3. Детектирование импульсных сигналов

Различают два вида детектирования импульсных сигналов:

- детектирование радиоимпульсов — преобразование в видеоимпульсы, т. е. выделение огибающей каждого импульса из принятой последовательности;

- пиковое детектирование — выделение огибающей всей последовательности радиоимпульсов. Пиковое детектирование может осуществляться в два этапа. Вначале радиоимпульсы преобразуются в видеоимпульсы, а затем после дополнительного усиления и временной селекции в видеоусилителе происходит пиковое детектирование последовательности видеоимпульсов.

Обычно интервал между импульсами намного превышает длительность импульса, поэтому детектирование каждого радиоимпульса можно рассматривать независимо. Как правило, требуется, чтобы напряжение видеоимпульса по форме мало отличалось от огибающей радиоимпульса. Искажение импульсов при детектировании характеризуется длительностями фронта и среза импульса. Время установления напряжения на нагрузке детектора определяется скоростью заряда емкости через открытый диод и занимает 2 ...3 периода частоты заполнения радиоимпульса. Поскольку напряжение на нагрузке вначале мало, начальный угол отсечки тока диода близок к 90° и входное сопротивление детектора мало. Оно сильно шунтирует выходной контур усилителя промежуточной частоты, подключенный к детектору. По мере увеличения напряжения на нагрузке угол отсечки уменьшается, входное сопротивление детектора увеличивается и напряжение на контуре стремится к установившемуся значению.

По окончании радиоимпульса диод запирается и начинается разряд емкости через по экспоненциальному закону:

(63)

Временем среза считается интервал, в течение которого напряжение на нагрузке уменьшится до 10% от Из (108):

(64)

Обычно , поэтому при расчетах постоянной времени нагрузки исходят из (63), зная допустимое время среза . Возможности уменьшения ограничены, обычно принимают . Приходится выбирать малые значения , что приводит к уменьшению коэффициента передачи и входного сопротивления детектора. Чтобы не допускать резкого уменьшения коэффициента передачи, выбирают , где T — период несущей сигнала. При этом .

В пиковом детекторе при большой скважности импульсов постоянная времени получается значительной, поэтому резистор не включают, а его роль выполняет обратное сопротивление диода.

2. Преобразователи частоты

   1. Общие принципы гетеродинного преобразователя частоты

Если приемник настроен на угловую частоту , то через его резонансные цепи проходит часть спектра напряжения, возбуждаемого электромагнитными волнами в антенне. Биения спектральных составляющих этой части спектра образуют квазигармоническое напряжение со сложно меняющейся частотой и фазой вида .

Оно подобно модулированному сигналу или является им (если приемник настроен на сигнал и отсутствует помеха). Изменения амплитуды U(t) и фазы происходят с частотами биений, максимальная из которых равна максимальной разности частот, составляющих спектр, т. е. равна полосе пропускания П тракта, на выходе которого наблюдается выделенный спектр. Если П значительно меньше частот колебаний, то эти изменения относительно медленны, что позволяет считать суммарное колебание квазигармоническим.

Функция преобразователя частоты — сдвиг выделенного спектра по частоте без изменения его структуры и, следовательно, без изменения закона модуляции сигнала, образующего этот спектр или в него входящего. При помощи гетеродина с угловой частотой и фазой спектр преобразуется к виду:

(65)

Рис. 36

При преобразование частоты называется преобразованием на гармониках гетеродина или преобразованием порядка .

Рассмотрим в качестве примера сигнал с простым спектром из составляющих (рис. 36, а.); при этом частота гетеродина может быть ниже либо выше частот и для этих двух случаев обозначается далее и . При преобразовании 1-го порядка в случае частоты преобразуются в ; ; (рис. 36, б.). При составляющие преобразованного спектра ; ; (рис. 36, в). В этом случае спектральные линии преобразованного спектра расположатся на оси частот в обратном порядке по сравнению с рис. 36 а и б. Такой спектр называется инвертированным, а создающий его преобразователь — инвертирующим.

В приемнике спектр колебаний переносится из любого участка диапазона радиочастот в полосу пропускания усилителя промежуточной частоты при помощи цепи с переменным коэффициентом передачи. Для изменения параметров в цепь включают один или несколько элементов с нелинейными характеристиками и воздействуют на них переменным напряжением от гетеродина. Желательно, чтобы нелинейность заметно не проявлялась в отношении преобразуемого спектра, т. е. чтобы действие этого спектра не создавало гармоник и составляющих с комбинационными частотами. В этом случае цепь, параметры которой периодически изменяются под воздействием гетеродина, будет линейной по отношению к преобразуемому спектру.

В качестве нелинейного элемента чаще всего используют диоды и транзисторы. Если, например, напряжение от гетеродина действует на элемент с нелинейной характеристикой, то его проводимость g изменяется с частотой и может быть представлена рядом Фурье:

(66)

Если на нелинейный элемент действует напряжение с преобразуемым спектром, то каждая его спектральная линия вызовет ток . Перемножение с заменой произведений косинусов функциями суммарных и разностных углов дает:

(67)

Отсюда видно, что к спектру составляющих с частотами прибавляются сдвинутые спектры с частотами составляющих и (или , если ). Каждый из дополнительных спектров имеет ту же структуру, что и исходный. Если это спектр модулированного сигнала, то на новой частоте сигнал соответственно остается модулированным по тому же закону. Если на этот спектр наложены помехи, то и они с измененными частотами сохраняются в преобразованном спектре.

Аналогичные результаты дает и реактивная нелинейность. Если емкость то действие спектральной составляющей вызовет в элементе с такой емкостью ток , где — заряд. В этом случае Подставив сюда значение и C получим сумму, члены которой содержат произведения вида Отсюда видно, что и в этом случае спектр тока содержит помимо первоначального спектра составляющие с частотами .