VCO-LO크기조정 포텐쇼미터를 시계방 향으로 끝까지 돌린다. -오실로스코프 채널 2프로브를 VCO-LO 위의 (FM)OUT에 연결한다. 채널 2를 200mV/DIV, 0.5us/DIV로 조정한다.

FM Modulation by Labvolt - 전압계를 직류전압으로 설정하 고, VCO-LO 회로 블록의 T에 연결한다. - NEGATIVE SUPPLY를 T에서 -4.0 Vdc가 되도록 조정한다. 오실로스코프 채널1 프로브를 T에 연결한다. 채널 1을 1.0V/DIV로 조정하고, 수직 조절모드를 직류 (dc)로 맞춘다.

FM Modulation by Labvolt 채널 1과 2의 화면이 오른쪽 그림과 같이 되도 록 한다. 채널 1의 파형은 직류이며 , T에서 -4.0Vdc 임을 나 타내며, 오실로스코프 화 면 맨 위에서부터 두번째 눈금선에 있어야 한다. -사인파 형태가 될 메시지 신호에 의한 전압 변화를 보기 위해 전압을 변화시키게 될 것이다. 오실로스코프 화면을 관찰하면서 NEGATIVE SUPPLY 손잡이를 시계 방향으로 돌려 채널 1의 직류 전압이 약 1Vdc 만큼 변하도록 한다.

FM Modulation by Labvolt - 메시지 신호 진폭이 1 Vdc 변화할 때, 반송파 주파수의 주파수 편차를 알아보기 위해서는 NEGATIVE SUPPLY 손잡이를 시계방향으로 돌려 VCO-LO회로 블록의 T에 서의 전압이 -5.0Vdc가 되도록 한다. -채널 2에 나타난 변조된 FM 반송파의 첨두값 사이의 주기를 정확히 측정한다. -반송파 주파수를 중심주파수로 다시 바꾸기 위해서는, NEGATIVE SUPPLY손잡이를 반시계방향으로 돌려 VCO -LO회로블럭의 T에서의 전압이 -5.0Vdc에서 -4.0Vdc 가 되도록 조정하면 된다.

FM Modulation by Labvolt 2 Vpeak 5 kHz 메시지 신호에 의한 FM반송파 주파수 의 영향을 알아보도록 한다. -파형발생기를 VCO-LO회로블럭의 (M)에 연결한다.

FM Modulation by Labvolt 파형발생기를 T에서 2.0 Vpk-pk, 5kHz사인파가 되도록 조정하자. 이 조정은 T에서 전압을 1V변화시킨 것과 같다.

FM Modulation by Labvolt -스윕(sweep)을 0.5us/div로 조정하고, 채널 2로 트리 거 시킨다. 채널 2에서 FM신호가 나오는지 관찰하자. 메시지신호 진폭이 -1V일 때, T에서의 전압은 -5V로 떨어진다.

PM Modulation by Labvolt -PM신호는 PHASE MODULATION 회로 블록에서 만들어진다. -위상변조기(phase modulation)의 입력은 452kHz반송파 신호와 5kH z메시지 신호이다. -측정점 T에서 “0 to 10Vdc POSITI VE SUPPLY”의 전압을 측정할 수 있다. -변조기(MODULATOR)와 리미터(LIMITER)사이에서 제 한되지 않은 PM신호를 관찰할 수 있다.

PM Modulation by Labvolt -LC회로의 조정(tuning)으로 반송파의 위상변화를 조정 할 수 있다. -LC회로 조정(tuning)은 바랙터 다이오드 CR5의 음극에 연결된 POSITIVE SUPPLY 전압으로 조정할 수 있다. -POSITIVE SUPPLY 전압으로 CR5 커패시턴스를 변화 시킬 수 있으며, 곧 LC회로의 조정(tuning)에도 영향.

PM Modulation by Labvolt -POSITIVE SUPPLY 전압이 좀 더 커지면, 변조기 출력이 입력보다 위상이 빨라진다. -POSITIVE SUPPLY 전압이 좀 더 작아지면, 변조기 출력 이 입력보다 위상이 느려진다. -사인파 메시지 신호가 M에 가해지면, 변화하는 진폭에 의해 변조기의 출력 위상이 변화하게 된다.

PM Modulation by Labvolt -FM 또는 PM신호 진폭에는 어떤 메시지 정보도 가지고 있지 않으며, 잡음에 의한 신호 스파이크(spike)들은 F M/PM의 신호대 잡음비를 향상시키기 위해 없앨 수 있 다. -리미터(LIMITER)회로는 PM신호 진폭이 원하는 범위에 만 있도록 한다.

PM Modulation by Labvolt -위상변조기(PHASE MODULATOR) 회로블럭에서, 리미 터(LIMITER)회로는 이득이 1인 Op Amp이다. 여기에는 출력과 입력이 서로 연결되어 있는 두 개의 숏 키 다이오드가 연결되어 있다. -다이오드들은 극성은 서로 반대이다 : 양극이 음극에 연 결되어 있다.

Modulation (quadrature detector) -FM신호의 복조를 설명 -쿼드러쳐 검파기의 동작을 서술 -오실로스코프와 멀티미터를 측정하는 데 사용 할 수 있다. -FM복조기는 변별기(discriminator)또는 주파수 검파기 로 불린다. -쿼드러쳐 검파기는 FM신호를 복조하는 여러 회로중의 하나이다. -다른형태의 변결기는 포스터-실리 변별기, 비율 검파기 ,PLL을 포함한다.

Modulation (quadrature detector) -1kHz와 2kHz의 메시지 신호에 의한 주파수 편차는 그 림과 같다. -X축은 FM주파수 편차이고, Y축은 시간이다. X와 Y축의 교점은 FM반송파의 중심 주파수 즉 주파수 편차가 0이 다. -Y축의 시간 크기는 1ms이다. -좌측에 있는 그래프 1kHz의 사인파 메시지 신호에 의한 주파수 편차를 나타낸 것이다.

Modulation (quadrature detector) -1kHz와 2kHz의 메시지 신호에 의한 주파수 편차는 그 림과 같다. -X축은 FM주파수 편차이고, Y축은 시간이다. X와 Y축의 교점은 FM반송파의 중심 주파수 즉 주파수 편차가 0이 다. -Y축의 시간 크기는 1ms이다. -좌측에 있는 그래프 1kHz의 사인파 메시지 신호에 의한 주파수 편차를 나타낸 것이다.

Modulation (quadrature detector) -1kHz 메시지 신호는 1ms 동안 두 개의 최대 주파수 편 차를 가지고 있다(하나는 양, 하나는 음의 최대값). -2kHz메시지 신호는 1ms 동안 몇 개의 최대 주파수 편 차를 일으키는가? 답:4 -FM변별기는 주파수 편차의 크기와 비율을 메시지 신호 의 크기와 주파수로 변환한다.

Modulation (quadrature detector) -회로보드에 있는 FM변별기는 쿼드러쳐 검파기이다. -QUADRATURE DETECTOR 회로 블록에는 PHASE SHI FTER/LIMITER, PHASE DETECTOR, FILTER를 포함하 고 있다. -FM신호가 이상기/리미터의 입력으로 사용된다. -이상기/리미터는 주파수 편차를 위상편차로 변환한다. (약 90도 위상변화), 신호가 90도 위상차가 있을때 쿼드 러쳐를 이룬다.

Modulation (quadrature detector) -본래의 FM신호와 이상기/리미터를 거친 FM신호는 평 형변조기인 위상 검파기의 입력으로 사용된다. -위상 검파기는 FM주파수의 두배 주파수와, 두 입력신호 의 위상차에 의해 변화되는 직류 전압을 가진 신호를 출 력한다.

Modulation (quadrature detector) -위상검파기 입력신호의 위상차는 FM신호의 주파수 편 차에 의해 변화되므로 직류 출력 전압은 어떤 신호의 진 폭과 주파수에 따라 변화되는가? B a. FM반송파 신호 b. 메시지신호

Modulation (quadrature detector) -위상 검파기의 저역통과 필터 출력은 고주파 신호를 제 거하고, 변화하는 직류 출력 전압(복구된 메시지 신호) 만 통과시킨다.

Reference -아날로그 및 디지털 통신이론 (생능출판사, 김명진 저) -Principles of COMMUNICATIONS (WILEY, ZIEMER*TRANTER)

감사합니다