Розділ 13. Детектування

13.1. ЗАГАЛЬНЕ ПОНЯТТЯ ПРО ДЕТЕКТУВАННЯ

Детектуванням називають таке перетворення модульованого сигналу, в результаті якого отримується модулюючий (первинний) сигнал. Операція детектування є оберненою до модуляції і нелінійною, оскільки у спектрі модульованого сигналу відсутні спектральні складові модулюючого сигна­лу. Тому детектори - це, як правило, нелінійні пристрої, дещо рідше - параметричні.

Узагальнену структурну схему детектора можна представити у вигляді каскадного включення двох елементів: нелінійного (параметричного) пере­творювача модульованого сигналу, на виході якого з'являються складові спектра модулюючого сигналу, та фільтра нижніх частот (ФНЧ), що виділяє складові спектра модулюючого сигналу і тим самим його поновлює.

Будь-який детектор характеризує­ться детекторною характеристикою, коефіцієнтом передачі та частотною характеристикою.

Детекторною характеристикою називають залежність постійної складо­вої напруги на виході детектора від зміни інформаційного параметра переносника, що подається до нього. Напри­клад, залежить: у детекторі АМ-сигналів - від амплітуди А, у детекторі ЧМ-сигналів - від частоти , у детекторі ФМ-сигналів - від фази . Для забезпе­чення детектування без спотворень детекторна характеристика має бути лінійною, у загальному випадку являти собою пряму, яка проходить через початок координат під кутом до осі абсцис (рис. 15.1). Звичайно, детекторна характеристика для різних детекторів та видів модуляції має свої особливос­ті. Так, для амплітудного детектора вона визначена тільки при додатних значеннях амплітуди А (згідно з визначенням амплітуди), для фазового детектора - періодична з періодом .

Коефіцієнт передачі детектора визначається для гармонічного модулю­ючого сигналу і дорівнює відношенню амплітуди гармонічного сигналу на виході детектора до амплітуди приросту інформаційного параметра переносника. Числове значення коефіцієнта передачі детектора можна визначити з детекторної характеристики як , де - масштабний коефіцієнт пропорційності.

Частотна характеристика детектора являє собою залежність амплі­туди вихідної напруги детектора від частоти модулюючого гармоніч­ного сигналу. Вона має такий самий вигляд, як і частотна характеристика модулятора (див. рис. 6.6). За частотною характеристикою детектора визна­чають як лінійні (частотні) спотворення в детекторі, так і смугу ефективно переданих частот.

13.2. АМПЛІТУДНІ ДЕТЕКТОРИ

Принцип детектування АМ-сигналів. Амплітудні детектори (АД) пе­ретворюють вхідний АМ-сигнал виду (3.7)

у вихідну напругу, яка змінюється за законом модулюючого сигналу

, (15.1)

де - коефіцієнт передачі детектора. Найбільше поширення нині дістали АД з нелінійними елементами. Структурна схема такого АД та часові діаг­рами його роботи, що показують принцип детектування, подані на рис. 15.2.

,

де - обвідна АМ-сигналу; - частота гармонічного переносника; - крутість ВАХ нелінійного елемента. Складові цього ряду з частотами , і т.д. не проходять через ФНЧ і тому на його виході дістаємо

, (15.2)

тобто містить постійну складову та складову, пропорційну модулюючому сигналу . Якщо постійна складова не потрібна, її затри­мують ФВЧ (проста RС - ланка) і тоді вихідний сигнал АД буде

,

Відзначимо, що в наведеному детекторі сигнали на його виході та моду­люючий пропорційні, тому такий режим роботи детектора прийнято називати лінійним. Він забезпечує відсутність спотворень модулюючого сигналу. тобто є ідеальним АД. Досить часто описаний вище детектор називають детектором обвідної, оскільки його вихідний сигнал пропорційний обвідній модульованого сигналу і не залежить від початкової фази.

Аналогічно можна побудувати АД з двопівперіодним випрямленням. При цьому в спектрі сигналу на виході НЕ будуть відсутні складові з часто­тами , , що дещо спрощує фільтрування.

Описаний принцип є основою класичних АД на лампах, транзисторах, мікросхемах із різними способами вмикання навантаження та модулюючого сигналу. Це анодні, сіткові, катодні, колекторні, базові, емітерні та інші детектори. Як ФНЧ у них звичайно застосовується паралельна RC-ланка, значення елементів якої для ефективного фільтрування складових із частотами , вибирають згідно з нерівністю

, (15.3)

де - максимальна частота модулюючого сигналу.

Діодний детектор. Схема найпростішого АД містить лише три елемен­ти: діод VD резистор навантаження та конденсатор (рис. 15.3, а). Це і є діодний детектор (ДД), що дістав найбільшого використання для детектування АМ-сигналів як у професійній, так і в побутовій радіоапаратурі. У ДД нині застосовуються в основному напівпровідникові (германієві, кремнієві та ін.) діоди, що майже замінили вакуумні діоди. Незважаючи на простоту схеми, фізичні процеси детектування тут складніші, ніж, наприклад, у колек­торному АД. Це пояснюється впливом вихідного сигналу на вхідний, різни­ми опорами детектора від'ємним та додатним півхвилям високочастотного сигналу,

Розрізняють два режими детектування - слабких та сильних сигналів. У разі слабких вхідних сигналів ВАХ діода можна апроксимувати квадратичним поліномом (4.7) із коефіцієнтами , . Якщо подати до входу схеми АМ-сигнал (3.7) , то струм діода

.

Оскільки складові з частотами , шунтуються ємністю , то на ви­ході детектора на навантаженні буде напруга

. (15.4)

З цього виразу випливає, що напруга на виході такого АД пропорційна квадрату амплітуди модульованого сигналу, тому такий режим роботи АД називають квадратичним. При малих значеннях амплітуди коефіцієнт передачі квадратичного детектора малий.

Іншим, більш істотним недоліком квадратичного детектора є нелінійні спотворення. Про це нагадує наявність у формулі (15.4) квадратичної скла­дової . Коефіцієнт нелінійних спотворень, який визначається як відно­шення амплітуд вихідних коливань із частотами та , тобто . Якщо АМ глибока, нелінійні спотворення на виході квадратичного детектора досить значні. Це обмежує використання квадратичного детектора.

На практиці здебільшого ви­користовують лінійний режим детектування, за якого застосову­ють більш сильні вхідні сигнали. У цьому випадку можна вважати, що ВАХ діода має кусково-лінійний вигляд із нульовою початковою напругою та крутістю (рис. 15.3, б). Для нормального функціонування схеми необхідно, щоб опір навантаження значно перевищував опір діода у прямому напрямку, тобто . Крім того, величини та мають також задовольняти нерівність (15.3). Тоді вони можуть фільтрувати високочастотні складові. При детектуванні радіочастот­ного сигналу заряджання конденсатора через невеликий опір відкритого діода відбувається значно швидше, ніж його розряджання через значний опір навантаження, тому вихідний сигнал являє собою пилкоподібну криву з малою висотою зубців (рис. 15.4). Середній рівень вихідної напруги близь­кий до амплітуди вхідного сигналу. Ця вихідна напруга прикладена до діода так, що зміщує робочу точку вправо, тому діод більшу частину періоду буде закритим.

Процес детектування модульованої напруги діодним детектором ілюст­рується часовою діаграмою, що подано на рис. 15.3, б. Вона для наочності суміщена з ВАХ діода. Інтервали напруги, коли діод відкритий, затемнені. Коефіцієнт передачі ДД . Кут відсічки залежить від опору наван­таження та крутості характеристики діода. Для кут , і тоді застосовується така формула для обчислення коефіцієнта передачі АД:

. (15. 5)

Звідси випливає, що не залежить від амплітуди модульованого сигналу. Як результат цього, вихідна напруга ДД в режимі сильних сигналів пропорцій­на амплітуді (обвідній) вхідного сигналу, тобто детектування є лінійним. Більш досконалий аналіз усіх процесів у ДД для сильних сигналів дає змогу дійти висновку, що належним вибором параметрів можна дістати коефіцієнт неліній­них спотворень , тобто детектування наближається до ідеального. Для напівпровіднико­вих діодів вважається, що лінійне детектування має місце у разі амплітуди модульованого сигналу .

Взаємодія сигналу і завади в АД. У реальних умовах приймання на вході АД завжди присутні як корисний сигнал, так і завади. Найчастіше зустрічається два види завад: флуктуаційні типу білого шуму та зосереджені за спектром від інших засобів електрозв'язку.

Механізм взаємодії в АД сигналу та завади простежено для найпрості­шого випадку - напруга на вході детектора є адитивна суміш двох гармоніч­них коливань із різними, але близькими частотами:

,

де перша складова - корисний сигнал, друга - завада. З фізики відомо, що у разі складення двох гармонічних коливань із близькими частотами виникають биття з різницевою частотою . Ці биття подібні до АМ-сигналу - обвідна та високочастотне частотно-(фазо-) модульоване заповнення (рис.15.5). Коефіцієнт модуляції згідно з виразом (3.5)

.

Обвідна биття не є гармонічною, але для випадку слабкої завади, коли , вона наближається до гармонічної з частотою , і тоді

. (15.6)

Якщо детектування лінійне, напруга на виході детектора пропорційна обвідній биття, і її можна знайти за формулою (15.1) при значеннях з рівняння (15.6):

. (15.7)

Таким чином, із формули (15.7) випливає, що навіть у разі дії на АД су­ми двох немодульованих коливань на його виході з'являється гармонічний сигнал із частотою і амплітудою . Заважаюча дія цієї зава­ди, наприклад, на розмовний первинний сигнал відчувається як свист якогось тону в телефоні.

Зі співвідношення (15.7) видно, що лінійний АД є лінійним і для слабкої завади, тобто відношення сигнал-завада на вході й виході АД пропорційні. Якщо сигнал та завада будуть не гармонічні, а складні (сигнал модульований, завада флуктуаційна), то спектр вихідного сигналу АД ускладнюється через биття між різними складовими сигналу та завади. Але і в цьому випадку пропорційність між відношеннями сигнал-завада на вході та виході АД зберігається.

Складніші явища спостерігаються в АД у разі сильної завади, коли . За цих умов також виникають биття між сигналом та завадою, але головну роль у формуванні обвідної биття буде мати завада, а не сигнал. Ця потужна завада зменшує напругу сигналу на виході детектора, тобто в АД спостерігається ефект подавлення слабкого сигналу сильною завадою.

Недоліком класичних схем АД на діодах та транзисторах є незначний коефіцієнт передачі та малий вхідний опір (у діодного АД), значна нелінійність вхідного опору, поява значних нелінійних спотворень у разі амплітуди вхідної напруги , наявність приглушення слабкого сигналу силь­ною завадою.

Можна дещо поліпшити якісні показники амплітудного детектування, якщо застосувати в АД диференційні підсилювачі з діодами в колі зворотно­го зв'язку. Але ефект приглушення сигналу завадою все ж таки залишається.

13.3. СИНХРОННЕ ДЕТЕКТУВАННЯ

Синхронним називається амплітудне детектування, в якому використо­вуються відомості про частоту та початкову фазу переносника модульовано­го сигналу. Синхронне детектування запропоноване в 1934 р. Є.Г. Момотом. Принцип роботи синхронного детектора (СД) ґрунтується на перемноженні АМ-сигналу (3.7) і гармонічної коливання опорного генератора та виділенні ФНЧ із добутку складових модулюючого сигналу. Частота та фаза гармоніч­ного коливання опорного генератора збігаються з частотою і фазою перено­сника модульованого сигналу. Функціональна схема СД подана на рис. 15.6.

Легко простежити, що в результаті операцій перемноження й фільтрації на виході СД дістаємо напругу, пропорційну модулюючому сигналу:

на виході перемножувача

; (15.8)

на виході ФНЧ

. (15.9)

Синхронні детектори застосовуються також для детектування БМ- та ОМ-сигналів. Якщо до входу СД подати БМ- чи ОМ-сигнали, то, виконавши аналогічні перетворення за формулами (15.8) та (15.9), дістанемо, що і в цьому разі сигнал на виході СД описується виразом (15.9), тобто СД є іде­альним детектором як для АМ, так і для БМ- та ОМ-сигналів.

Основна перевага синхронного детектора полягає в тому, що в ньому здій­снюється перенесення спектра з високочастотної області в низькочастотну без зміни співвідношення між амплітудами спектральних складових сигналу та завад. Це випливає з того, що СД можна розглядати як перетворювач частоти при частоті гетеродина, що збігається з частотою сигналу. З рівності амплітуд сигналу і завади до й після детектора випливає, що в СД відсутній ефект приглушення слабкого сигналу сильною завадою. Для СД характерна лінійна залежність між відношеннями сигнал-завада на вході й виході. Отже, за синх­ронного детектування можна з однаковою ефективністю застосовувати як додетекторне, так і післядетекторне оброблення. У ряді випадків перевага надається післядетекторному обробленню та синхронному детектуванню.

Основні труднощі синхронного детектування полягають у формуванні синхронного та синфазного з частотою гармонічного переносника опорного коливання. У спектрі АМ-сигналу є гармонічна складова з частотою перено­сника, тому є можливість за допомогою системи фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ) сформувати синхронне та синфазне коливання опорного генератора.

Але за синхронного детектування БМ- та ОМ-сигналів виникають прин­ципові труднощі формування синфазного коливання опорного генератора.

Це пов'язано з тим, що у спектрі БМ- і ОМ-сигналів складова з частотою переносника відсутня. Знаходять застосування два технічних рішення.

1. Разом із БМ- і ОМ-сигналами передається так званий пілот-сигнал, що являє собою залишок складової з частотою переносника. Пілот-сигнал використовується у приймачі для системи ФАПЧ опорного генератора.

2. За наявності високостабільних генераторів (переносника та опорного) фазову синхронізацію взагалі не застосовують. Для детектування використо­вується несинхронний опорний генератор, частота якого відрізняється від частоти переносника на деяку величину , тобто

З'ясуємо, до чого призведе, наприклад, детектування ОМ-сигналу (3.11) у разі застосування несинхронного опорного генератора за формулою (15.10). Для спрощення записів у розрахунках приймемо та будемо вважати, що частота опорного генератора нижча за частоту переносника: . Тоді на виході перемножувача СД

,

а після фільтрації складових із частотою :

. (15.11)

Якщо , то з формули (15.11), використовуючи тригоно­метричну формулу , дістаємо

. (15.12)

Знак "плюс" у виразі (15.12) стосується детектування верхньої, а "мінус" - нижньої бокових смуг частот.

Як видно з виразу (15.12), через несинхронність переносника та опор­ного генератора при детектуванні ОМ-сигналів спектр сигналу на виході детектора дістає зсув на . Це явище називають зсувом час­тоти в каналі передачі (рис. 15.7). Зсув спектральних складових призво­дить до порушення гармонічного складу сигналу. Так, гармоніками часто­ти 400 Гц є 800, 1200, 1600 Гц. Якщо всі частоти дістануть зсув на 10 Гц, то 810, 1210, 1610 Гц вже не є гармоніками частоти 410 Гц. Ці спотворення знижують якість передавання первинних сигналів. Проте з експеримен­тальних досліджень випливає, що невеликий частотний зсув помітного впливу на якість не має. Під час телефонного зв'язку абоненти практично не помічають зсуву частот до 20 Гц. При передаванні радіомовних програм припустимим є зсув частоти до 2 Гц. Приблизно такий самий зсув (±1 Гц) не впливає на якість факсимільного зв'язку. Звідси випливають досить жорсткі вимоги до стабільності частоти генераторного обладнання систем зв'язку з БМ та ОМ.

13.4. ФАЗОВІ ДЕТЕКТОРИ

Принцип роботи. Фазові детектори (ФД) перетворюють вхідний фазомодульований сигнал (3.14) у вихідну напругу, що пропорційна модулюючому сигналу:

, (15.13)

де - коефіцієнт передачі ФД.

Виявити фазовий зсув у ФМ-сигналі можна тільки його порівнянням із немодульованим коливанням, що називають опорним, тому всі ФД є коге­рентними, будуються з використанням перемножувачів і потребують синхронного з частотою переносника опорного коливання. Структурна схема ФД аналогічна схемі СД (рис. 15.6). До входів перемножувача подають ФМ-сигнал та коливання від опорного генератора (початкові фази ФМ-сигналу та коливань опорного генератора у загальному випадку можуть бути різними). Сигнал на виході перемножувача

.

Фільтр нижніх частот не пропускає на вихід другу гармоніку частоти пе­реносника, і на виході ФНЧ дістаємо

. (15.14)

З виразу (15.14) випливає, що вихідна напруга являє собою функцію різ­ниці фаз сигналів, що порівнюються. Якщо прийняти, що , тобто початкові фази ФМ-сигналу і опорного коливання відрізняються на кут , то . Якщо значення фазового кута не переви­щують , можна вважати, що , і тоді

, (15.15)

тобто напруга на виході пропорційна модулюючому сигналу . 3 порів­няння формул (15.15) та (15.13) випливає, що в результаті виконаних опера­цій здійснено лінійне детектування ФМ-сигналу.

Типи ФД. Детектори розрізняються за типом використовуваного пере­множувача, наявністю чи відсутністю обмежувача та методами утворення опорного коливання. Як перемножувачі можна використовувати будь-які схеми, що описані в § 6.9.

Нині найбільше поширення дістав балансний ФД. Фази двох сигналів у ньому порівнюються амплітудним детектуванням їх суми. Незважаючи на те, що при цьому не забезпечується ідеальне перемноження, належним вибором співвідношення між амплітудами ФМ-сигналу та опорного коливання можна досягти достатньої лінійності детекторної характеристики. Принципова схема балансного ФД (рис. 15.9, а) складається з двох ідентичних амплітуд­них діодних детекторів, що ввімкнені назустріч. На входи АД подаються напруги та так, що на діоді VD1 вони додаються, а на діоді VD2 - віднімаються. Амплітуди напруг на діодах можна знайти, якщо скористува­тись векторною діаграмою на рис. 15.10:

;

.

Оскільки напруги на навантаженнях детекторів діють назустріч, то за од­накових коефіцієнтів передачі детекторів

Цей вираз являє собою рівняння детекторної ха­рактеристики балансного ФД. Звертає на себе увагу симетричність детектора до сигналів та . Отже, для правильної роботи ФД байдуже, до якого зі входів подавати опорне коливання.

Найбільш близькою до лінійної детекторна харак­теристика буде у разі . При цьому в межах зміни різниці фаз від 30° до 150° відхилення від ліній­ної залежності не перевищують 2%, тобто для лінійно­го фазового детектування балансним ФД максимальна девіація фази не повинна перевищувати ±60°.

Можна розширити лінійність детекторної харак­теристики ФД до граничного значення ±90°, якщо замість аналогового перемножувача застосувати схеми, які працюють у ключовому режимі, - елемен­ти двійкової логіки. Такі ФД називають ключовими. Звичайно, для керування схемами логіки ключового ФД вхідні сигнали мають бути перетворені, наприклад, амплітудними обмежувачами у дискретний двійковий сигнал.

13.5. ЧАСТОТНЕ ДЕТЕКТУВАННЯ

Принцип роботи. Частотні детектори (ЧД) перетворюють вхідний час­тотно-модульований сигнал (З.16) у вихідну напругу, пропорційну модулюючому сигналу:

, (15.16)

де - коефіцієнт передачі ЧД.

Для одержання на виході ЧД модулюючого сигналу з ЧМ-сигналу, спектр якого складається з радіочастотних складових (на частоті перенос­ника та бокових смуг), НЕ недостатньо (див. додаток 5). У відгуку будь-якого НЕ на ЧМ-сигнал є тільки модульовані гармоніки частоти переносника та відсутні складові модулюючого сигналу. Отже, для детектування ЧМ-сигналу необхідне його додаткове перетворення.

Залежно від характеру пере­творення ЧМ-сигналу розрізняють частотно-амплітудні, частотно­фазові, частотно-імпульсні та інші детектори. У частотно-амплітудних детекторах зміна частоти сигналу перетворюється в зміну його амплітуди. А потім цей амплітудно-частотно-модульований сигнал детектується АД. У частотнофазових детекторах зміна частоти ЧМ-сигналу перетворюється у зміну фазового зсуву між двома напруга­ми й надалі детектується ФД. У частотно-імпульсних детекторах ЧМ-сигнал перетворюється в один із різновидів імпульсної модуляції, наприклад ЧІМ. Частота імпульсів надалі може підраховуватись лічильником.

Частотно-амплітудні детек­тори. Найчастіше як частотно-амплітудний перетворювач засто­совують коливальний контур. Робоча точка вибирається на одній із гілок резонансної кривої контура. Проте одиночний коли­вальний контур має незначну лінійну ділянку перетворення, тому звичайно використовують два коливальних контури, що симетрично розстроєні відносно середньої частоти (частоти переносника) вхідного ЧМ-сигналу. Якщо підімкнути до кожного контура власний АД, дістанемо балансний ЧД із взаємно розстроє­ними контурами (рис. 15.11, a).

Роботу схеми ілюструє рис. 15.12, на якому зображені криві напруги на ви­ходах АД, пропорційні резонансній кривій контурів (штрихова лінія), та крива сумарної напруги на виході (суцільна лінія). Перший контур настроєний на частоту, вищу за середню ЧМ-сигналу: , другий - на частоту, нижчу за середню: . Розстройку контурів вибирають дещо більшою, за девіацію частоти для того, щоб робота ЧД мала місце тільки на одній гілці резонансної кривої контура (лівій для першого та правій для другого). Для середньої частоти (частоти переносника) та . Якщо частота ЧМ-сигналу зростає, то вона наближається до резонансної частоти першого контура та віддаляється від частоти настройки другого контура. Напруга на першому контурі підвищується, а на другому зменшується. У разі зниження частоти ЧМ-сигналу, навпаки, підвищується напруга на другому контурі й зменшується на першому. Частотно-модульований сигнал стає вже амплітудно-частотно-модульованим й детектується діодним АД.

Частотний детектор із двома розстроєними контурами має досить високі якісні показники, але він складний для виготовлення та настройки, тому він застосовується в частотно-селективних колах на основі монолітних фільтрів (RС, п'єзоелектричних, п'єзокерамічних тощо) у складі багатофункціональ­них мікросхем.

Частотно-фазові детектори. До даного типу належить балансний детек­тор із двома взаємно зв'язаними контурами, що настроєні на середню часто­ту ЧМ-сигналу (рис. 15.13). У цій схемі зміна частоти перетворюється у зміну фазового зсуву між напругами на першому та другому контурах. Ці дві напруги подаються на діоди фазового детектора, що побудований за типом схеми на рис. 15.9. Напруга першого контура, яка через роздільний кон­денсатор прикладена до діодів синфазно, відіграє роль напруги опорного генератора. Напруга другого контура прикладена до діодів протифазно. Отже, на кожний із діодів діє напруга, що дорівнює геометричній сумі напруги першого контура та половини напруги другого: ; . Напруга на виході такого ЧД дорівнює різниці випрямлених детекторами напруг:

. (15.17)

Векторні діаграми напруг та аналогічні векторній діаграмі фазового детектора (див. рис. 15.10). На частоті резонансу (середній частоті ЧМ-сигналу) і . На частотах, нижчих за резонансну, і ; на частотах, вищих за резонансну, навпаки, і . Детекторна характеристика буде мати такий самий вигляд і для детектора з розстроєними контурами (див. рис. 15.12).

Розглянутий ЧД, який звичайно називають частотним дискримінато­ром, завдяки високим якісним показникам та простоті регулювання при експлуатації, знайшов широке застосування для детектування аналогових ЧМ-сигналів та в системах автоматичного підстроювання частоти. Недолі­ком як цієї схеми, так і схеми ЧД із розстроєними контурами є чутливість до паразитної амплітудної модуляції. Тому для її ослаблення перед ЧД вмика­ють амплітудний обмежувач.

Детектування ЧМ-сигналу за наявності завад. Адитивна завада під час детектування ЧМ-сигналу впливає на вихідний детектований сигнал , якщо її спектр повністю чи частково збігається зі спектром ЧМ-сигналу.

Розглянемо найпростіший випадок. Нехай сигнал і завада - гармонічні коливання з амплітудами та й частотами та відповідно. Як було зазначено в § 13.2, у разі додавання гармонічних коливань сигналу та завади з близькими частотами виникають биття, що дають як амплітудну, так і частотну (фазову) модуляцію сигналу завадою. Оскільки при частотному детектуванні перед ЧД вмикають амплітудний обмежувач, який практично усуває амплітудну модуляцію, то заважаючий вплив буде мати тільки ЧМ від завади з індексом модуляції

. (15.18)

Практично в системах зв'язку з ЧМ завжди має місце і тоді . Напруга на виході ЧД від такої частотно-модульованої завади розраховується за формулою (15.16) із врахуванням (15.18):

, (15.19)

де - частота биття сигналу та завади. Отже, заважаючий вплив завади, як і при АМ, проявляється у вигляді накладення на вихідний корис­ний сигнал гармонічної завади з частотою биття. Цю заваду чути, наприклад, на виході радіомовного приймача як свист деякого тону.

Якщо на вході ЧД діє не одна гармонічна завада з частотою , а кілька з частотами (нехай для спрощення міркувань їхні амплітуди одна­кові), то кожна з них продетектується так, як це подано вище, але напруга на виході ЧД від кожної з них буде різною. Згідно з формулою (15.19) вихідна напруга ЧД пропорційна частоті биття , тобто амплітуда завади буде тим більшою, чим більше її частота відрізняється від середньої частоти сигналу (частоти переносника), Амплітудний спектр завади на виході ЧД при набуває вигляду, який зображений на рис. 15.14.

Подібна картина має місце й у випадку дії завади у вигляді флуктуаційного шуму з рівномірною спектральною густиною потужності. Згідно з виразом (15.19) на виході ЧД амплітуди спектральних скла­дових шуму будуть тим більші, чим далі вони відстоять від частоти переносника. Оскільки амплітудний спектр завади на виході ЧД зростає в міру збільшення частоти лінійно, то спектральна густина потужності шуму на виході ЧД зростає в разі збільшення частоти квадратичне. Так, якщо підвищити частоту з 500 до 5000 Гц (у десять разів), спектральна густина потужності шуму на виході ЧД збільшиться в сто разів. Цю особли­вість шуму на виході ЧД завжди враховують у системах зв'язку з ЧМ.

З рівняння (15.19) випливає також, що ЧД (сумісно з амплітудним обме­жувачем) мають властивість подавляти слабкі завади . Інтенсив­ність завад на виході ЧД обернено пропорційна квадрату амплітуди сигналу. Чим більша амплітуда сигналу, тим менший рівень завад (шуму) на виході ЧД. На це явище, мабуть, звертав увагу кожний під час настроювання приймача ЧМ. За відсутності сигналу чути значні завади. Як тільки приймач настроєний на частоту сигналу і з'являється ЧМ, рівень завад різко зменшується.

13.6. ДЕТЕКТУВАННЯ ІМПУЛЬСНИХ ТА ЦИФРОВИХ ВИДІВ МОДУЛЯЦІЙ

Однією з особливостей розглянутих у § 3.6 імпульсних видів модуляцій (АІМ, ЧІМ, ШІМ і ФІМ) є наявність в їхньому спектрі складових модулюю­чого сигналу , тому для їх детектування не потрібно нелінійних елемен­тів. Для детектування необхідно тільки виділити фільтром спектральні складові . Амплітудно-частотна характеристика фільтра має наближа­тись до ідеальної, і граничні частоти смуги прозорості фільтра встановлюються рівними мінімальній та максимальній частотам модулюючого сигналу. Для модулюючих первинних сигналів , в яких (такими, наприклад, є сигнали звукового мовлення), з метою фільтрації застосовують ФНЧ. При цьому частої а зрізу фільтра вибирається рівною чи дещо вищою за максимальну частот} модулюючого сигналу. На виході ФНЧ, якщо подати до його входу ІМ-сигнал, дістаємо напругу, про­порційну модулюючому сигналу .

,

де - період імпульсного переносника; - максимальна частота спектра модулюючого сигналу.

У спектрі ФІМ-сигналів рівень частотних складових модулюючого сигналу незначний і, крім того, він залежить від максимальної частоти модуляції. Тому детектування ФІМ-сигналів фільтром нижніх частоті нераціональне. Сигнали з ФІМ спочатку перетворюють в АІМ- чи ШІМ-сигнйли, котрі потім детектуються ФНЧ. Але для такого перетворення необхідна тактова синхронізація. Введення додаткової схеми тактової синхронізації дещо ускладнює детектор.

Для підвищення завадостійкості всіх видів імпульсних модуляцій, крім АІМ, перед детектуванням здійснюється повна регенерація сигналу, тобто відновлення форми імпульсів. З цією метою, наприклад, провадиться дво­стороннє обмеження імпульсів на рівнях, близьких до половини амплітудного значення (рис. 15.15). Це набагато зменшує вплив значних за амплітудою зосереджених за часом імпульсних завад. Після обмежувача можуть мати місце хибні імпульси, але їх амплітуда не перевищує амплітуду сигналу (рис. 1515) Усувається також флуктуаційний шум за умови, що амплітуда імпульсів перевищує більше ніж удвічі середньоквадратичне значення шуму. Шум впливає тільки на положення передніх та задніх фронтів Імпульсів (деякий зсув за часом). Але після ФНЧ ці спотворення фронтів та хибні імпульси мають значно менший вплив на демодульований сигнал ніж фільтрація без регенерації.

Можливість регенерації форми імпульсів є особливо важливою в системах зв'язку де застосовуються кілька проміжних пунктів приймання-передавання, наприклад, у радіорелейних системах. Регенерація Імпульсів у кожному проміжному пункті запобігає накопиченню завад на Інтервалах між пунктами, що підвищує завадостійкість.

При детектуванні сигналів із цифровою модуляцією (маніпуляцією) не­обхідно виходити з того, що цей вид модуляції є окремим випадком аналого­вої модуляції, тому для детектування цифрових видів модуляції можуть бути використані всі раніше розглянуті детектори. Але дискретний характер вхідних модулюючих сигналів та невисокі вимоги до відновлення форми демодульованих сигналів дають можливість знизити вимоги й до лінійності детекторної характеристики.

Крім того, якщо виходити із загальної задачі прийому дискретних (циф­рових) сигналів (необхідно виявити чи розрізнити сигнали), нераціонально розглядати окремо особливості їх детектування. Адже навіть ідеальне детек­тування ще не означає, що буде забезпечена висока якість демодуляції, оскільки детектор є тільки частиною демодулятора, роботу якого необхідно розглядати комплексно. Таке комплексне розв'язання задачі демодуляції характерне для теорії завадостійкості прийому.

Date: 2016-02-19; view: 1372; Нарушение авторских прав