8.3 Синхронные детекторы

В синхронных детекторах под воздействием гетеродина периодически во времени меняются параметры цепи (наиболее часто используется изменение крутизны преобразовательного элемента).

Поскольку к таким устройствам относятся преобразователи частоты, то структурная схема параметрического АД совпадает со структурной схемой преобразователя частоты (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Структурная схема преобразователя частоты

Основное отличие параметрического АД от преобразователя частоты состоит в том, что частоту гетеродина выбирают равной частоте несущего колебания на входе детектора и, таким образом, реализуется нулевая промежуточная частота. Гетеродин должен быть синхронным с сигналом, т.е. частота гетеродина равна частоте сигнала, а фаза колебаний гетеродина совпадает по фазе или противофазная фазе принимаемого сигнала. В силу сказанного, АД такого типа называются синхронными. В преобразователях частоты частота сигнала и гетеродина различны и отличаются на величину промежуточной частоты.

Принцип работы синхронного детектора аналогичен принципу работы преобразователя частоты. Ток на выходе преобразователя при с учетом начальной фазы колебаний гетеродина можно записать:

.

(8.1)

Из этого выражения следует, что ток i_вых содержит составляющие различных частот , 2 и составляющую нулевой частоты. Таким образом, в выходном токе возникают новые частотные составляющие. Составляющая с нулевой частотой является результатом детектирования входного сигнала, выделяемого на апериодической нагрузке детектора. Таким образом, напряжение на выходе синхронного детектора имеет вид:

.

(8.2)

Для выделения продетектированного сигнала используется фильтр, состоящий из параллельной R_нC_н цепи. Выходное напряжение синхронного детектора равно:

.

(8.3)

Амплитудный детектор создает напряжение в соответствии с законом изменения амплитуды входного сигнала. Кроме того, напряжение U_вых зависит от разности фаз

.

(8.4)

Таким образом, параметрический амплитудный детектор реагирует одновременно на два параметра входного сигнала U_с, f_с. Для работы синхронного детектора необходимо, чтобы фазы гетеродина и сигнала совпадали (либо были противофазны), а напряжение на выходе в синхронном режиме равно . При этом имеем .

Если , то и напряжение на выходе . Следовательно, необходима не только синхронность, но и синфазность напряжения гетеродина с напряжением сигнала.

Для реализации синхронности и синфазности гетеродина создается специальная цепь синхронизации, включающая в себя фильтр для выделения несущего колебания U_с, которое подводится к фазовому детектору системы автоматической подстройки частоты гетеродина (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Структурная схема преобразователя частоты с автоматической

подстройкой частоты

Среди основных достоинств синхронного детектора выделим следующие:

– линейность амплитудной характеристик, начиная с очень слабых сигналов;

– частотная избирательность осуществляется за счет изменения параметров выходного фильтра (при этом легко получить узкую полосу пропускания всей системы), а частота настройки синхронного детектора определяется частотой гетеродина.

В радиолокации нашел широкое применение, так называемый, асинхронный режим работы синхронного детектора. В этом случае разность фаз гетеродина и сигнала меняется по случайному закону, в результате чего амплитуда отраженного импульса изменяется в зависимости от разности фаз. Это создает на выходе системы флуктуирующий сигнал по амплитуде, в то время как сигналы от местности приходят с неизменной фазой, а амплитуда сигналов от местных предметов не флуктуирует. Таким образом, удается выделить сигнал от цели на фоне местных неподвижных предметов.