21 Синхронное (когерентное) детектирование ам сигналов
Диодный детектор дает хорошие результаты при детектировании АМ сигнала с высоким уровнем (несколько вольт). Для детектирования АМ сигналов с малым уровнем (десятые доли вольта или меньше), БМ и ОМ сигналов применяют синхронное (когерентное) детектирование, при котором напряжение на выходе детектора зависит не только от амплитуды, но и от фазы входного сигнала.
Синхронным называется детектирование высокочастотных колебаний, при котором используется специально выделенное несущее колебание.
Синхронный детектор (СД) можно рассматривать как преобразователь частоты при частоте гетеродина, совпадающей с частотой сигнала. Поэтому он называется синхронным.
Рисунок 21.1 – Структурная схема СД.
- опорный генератор
(гетеродин). Формирует (генерирует)
опорный сигнал, совпадающий по частоте
и фазе с несущей АМ сигнала.
ФАПЧ – система фазовой автоподстройки частоты опорного генератора. Выделяет несущую сигнала, которая используется для подстройки частоты и начальной фазы гетеродина.
- перемножитель.
Перемножает АМ и опорный сигналы. Сигнал
на его выходе:
В качестве перемножителя может быть использован балансный модулятор, специальный аналоговый перемножитель на микросхеме.
ФНЧ – фильтр нижних частот. Выделяет низкочастотные составляющие этого сигнала. Сигнал на выходе ФНЧ:
В спектре БМ и ОМ сигналов несущая отсутствует. При этом для получения опорного сигнала применяются два технических решения:
- вместе с БМ и ОМ сигналами передается пилот-сигнал, представляющий собой остаток несущей;
- при полностью подавленной несущей используется местная несущая, формируемая на приеме специальным высокостабильным генератором несущей.
Достоинства:
- такое детектирование линейное, т.е. имеется прямая пропорциональная зависимость между значениями выходного напряжения детектора и огибающей входного АМ сигнала;
- СД можно использовать для детектирования ФМ сигналов, т.к. он реагирует на фазу входного сигнала;
- отсутствие эффекта подавления слабого сигнала сильной помехой (равенство отношений сигнал-помеха на входе и выходе детектора);
- СД характеризуется частотной избирательностью (чем больше разность частот сигнала и помехи, тем меньшее напряжение помехи создается на выходе СД).
Недостаток:
- значительные технические трудности обеспечения синхронности и синфазности опорного и принимаемого сигналов.
При несовпадении фаз выходной сигнал оказывается умноженным на косинус фазовой ошибки:
При
напряжение максимально; при
амплитуда сигнала занижается; а при
напряжение равно нулю, что делает
невозможным прием сигнала.
При несовпадении
частот сигнал демодулятора оказывается
умноженным на гармоническое колебание
с разностной частотой (начинает
пульсировать с частотой биений
):
22 Детектирование чм сигналов
22.1 Принцип работы частотных детекторов
Частотный детектор (ЧД) – устройство, напряжение на выходе которого зависит от частоты входного сигнала.
Для восстановления модулирующего сигнала из ЧМ сигнала только нелинейного устройства недостаточно, т.к. в реакции любого НЭ на ЧМ сигнал имеются только модулированные гармоники частоты несущей и нет низкочастотных составляющих.
Для доказательства рассмотрим нелинейное преобразование ЧМ сигнала. Пусть ВАХ НЭ аппроксимирована полиномом:
,
где
.
Оказывается, что ток НЭ не содержит информационной низкочастотной компоненты:
Следовательно, требуется дополнительное преобразование ЧМ сигнала. ЧД работают по принципу преобразования ЧМ в другой вид модуляции с последующим детектированием преобразованного вида модуляции. В зависимости от характера преобразований ЧМ различают частотно-амплитудные, частотно-фазовые и частотно-импульсные детекторы.
В частотно-амплитудных детекторах изменение частоты сигнала преобразуется в изменение амплитуды, которое выделяется АД. В частотно-фазовых детекторах изменение частоты преобразуется в изменение фазового сдвига между двумя напряжениями с последующим фазовым детектированием. В частотно-импульсных детекторах ЧМ сигнал преобразуется в один из видов импульсной модуляции с последующим детектированием с помощью ФНЧ или счетной схемы.