Искажения ЧМ-сигнала в радиотракте

Предположим, что на входе радиотракта РПУ с АЧХ и ФЧХ действует ЧМ-сигнал вида (рис.20). Напряжение сигнала на выходе радиотракта искажается вследствие ограниченности полосы пропускания радиотракта при бесконечном спектре .

Определить спектральным методом трудно из-за большого числа спектральных составляющих . Поэтому на практике напряжение определяют методом мгновенной частоты, согласно которому амплитуда входного сигнала умножается на , а к фазе входного сигнала добавляется фаза . Мгновенная частота входного ЧМ напряжения изменяется во времени; для напряжения с каждым значением имеется свой коэффициент усиления и фазовый сдвиг радиотракта. Следовательно,

Рисунок 20 – Импульсы, разнесенные во времени, в групповом сигнале

. (4.3)

Формула (4.3) не позволяет учесть переходные процессы в радиотракте, возникающие при изменении угловой частоты .

Согласно рис.21, коэффициент передачи радиотракта изменяется с удвоенной угловой частотй , а фаза - с угловой частотой модуляции. Диаграмма напряжения на выходе радиотракта показана на рис.22.

Так как значение меняется во времени с угловой частотой , с этой же частотой меняется огибающая выходного напряжения . На входе приемника амплитуда ЧМ-сигнала может быть постоянной, а на его выходе меняется во времени. Таким образом, при прохождении ЧМ-сигнала через радиотракт РПУ возникает паразитная (сопутствующая) амплитудная модуляция. Она устраняется в приемнике амплитудным ограничителем.

Рисунок 21 – Зависимость параметров радиотракта

Рисунок 22 – Диаграмма напряжения на выходе радиотракта

Кроме того, из-за изменения во времени в радиотракте возникает паразитная фазовая модуляция. Так как ФЧХ радиотракта нелинейна, то фаза меняется не строго по гармоническому закону (рис.22).

Функция - нечетная, периодическая, поэтому ее можно представить рядом Фурье:

.

Изменение фазы вызывают приращения угловой частоты выходного напряжения

.

Мгновенная угловая частота ЧМ-сигнала на выходе радиотракта

.

Так как частота отличается от частоты ЧМ-сигнала на входе радиотракта

,

то закон частотной модуляции нарушается и угловая частота меняется уже не по косинусоиде. Заметим, что из-за нелинейности ФЧХ радиотракта новые частотные составляющие в спектре выходного ЧМ-сигнала не возникают, однако происходит некоторая деформация спектра модулированного колебания, которая приводит к нарушению закона модуляции. Поэтому в напряжении на выходе ЧД помимо полезной составляющей с частотой появляются гармоники с угловыми частотами и т.д.

Таким образом, нелинейность ФЧХ радиотракта приемника ЧМ-сигналов приводит к нелинейным искажениям продетектированного сигнала. Особенно опасны искажения по третьей гармонике, которые можно оценить с помощью коэффициента . Для уменьшения коэффициента необходимо линеаризовать ФЧХ радиотракта, что обеспечивается расширением его полосы пропускания. Полосу пропускания радиотракта выбирают по допустимому значению .

Выводы:

1. При прохождении ЧМ-сигнала через радиотракт возникает сопутствующая паразитная амплитудная модуляция, которая устраняется в приемнике с помощью амплитудного ограничителя.

2. В радиотракте с нелинейной ФЧХ при прохождении ЧМ-сигнала возникает паразитная фазовая модуляция, нарушающая закон модуляции сигнала. По этой причине на выходе ЧД помимо полезной составляющей напряжения с модулирующей частотой появляются гармоники, приводящие к нелинейным искажениям сигнала.

3. Действие сосредоточенной помехи при приеме ЧМ-сигнала приводит к появлению паразитных амплитудной и фазовой модуляции. Сильный сигнал в приемнике ЧМ подавляет слабую помеху тем эффективнее, чем больше U_и по сравнению с U_П. При U_П>U_и более сильная помеха подавляет сигнал, что свидетельствует о наличии в приемнике пороговых свойств.

4. Для ослабления паразитной частотной модуляции, вызываемой наложением помехи на сигнал, необходимо обеспечить условие , для чего увеличивают уровень сигнала либо девиацию полезного сигнала .

5. Для обеспечения ФП в РПУ ЧМ-сигналов используют следящий прием.