Теоретическая часть. Синхронное детектирование – метод демодуляции однополосно-модулированных сигналов, который также применим для двухволосной и амплитудной демодуляции

Синхронное детектирование – метод демодуляции однополосно-модулированных сигналов, который также применим для двухволосной и амплитудной демодуляции. Одним из важнейших условий безошибочной работы этого детектора – соблюдение синхронности между несущей модулированного сигнала и локальной несущей демодулятора. Маленькая ошибка частоты может привести к бесконечному изменению амплитуды сигнала, большая может сделать сообщение невоспроизводимым. Ошибка фазы может значительно ослабить и исказить сигнал, вплоть до полного его отсутствия на выходе схемы в случае ошибки на 90°.

Когда вы производили опыты по синхронному детектированию на лабораторных установках EMONA DATEx, эти проблемы синхронизации не принимались во внимание, т.к. обе несущих – сигнала и местную – мы брали из одного источника. Очевидно, что на практике это невозможно.

До недавнего времени самым распространенным методом достижения синхронизации несущих было добавление передаваемый однополосно-модулированный сигнал (SSB) исходной несущей. Этот сигнал назывался пилотной несущей и по уровню был гораздо меньше, чем основной (обычно – 20дБ). Этот сигнал обрабатывался приемником и использовался в качестве локальной несущей синхронного детектора.

Очевидным методом выделения пилот-сигнала является использование полосового фильтра. Но это непрактично, т.к. в ту часть пропускаемого спектра, которая отводится на случаи отклонения частоты несущей, могут попадать и части информационного сигнала.

Более практичное решение – это использование фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). ФАПЧ эффективно восстанавливает пилотную несущую с помощью генерации нового сигнала, синхронизированного с пилот-сигналом. Блок-схема ФАПЧ представлена на рисунке 1. Блок VCO – местный осциллятор демодулятора.

Рисунок 8.1.

Давайте более подробно остановимся на работе этой схемы. Предположим, что между ФНЧ Low-pass Filter и осциллятором VCO связи нет. В таком случае, мы получаем схему синхронного детектора как на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2

Предположим, что на вход ФАПЧ подается немодулированная несущая, а сигнал на выходе осциллятора – синусоида с такой же частотой. Математические расчеты говорят нам о том, что на выходе перемножителя сигнал будет состоять из постоянной составляющей и переменной с частотой равной сумме частот входящих сигналов. Важно, что величина постоянной составляющей является функцией разности фаз между двумя несущими. Разность фаз 0° производит самую большую постоянную составляющую, а разность фаз ±90° производит постоянное напряжение 0В. Иными словами, если есть разность фаз, отличная от 90° - на выходе перемножителя будет присутствовать постоянная составляющая.

Теперь предположим, что частота сигнала на выходе осциллятора медленно меняется. Последствий на выходной сигнал перемножителя будет два. Во-первых, частота выходных синусоид изменится. Во-вторых, что немаловажно, результатом продолжительного изменения разности фаз станет соответствующее этому изменение величины постоянной составляющей выходного сигнала (по сути, теперь она уже не будет постоянной).

Фильтр низких частот не пропустит быстроизменяющиеся переменные составляющие, но медленноизменяющаяся постоянная составляющая пройдет дальше по цепи. Итак, когда выход ФНЧ соединен со входом осциллятора, меняющаяся постоянная составляющая вызовет изменение частоты осциллятора. Неизбежно, в какой-то момент оба сигнала на входе перемножителя будут иметь одну и ту же частоту и разность фаз равную 90°. Когда это произойдет, постоянное напряжение на выходе перемножителя станет равным нулю и фазовая подстройка частоты прекратится. После этого любые изменения выходной частоты осциллятора будут автоматически генерировать постоянное напряжение, которое будет исправлять их и возвращать частоту, равную частоте несущей.

Как и необходимо, теперь на выходе осциллятора синусоидальное колебание с частотой, равной частоте несущей, и сдвинутое относительно неё по фазе на 90°. Для использования этого сигнала в качестве локальной несущей эта разница фаз будет исправлена.