книги / Радиоприемные устройства.-1

Рис. 6 J

Случай детектирования радиоимпульсов (одиночных или последователь­ ности) является частным случаем детектирования амплитудно-манипулиро- ванных сигналов (рис. 6.1, а, б) . На рис. 6.1, в показан сигнал с манипуляцией фазы (поворот по фазе на тг).

Вспектре квазигармонического колебания (6.1) не содержатся компо­ ненты модулирующего сигнала. Поэтому линейное преобразование этого коле­ бания, т. е. его фильтрация, для целей детектирования оказывается непригод­ ным. При детектировании необходимо использовать нелинейное или парамет­ рическое преобразование входного сигнала u(t) (см. § 1.2) .В связи с этим различают нелинейные и параметрические детекторы.

Вобщем случае любой детектор может быть представлен структурой (рис. 6.2), содержащей: 1) источник сигнала с параметрамиZ т , ет, т. е. пред­

шествующий каскад, в супергетеродинном РПУ - это последний каскад УПЧ; 2) собственно детектор, т. е. нелинейное или параметрическое устройство, в котором осуществляется преобразование модулированного колебания в коле­ бание, спектр которого содержит составляющие модулирующего сигнала; 3) фильтр нижних частот ФНЧ, отделяющий спектр модулирующего колеба­ ния от спектров других колебаний, которые могут возникать на выходе соб-* сгвенно детектора. Вследствие фильтрации в нагрузке с сопротивлением Z H выделяется выходное полезное колебание мвых

В собственно детекторе могут быть использованы различные физические процессы. Например, в нелинейном AM-детекторе сначала с помощью нелиней­ ного элемента осуществляются нелинейные преобразования входного сигнала u (t) , что приводит к появлению в преобразованном спектре составляющей мо­ дулирующей частоты. Так как полученный спектр содержит и другие побоч­ ные составляющие высоких частот, то их следует подавить с помощью ФНЧ.

При детектировании ЧМ (ФМ)-сигналов один из приемов основан на ис­ пользовании вспомогательного преобразования ЧМ(ФМ)-колебания в АМколебание, что также осуществляется в структуре собственно детектора, пос­ ле чего AM-сигнал детектируется AM-детектором, а фильтрация полезного ко­ лебания также осуществляется с помощью ФНЧ, Возможно использование и других физических процессов.

Собственно детектор в общем случае содержит линейную и нелинейную (параметрическую) цепи, включающие двухполюсные компоненты (напри­ мер, нелинейные или параметрические диоды), а также более сложные элект­ ронные приборы и микроструктуры (транзисторы, электронные лампы, опера­

ционные усилители, интегральные модули и т.д.). Независимо от вида сигнала

амплитуды огибающей входного сигнала ЛUm = Um (t) - £/m0, где UmQ — амплитуда несущего колебания; для ЧМ-отклонения частоты модулированно­ го сигнала Асо отнорительно центральной частоты, т. е. частоты сигнала CJ( 0 без модуляции соц : Асо = co(f) —соц; для ФМ-отклонения фазы модули­ рованного сигнала А о т фазы опорного колебания <р0 , относительно которо­ го ведется отсчет <p(t) = <р(0 —

Желательно, чтобы детекторная характеристика была линейной, так как при линейном законе модуляционной характеристики радиопередающего уст­ ройства это обеспечит отсутствие искажений в законе модуляции (см. рис.6.3,

детекторная характеристика; 2 — нелинейная детекторная характеристика), Для конкретных видов детекторов вводят параметры, характеризующие некоторые свойства детекторной характеристики. Так, для AM-сигналов ко­ эффициент передачи детектора К ^ для гармонического закона модуляции

где UmQ —амплитуда несущего колебания; т —коэффициент глубины моду­ ляции; Л - частота модуляции, определяется следующим образом:

Uт£1

(67)

mUт О

Как следует из (6.7),А“дт —это отношение амплитуды Um п выходного сигна­ ла к амплитуде огибающей входного сигнала mUmQ .

Для сигнала с угловыми видами модуляции коэффициент передачи /Гдт — это отношение амплитуды выходного сигнала Um п к амплитуде входного сиг­ нала с оговоренными условными параметрами модуляции Дсотах или Дртах

Иногда используют производную от детекторной характеристики на ее ли­ нейном участке, называемую крутизной детекторной характеристики:

2)малые линейные искажения при детектировании, обусловленные нали­ чием в структуре, приведенной на рис. 6.2, реактивных компонентов;

3)малые нелинейные искажения, возникающие прежде всего из-за присут­ ствия в структуре, изображенной на рис. 6.2, нелинейных компонентов (нели­ нейное детектирование) или неидеальности параметрических компонентов, обычно являющихся на практике нелинейно-параметрическими. На нелиней­ ные искажения выходного сигнала детектора могут влиять также специфиче­ ские физические процессы в схемах детекторов;

4)высокое входное сопротивление для тока высокой (промежуточной)

частоты

< 6 5 >

*•

где UmCJ, / щС0 —амплитуды соответственно напряжения и тока первой гармо­ ники сигнала во входной цепи детектора со стороны источника (ег , Z r) (см. рис. 6.2). Импеданс Z BX оказывает шунтирующее действие на колебательную цепь в последнем каскаде УПЧ РПУ и вызывает ее расстройку.

6.2.Детекторы АМ-сигналов

6.2.1.Виды детекторов

Всобственно детекторе на основе нелинейных элементов используются двухполюсные полупроводниковые или вакуумные диоды (один или несколь­ ко) (рис. 6.4,д, б) , трехполюсные компоненты (транзисторы) (рис.6.4, в), со­

четания интегральных компонентов (операционных усилителей ОУ с полупро­ водниковыми диодами, рис. 6.4, г ) . Возможны различные способы включения ФНЧ и нагрузки детектора: путем каскадирования (цепочечного соединения) (см. рис. 6.2) или более сложным путем (например, для трехполюсных ком­ понентов в цепь общего электрода) (рис. 6.4, д) и т.д.

В детекторах на основе параметрических элементов (синхронные детекто­ ры) используется принцип управления параметром цепи (обычно коэффициен­ том передачи) с помощью колебания вспомогательного источника (см. § 1.2), Синхронный детектор содержит собственно детектор, генератор опорного ко­ лебания, синхронизируемый с точностью до фазы принимаемым колебанием, и ФНЧ, полоса пропускания которого равна полосе модулирующих частот (рис. 1.10).

В зависимости от способа реализации различают синхронные детекторы на основе перемножителей и нелинейных элементов. Так, например, при квадри-

Возможна разновидность последнего метода, реализуемого при детектирова­ нии сигналов и помех с помощью амплитудного детектора, на вход которого

жит способ синхронизации опорного колебания. В связи с этим различают два основных метода: фазовой авто подстройки частоты (ФАПЧ) опорного генера­ тора и фазовой автоподстройки частоты гетеродина РПУ.

Следует заметить, что метод приема с использованием синхронного детек­ тора иногда называют методом когерентного приема, подчеркивая тем самым полезное использование информации о фазе сигнала. В отличие от этого метода прием с использованием обычного детектора, реагирующего только на амплитуду сигнала и не чувствительного к его фазе, называют некогерент­ ным приемом.

6.2.2. Метод анализа нелинейных амплитудных детекторов

Рассмотрим обобщенную структуру амплитудного детектора (рис.6.5), заменив собственно детектор эквивалентным четырехполюсником, где / , и —

Пренебрегая инерциеи элементов в собственно детекторе и рассматривая сначала модуляцию на низких частотах, когда Z H = R , запишем для струк­ туры, приведенной на рис. 6.5, следующую систему алгебраических уравнений:

Функции (6.10), (6.11) называются колебательной характеристикой и характеристикой выпрямления, а (6.12) - нагрузочной характеристикой де­ тектора.

В результате исследования системы (6.10) —(6.12) можно найти парамет­ ры детектора. Однако общего аналитического решения такой системы не су­ ществует. Поэтому ее решение обычно выполняется для некоторых частных случаев (конкретных схем детекторов и аппроксимаций характеристик не-

и.

'т Л

%

Рис. 6 .6

Решая совместно (6.18), (6.19), получаем выражения для выходных тока и напряжения модулирующей частоты в зависимости от уровня входного

В соответствии с определениями (6.10), (6.11) семейство (6.25) является семейством характеристик выпрямления диодного детектора, семейство (6.26) —семейством колебательных характеристик.

Для определения детекторной характеристики, т. е. зависимости /_ = = Д U ), решим совместно (6.25) и (6.12):

то нормированную детекторную характеристику удобно представить в графи­ ческом виде (рис. 6.8).

Из рис. 6.8 и анализа (6.27) можно сделать следующие выводы:

1) с увеличением параметра а детекторная характеристика становится бо­ лее линейной, а ее крутизна возрастает, что приводит к повышению К , по­ этому детекторные диоды должны иметь большие показатели экспоненты, а в схеме детекторов следует применять высокоомные нагрузочные сопротивле­ н и я ^ ;

2) с увеличением уровня сигнала U возрастает линейность детекторной характеристики и, наоборот, детектирование малых сигналов сопровождается значительными нелинейными искажениями закона модуляции.

Последний вывод не является частным и справедлив не только для экспо­ ненциального нелинейного элемента. Действительно, непрерывная вольт-ам- перная характеристика / = Дм) в самом общем виде в области малых аргумен­ тов может быть единственным образом представлена в виде ряда Тейлора:

тока /_ » /(0 ) + ~ f'(0 ) U m7 , откуда следует уравнение детекторной харак­

теристики

д /= = / = -Д О ) =

Таким образом, при малых воздействиях детекторная характеристика до-