книги / Радиоприемные устройства.-1

Напряжение на выходе линейного детектора будет пропорционально амп­ литуде U с учетом действия сигнала и помехи. Поэтому, разделяя эти состав­ ляющие, в соответствии с (10.14) находим отношение С/П:

Из (10.15) следует, что если Um > ^ тп0 >то амплитудный детектор обеспечивает дополнительное подавление помехи, при этом чем больше ^mco/^mno на вх°Де детектора, тем больше достигаемый выигрыш. Так, ео

сильным сигналом хорошо проявляется при приеме сигналов местных радио­ станций, когда оказываются не слышными сигналы соседних, менее мощных радиостанций, что воспринимается как существенное улучшение качества при­ ема.

Следует обратить внимание на то, что рассматриваемое явление подобно подавлению помехи в синхронно^ (когерентном) детекторе (см,.п. 6.2.4). Не­ обходимым условием подавления является наличие в детекторе сильного по­ лезного сигнала, присутствующего в спектре входного сигнала (как в рассмат­ риваемом случае), или создаваемого опорного колебания с точностью до фазы (как в синхронном детекторе).

Нетрудно доказать, что в инерционном детекторе, когда неравенство (6.47) для £2б не выполняется, теряется свойство подавления слабой помехи и отношение С/П не изменяется. Так как инерционные свойства в соответст­ вии с (6.47) будут определяться частотой биений £2б , при приеме в условиях существенно удаленных по частоте помех (£2б велика) детектор может стать инерционным и подавление помехи проявляться не будет. Однако удаленные помехи подавляются в избирательных цепях РПУ, поэтому становятся неопас­ ными. И наоборот, для близко расположенных помех детектор является прак­ тически безынерционным, что обеспечивает их эффективное подавление в тех случаях, когда избирательность тракта недостаточна?

10.1.5.Синхронный радиоприем сигналов с AM

Вп. 6.2.4 было рассмотрено детектирование сигналов с AM с помощью синхронного (когерентного) детектора. В структурных схемах радиоприем­ ников с таким детектором (см. § 1.2) может использоваться непосредствен­ ное (Чпрямое,г) детектирование принимаемого сигнала или синхронное детек­

тирование колебания промежуточной частоты в типовой структуре супергете­ родинного РПУ.

Возможны различные способы получения напряжения опорного колебания для синхронных детекторов: на основе узкополосной фильтрации несущей принятого сигнала; с помощью его амплитудного ограничения; на основе пря­ мого захватывания несущим колебанием колебания опорного генератора; с помощью ФАПЧ (см. § 9.6) и др. Возможны комбинации указанных способов. Так, например, на рис. 10.4, а дана структурная схема тракта при­ ема на основе совмещения способов фильтрации несущего колебания узкопо-

а

яостплм фильтром (УФ) и захватывания генератора опорного колебания. Для последнего метода детектирования характерна высокая точность синхрониза­ ции, однако он требует сложных узкополосных фильтров.

На рис. 10.4, б приведена структурная схема тракта приема на основе амп­ литудного ограничения принятого сигнала. При достаточно глубоком ограни­ чении, что достигается предварительным усилением и соответствующим выбо­ ром порога ограничения, происходит значительное подавление боковых коле­

прост в реализации, однако неэффективен в случае асимметрии спектра полез­ ного сигнала и требует высокой точности амплитудного ограничения.

На рис. 10.4,в приведена структурная схема тракта приема, которая мо­ жет работать при отсутствии несущего колебания во входном сигнале x ( t ) (так называемая схема Д.Костаса). Напряжение управляемого генератора опорного колебания (УГ) подается на два фазовых детектора Ф Д и ФДЦ , причем для последнего со сдвигом на 7г/2. При точной настройке УГ и точной

фазового детектора ФД3 также равно нулю. Поэтому напряжение на выходе управителя (У) отсутствует и не воздействует на УГ.

В случае расстройки УГ на выходе ФД^ появляется напряжение, что вызы­ вает срабатывание ФД3 и управителя, перестраивающего УГ.

10.2. Радиоприем сигналов с одной боковой полосой

10.2,1. Детектирование сигналов с одной боковой полосой

Переход от двухполосной AM (с несущим колебанием, верхней и нижней боковыми полосами частот) к однополосной AM, т. е. с одной боковой поло­ сой (ОБП) частот и подавленной (частично или полностью) несущей, имеет свои преимущества. Они заключаются в экономии ширины спектра излучения радиопередатчика, его мощности, уменьшении влияния селективных замираний (см. п. 10.1.1). При приеме сигнала с ОБП улучшается отношение С/П из-за су­ жения примерно в два раза эффективной полосы пропускания РПУ (см. (8.16)). Прием таких сигналов должен осуществляться на РПУ с соответству­ ющим образом суженной полосой пропускания. Однако особенности сигналов с ОБП требуют изменения структуры РПУ с AM из-за невозможности детекти­ рования в обычном некогерентном детекторе и трудностей осуществления АРУ по сигналу.

Рассмотрим особенности РПУ сигналов с ОБП. Пусть сначала на обычный некогерентный детектор AM-сигнала подается колебание одной боковой поло­ сы частот при модуляции гармоническим колебанием с частотой J2:

текор модулирующее колебание в нем выделено не будет, так как в токе де­ тектора содержатся лишь гармоники колебания высокой частоты (coQ+ 12).

Усложним модель входного сигнала, добавив к колебанию (10.16) подав­

= N (t) sinco0f + Л/(т) cosco0/ ,где N (t) = Um(> +Um6cosSlt) M (t)= U mg in m

<p(t) = arctg m

M(t)

Влинейном детекторе выходное напряжение будет повторять колебание A (t) . Как следует из анализа ( 10.18), закон модуляции при этом искажается,

т.е. при исходной гармонической модуляции с частотой 12 на выходе ФНЧ де­ тектора будут присутствовать гармоники этой частоты *(212, 312 и т.д.), т. е. возникнут нелинейные искажения.

Осуществляя гармонический анализ ( 10.18), можно получить выражение

для коэффициента гармоник низкочастотного сигнала

Из (10.19) следует, что величина К т определяется отношением амплитуд бокового и несущего колебаний. Для уменьшения нелинейных искажений сле­ дует увеличивать уровень несущего колебания. Однако это ухудшает энергети­ ческие характеристики сигналов с ОБП, поэтому целесообразно несущее коле­ бание на передающей стороне подавлять (полностью или частично), а требуе­ мое по уровню для детектирования колебание UmQ создавать в РПУ. Для это­ го в структуре РПУ необходимо предусмотреть вспомогательный генератор ( ’Генератор несущей *), частота которого равна частоте принимаемого сигнала.

Возможны и другие способы детектирования сигналов с ОБП - с по­ мощью синхронного (когерентного) детектора и балансного детектора АМсигналов.

Если в качестве синхронного детектора использовать перемножитель и ФНЧ (см. рис. 6.16, 6) то у = xs , где s у £/m0sinoj0f , х = С/ бйп(6о + 12) t +

10.2.2.Восстановление несущего колебания при детектировании сигнала

содной боковой полосой

Как следует из изложенного, в РПУ сигналов с ОБП следует включить вспомогательный генератор, который должен обеспотигь достаточно большую амплитуду, что не представляет трудностей, и нужное соответствие с частотой OJQ несущего колебания. Для синхронного метода детектирования требуется восстановление несущего колебания с точностью до фазы.

Таким образом, структурная схема управления генератором вспомога­ тельного несущего колебания (ГНК) должна содержать блок синхронизации. Для осуществления синхронизации в спектр ОБП сигнала ’’замешивается” по­ давленный ’’остаток” несущего колебания или специальный ”пилот-сигнал”, положение которого на приемной стороне должно быть точно известно.

Рассмотрим требования к генератору несущей более подробно. Спектр мо­ дулированного колебания на передающей стороне показан на рис.10.6, а , где Uo н - амплитуда "остатка” несущей; U. - амплитуда боковых колебаний, со­ ответствующих определенной модулирующей функции; сон —частота несуще­ го колебания. В случае точного восстановления несущего колебания в РПУ час-

а

%

1 . АО)

восстановления несущего колебания его частота а>в н ^ сон , причем а>в н - - CJH = До> Тогда на выходе детектора частоты модулирующих колебаний будут отличаться от частоты при точном восстановлении несущего колебания на величину До; (рис. 10.6, б). Это приводит к нарушению гармонического со­ става принимаемого сигнала. Тогда при передаче речи и музыки теряется гар­ моничность звучания, для дискретных сигналов изменение кратности модули­ рующих частот (£2 + Д а;, 2£2 + Д а ;, 3£2 + Д а;,... вместо £ 2 ,2£2,312,...) при­ водит к изменению формы колебания после детектора. Поэтому величину Да; следует нормировать: для высококачественного радиовещания она не должна превышать 1—2 Гц, для передачи дискретной информации —10-20 Гц,

Таким образом, в РПУ сигналов с ОБП необходимо предусмотреть высо­ кую точность частоты вспомогательного генератора. Такая точность достигает­

В обоих случаях величина Доо должна стремиться к нулю. Первый способ ока­ зывается предпочтительным на практике, так как стабилизация частоты пере­ страиваемого генератора представляет известные технические трудности. По­ этому в РПУ сигналов с ОБП обычно используют высокостабильный генератор несущей (например, кварцевый), а условие Дсо 0 достигается путем автоподсгройки частоты гетеродина РПУ, что приводит к смещению всего спектра принятого сигнала с ОБП относительно сов .

Структурные схемы этой части РПУ могут быть выполнены по-разному: с помощью прямого метода АПЧГ с вынесением разности Дсо в тракт промежу­ точной частоты; с использованием преобразования разности на низкую часто­ ту, что повышает точность подстройки частоты.

6

Рис. 10.8

В структуре, приведенной на рис. 10.8, сигнал после фильтра остатка не­ сущей (ФОН) на частоте сон усиливается и сравнивается в устройстве частот­ ного сравнения (УС) с сигналом ГНК на частоте сов н Если частоты сон и сов н отличаются, то управитель системы АПЧГ осуществляет подстройку ге­ теродина по критерию минимума различия частот со и <ов „ . На вход детек­ тора поступают два колебания —ОБП и ГНК, что обеспечивает высококачест­ венное детектщювание.

Рис. 10.9

В структуре, показанной на рис. 10.9, сигнал высокостабильного генера­ тора низкочастотного колебания с частотой £2 смешивается в смесителе ПЧ1 с сигналом ГНК, в результате чего на его выходе получается колебание сов н -

лебание низкой частоты £2 и колебание также низкой частоты £2 — До? . Это облегчает точное сравнение частот колебаний в области низких час­ тот в УС. Для получения опорного колебания в структурах могут быть использованы методы, аналогичные применяемым при синхронном детектиро­ вании.

Для управления усилением в системах АРУ недостаточно выделения сигна­ ла ОБП, так как он несет информацию как об уровне сигнала в месте приема, так и о модулирующей функции, причем эти два вида информации невозмож­ но отделять друг от друга. Поэтому следует выделить остаток несущего коле­ бания или ’’пилот-сигнал”, не содержащие закон модуляции. Выделение осуще­ ствляется с помощью ФОН (см. рис. 10.8), после которого усиленное напряже­ ние используется для управления усилением РПУ в соответствии с известными принципами (см. главу 7). Так как остаток несущ® мал, необходимо принять меры по повышению помехоустойчивости АРУ при действии помех.

10.3.Радиоприем сигналов с ЧМ

10.3.1.Характеристики сигналов с ЧМ

Вследствие относительно высокой помехоустойчивости и простоты реали­ зации как на передающей, так и на приемной стороне радиоканала, передача информации с помощью ЧМ получила широкое распространение. Системы ЧМ применяются в высококачественном радиовещании на УКВ, для звукового со­ провождения в телевидении (метровые и дециметровые волны), в радиосвя­ зи: многоканальной, космической, спутниковой, низовой и т.д.

При частотной модуляции в соответствии с модулирующим сигналом из­

При малых индексах (М < 1) в соответствии с (10.25) Шчм » , т. е. независимо от вида модуляции полосы AM- и ЧМ-сигналов примерно оди­ наковы. Поэтому частотную модуляцию с М < 1 называют узкополосной.

10.3.2. Воздействие гармонических и флуктуационных помех на прием сигналов с ЧМ

В общем случае поражения сигнала с ЧМ требуется исследование воздейст­ вия на РПУ двух процессов: полезного сигнала с известными параметрами Д<ошах , ^ max *М и определенного вида помехи (гармонической илифлуктуационной). Ввиду сложности строгого и полного анализа процессов в РПУ при таких воздействиях рассмотрим их поэтапно.

Очевидно, что на выходе РПУ с AM будет проявляться паразитная AM, ко­ торая выражается в изменении амплитуды £/m0(f) под действием помехи с глубиной mAM = 1/А . Напряжение сигнала на выходе РПУ с AM будет опреде­