4 Детектирование модулированных сигналов

Детектирование - процесс выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания или сигнала.

Детектирование может осуществляться при когерентном и некогерентном приеме сигналов.

При когерентном приеме, при детектировании, используются данные о начальной фазе сигнала.

При некогерентном приеме, при детектировании, не используются данные о начальной фазе сигнала.

Детектирование осуществляется в устройствах — детекторах. Условное графическое обозначение детектора имеет вид:

Рисунок 38 - Условное графическое обозначение детектора: а) при когерентном приеме, б) при некогерентном приеме

Характеристиками детектора являются: детекторная, частотная характеристики и коэффициент передачи.

Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей напряжения на выходе детектора от изменения информационного параметра несущей, подводимой к нему. При АМ информационным параметром является амплитуда, при ЧМ частота, при ФМ фаза.

Идеальная характеристика является линейной проходя через начало координат под углом a к оси абсцисс (рисунок 39). Реальная характеристика имеет отклонение, которые приводят к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Рисунок 39 - Детекторная характеристика детектора

Частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения Umu детектора от частоты модулирующего гармонического сигнала. Реальная характеристика имеет линейный характер и постоянна для Umu на всех частотах (рисунок 40). Отклонение реальной характеристики от идеальной приводит к частотным искажениям модулирующего сигнала. Также как и для модуляторов, по частотной характеристике определяют полосу пропускания детектора.

Рисунок 40 - Частотная характеристика детектора

Коэффициент передачи детектора определяется для гармонического модулирующего сигнала и равен отношению амплитуды гармонического сигнала Umu к амплитуде приращения информационного параметра несущей

Кд = Umu/?Um. (27)

Коэффициент передачи детектора можно определить из детекторной характеристики:

Кд = ktg ? (28)

где k — масштабный коэффициент пропорциональности.

1. Детектирование сигналов с гармоническими переносчиками

1.Детектирование сигналов с ам

Детекторы АМ-сигналов предназначаются для преобра­зования модулированного электрического колебания высокой частоты в напряжение (ток), изменяющееся по закону моду­ляции. Детекторы на нелинейных элементах строятся по струк­турной схеме, показанной на рис. 3.14.

Детектируемое напряжение описывается уравнением:

Простейшим и широко используемым является нелиней­ный диодный детектор, имеющий последовательную или па­раллельную схему включения диода (рис. 3.16).

Рассмотрим качественно явление, происходящее при де­тектировании. Предположим, что нелинейный элемент обла­дает вольтамперной характеристикой:

При воздействии на детектор амплитудно-модулированного напряжения в его выходной цепи протекает ток в виде высокочастотных импульсов с огибающей модулированного ко­лебания (рис. 3.17).

В спектре тока имеются колебания несущей частоты и ее гармоники, постоянная составляющая и составляющая с час­тотой модуляции. Среднее значение тока нелинейного элемента за период высокочастотного напряжения прямо пропорцио­нально площади импульса тока, протекающего через нели­нейный элемент в данный период. Площадь синусоидального импульса прямо пропорциональна его максимальному значе­нию, а огибающая импульсов по своей форме соответствует огибающей входного модулированного колебания. Поэтому и усредненное по периоду высокой частоты значение тока не­линейного элемента изменяется по закону модуляции. Таким образом, для выделения сигнала, изменяющегося по закону модуляции, достаточно произвести усреднение выходного тока (или напряжения) детектора.

Усреднение (или фильтрация) выходного напряжения де­тектора осуществляется с помощью нагрузки в виде фильт­ра, составленного из резистора R и емкости С. Постоянная времени этой цепи обычно выбирается из условия

При выполнении условия (3.61) детектор безынерционен по отношению к модулирующему напряжению и поэтому на­зывается безынерционным. При нарушении неравенства RС << Т_Ω детектор становится инерционным, в результате мо­дулирующий сигнал воспроизводится в искаженном виде. Обычно условие безынерционности детектора предполагает­ся выполненным.

Для детектирования импульсных радиосигналов приме­няются схемы обычных амплитудных детекторов, которые от­личаются параметрами элементов.

Детектор импульсных радиосигналов осуществляет либо выделение огибающей каждого входного радиоимпульса, либо выделение последовательности входных радиоимпульсов. В первом случае на выходе детектора формируются импульсы

различной амплитуды (видеоимпульсы). Такой детектор на­зывают импульсным (рис. 3.18а). Во втором случае последо­вательность импульсов высокой частоты преобразуется в на­пряжение, форма которого повторяет форму огибающей пос­ледовательности. Поскольку выходное напряжение в этом слу­чае пропорционально максимальному (пиковому) значению ам­плитуды импульсов последовательности, детектор называют пиковым (рис. 3.186). Так как частота изменения огибающей последовательности импульсов существенно меньше частоты следования импульсов, то фактически импульсный и пико­вый детекторы различаются только величиной посто­янной времени цепи нагрузки.