13 Лекция №16 Тема: Детектирование сигналов с угловой модуляцией

Цель:

изучить функциональные и схематические особенности частотного и фазового детектирования, а также детектирования в цифровых и стереофонических при­ёмни­ках.

Вопросы:

1. Функциональные и схематические особенности частотных детекторов.

2. Функциональные и схематические особенности фазовых детекторов.

3. Особенности детектирования цифровых радиосигналов.

4. Особенности детекторной обработки стереофонических сигналов.

Материальное обеспечение: проектор, рисунки: 17.1 - 1713.

Литература: [2] - стр. 224 - 236; 296 - 299; 312 - 314.

Содержание лекции

1 Функциональные и схематические особенности частотных детекторов

При частотной модуляции по закону модуляции изменяется частота ВЧ -колебания, а его амплитуда остаётся постоянной. Так, при гармоническом законе модуляции частота изменяется в соответствии с выражением:

,

где - несущая (средняя) частота;

- амплитуда отклонения частоты от среднего значения (девиация частоты);

- частота модуляции.

Величина

называется индексом частотной модуляции. Различают узкополосную () и

широкополосную () частотную модуляцию (ЧМ).

На рисунке 17.1, а) в соответствии с приведённым выражением показано, как изменяется частота при ЧМ, а на рисунке 17.1, б) показано, как выглядит ЧМ - напряжение.

Рисунок 17.1

Частотные детекторы (ЧД) предназначены для преобразования ЧМ - колеба­ния высокой частоты в напряжение, меняющееся по закону частотной модуляции. Рассмотрим основные характеристики ЧД:

1) Детекторная характеристика (ДХ) - это зависимость постоянного (выпрямленного) напряжения на выходе детектора от частоты входного сигнала, т.е.

.

Детекторная характеристика ЧД показана на рисунке 17.2.

Рисунок 17.2

2) Крутизна ДХ - определяется выражением:

.

В общем случае ДХ нелинейна, поэтому крутизна определяется в точке . ДХ зависит от амплитуды входного сигнала. Чем больше, тем круче ДХ (рисунок 17.3).

Рисунок 17.3

3) Коэффициент передачи ЧД - это отношение амплитуды НЧ - сигнала на выходе ЧД к амплитуде ВЧ входного сигнала:

.

Величина определяется при максимальной девиации частоты . На основании рисунка 17.4 имеем

.

Тогда

.

Из выражения следует, что, чем больше крутизна ДХ, тем больше коэффициент передачи.

Кроме этих показателей, качество ЧД оценивается следующими характеристиками: коэффициентом нелинейных искажений, коэффициентом фильтрации, входным сопротивлением. Эти характеристики определяются так же, как для АД.

Рисунок 17.4

Функциональная схема ЧД изображена на рисунке 17.5. Детектирование идёт в два этапа. Сначала изменения частоты входного сигнала преобразуются в изме­нения его амплитуды, а затем АМ - сигнал детектируется обычным АД.

Рисунок 17.5

В качестве простейшего ЧД можно использовать одиночный колебательный контур с подключённым к нему АД. Контур играет роль преобразователя ви­да модуляции. Для этого контур должен быть расстроен относительно средней час­тоты ЧМ - колебания (рисунок 17.6).

Рисунок 17.6

Рисунок 17.7 поясняет процессы, происходящие в таком ЧД. Так как рабочая точка выбрана на скате резонансной характеристики контура (рисунок 17.7, а), то ВЧ - на­пряжение на контуре будет зависеть от частоты входного сигнала.

При приближении к резонансной частоте контуранапряжение на нём будет возрастать, при удалении - уменьшаться (рисунок 17.7, б). В результате - на выходе АД появится сигнал, повторяющий закон модуляции частоты входного сигнала (рисунок 17.7, в).

Недостатком этого ЧД является большая нелинейность ДХ, т.к. скаты резонансной характеристики контура нелинейны.

Существуют ЧД с луч­шими характеристиками, но у них преобразователи вида модуляции сигнала ЧМ - АМ намного сложней. К таким ЧД относятся: дифференциальный детектор с рас­строенными контурами, дифференциальный детектор с настроенными контурами (или частотный дискриминатор), детектор отношений (или дробный детектор). Несмотря на большую сложность названных ЧД, общий принцип детектирования ос­таётся прежним.

Рисунок 17.7