Детектирование ЧМ сигналов

Для построения частотных детекторов используются два метода связанные с преобразованием вида модуляции:

1) преобразование ЧМ в АМ с последующим амплитудным детектированием,

2) преобразование ЧМ в ФМ с последующим фазовым детектированием

Первый метод реализован в схеме частотного детектора с расстроенными контурами (рис. 3.41). Преобразователь ЧМ в АМ выполнен на двух колебательных контурах, расстроенных относительно частоты сигнала и , где Dw_р (расстройка) выбирается таким образом, чтобы получить максимальную линейность рабочего участка характеристики детектирования. Амплитудные детекторы выполнены по выше рассмотренной схеме диодного детектора огибающей (рис. 3.24).

Вычислим характеристику детектирования (ХД) , где – частота входного гармонического сигнала.

, (3.12)

где U_с – амплитуда входного сигнала ,

m - коэффициент передачи входного трансформатора,

– обобщённая расстройка

1-го контура,

– обобщённая расстройка

2-го контура.

На рис. 3.42 утолщённой линией приведён график ХД, соответствующий выражению (3.12). Относительно линейная часть ХД используется в качестве её рабочей области. Нетрудно видеть, что требуется тщательное симметрирование схемы (Q1 = Q2 = Q) и настройка контуров на частоты , правильный выбор которых зависит от добротности Q. Сложность настройки – главный недостаток данного частотного детектора, а к его достоинствам можно отнести возможность получения высокой крутизны ХД при Q >> 1.

Выводы

1. Частотный детектор с расстроенными контурами работает по методу преобразования ЧМ в АМ с последующим амплитудным детектированием.

2. Достоинством данного частотного детектора является возможность достижения высокой крутизны его ХД.

3. Основной недостаток – сложность настройки. От неё зависит степень линейности рабочего участка ХД.

4. Частотный детектор (рис. 3.41) целесообразно использовать при приёме сигналов с цифровой ЧМ, когда важна крутизна ХД, а степень её линейности роли не играет.

Преобразование ЧМ в ФМ с последующим фазовым детектированием используется в частотном дискриминаторе, схема которого приведена на рис. 3.43. В этой схеме преобразование ЧМ сигнала u₁(t) в ФМ сигнал u₂(t) осуществляется колебательным контуром L2 C2, настроенным на частоту сигнала а фазовый детектор (ФД) выполнен по балансной схеме, содержащей перемножитель напряжений и на диодах VD1, VD2 и ФНЧ 1-го порядка (RC нагрузка). Вспомогательные элементы разделительный конденсатор С_р и дроссель L_др служат для подачи входного напряжения в качестве опорного на второй вход перемножителя. Определим ХД частотного дискриминатора – зависимость его выходного напряженияот частоты входного гармонического сигнала. Учитывая (3.11), имеем ,

где g - коэффициент пропорциональности, = const,

Dj – фазовый сдвиг между и .

,

где М – взаимная индуктивность между L₁и L₂,

– характеристическое сопротивление контура,

r – сопротивление потерь контура,

Q – добротность контура,

– обобщённая расстройка.

. .

, (3.13)

где .

На рис. 3.44 приведён график ХД (кривая 4), построенный по выражению (3.13), а также ряд вспомогательных кривых:

1) ,

2) arctgx,

3) sin(arctgx).

Рис. 3.44. Характеристика детектирования частотного дискриминатора

Выводы

1. Частотный дискриминатор реализует метод преобразования ЧМ в ФМ с последующим фазовым детектированием.

2. Частотный дискриминатор прост в настройке, т.к. его контур настраивается на частоту сигнала .

3. Обеспечивается высокая степень линейностирабочего участка ХД вне зависимости от настройки контура.

4. Частотный дискриминатор целесообразно применять при приёме сигналов с аналоговой ЧМ, когда важна линейность ХД.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения видам модуляции: угловая, фазовая, частотная.

2. Каким образом можно с помощью фазового модулятора получить ЧМ сигнал?

3. Каким образом можно с помощью частотного модулятора получить ФМ сигнал?

4. Что представляет собой векторная диаграмма колебания с угловой модуляцией?

5. Дайте определения индексу модуляции и девиации частоты. Какая между ними связь?

6. Какой спектр имеет простое колебание с УМ?

7. Как определяют практическую ширину спектра ФМ и ЧМ сигналов?

8. Нарисуйте схему фазового детектора. Какой вид имеет его ХД?

9. Какие методы используются при построении частотных детекторов?

10. Нарисуйте схему частотного детектора с расстроенными контурами.

11. Напишите аналитическое выражение ХД частотного детектора с расстроенными контурами, нарисуйте и объясните её форму.

12. Нарисуйте схему частотного дискриминатора.

13. Напишите аналитическое выражение и нарисуйте форму ХД частотного дискриминатора.

14. Проведите сравнительный анализ частотных детекторов разных типов.