Радиоприемные устройства (стр. 15 )

Структурная схема детектора частотно-амплитудного типа состоит из двух элементов: преобразователя сигнала ЧМ в сигнал с амплитудой, изменяющейся соответственно изменению частоты, и амплитудного детектора (рис. 5.4.).

Рис. 5.4. Частотный детектор частотно-амплитудного типа

Первый элемент (преобразователь сигнала ЧМ) является линейным устройством, причем изменение амплитуды должно точно повторять закон изменения частоты входного сигнала.

При анализе частотного детектора предполагается, что радиосигнал ЧМ на входе частотного детектора имеет постоянную амплитуду. Однако в реальных условиях амплитуда ЧМ радиосигнала непостоянна вследствие возникновения сопутствующей амплитудной модуляции в передатчике и воздействия помех в линии связи. В частотном детекторе частотно-амплитудного типа выходное напряжение преобразователя ЧМ в AM и, тем более, амплитудного детектора, будет зависеть не только от частоты, но и от амплитуды входного сигнала. В результате на выходе частотного детектора сигнал будет искажен за счет ПAM. Устранение ПAM осуществляется с помощью амплитудного ограничителя, включенного на входе частотного детектора, или благодаря физическим процессам, происходящим в самом детекторе.

Простейшей цепью, осуществляющей линейное преобразование частотных изменений сигнала в амплитудные, является индуктивность, подключенная к генератору тока (рис. 5.5).

(5.4)

Рис. 5.5. Частотный детектор частотно-амплитудного типа с катушкой индуктивности

Рис. 5.6. Детекторная характеристика частотного детектора частотно-амплитудного типа с катушкой индуктивности

Достоинствами схемы частотного детектора частотно-амплитудного типа с катушкой индуктивности являются простота исполнения, высокая линейность детекторной характеристики, недостатками – малый коэффициент передачи детектора и однополярный вид детекторной характеристики, зависимость коэффициента передачи от амплитуды входного сигнала.

Детекторная характеристика такого частотного детектора характеризуется выражением

, (5.5)

где - коэффициент передачи амплитудного детектора.

Вариантом схемы частотно-амплитудного детектора со значительно большим значением коэффициента передачи является схема с одиночным расстроенным контуром (рис. 5.7), внешне совпадающая со схемой обычного амплитудного детектора.

Отличие состоит в том, что контур L2C1 расстроен относительно средней частоты ω0 радиосигнала на ∆ω0. Этот контур и используется в качестве преобразователя ЧМ радиосигнала в напряжение с изменяющейся амплитудой.

Детекторная характеристика частотного детектора с одиночным расстроенным контуром описывается выражением

, (5.6)

где - амплитуда напряжения на контуре,

- обобщенная расстройка,

.- резонансная частота контура,

- добротность контура.

Рис. 5.7. Частотный детектор частотно-амплитудного типа с одиночным расстроенным контуром

Амплитуда напряжения на контуре меняется по закону изменения частоты модулированного сигнала. Напряжение с контура подается на диодный амплитудный детектор. Вследствие того, что скаты резонансной характеристики контура не являются прямолинейными, в процессе преобразования ЧМ сигнала в сигнал с изменяющейся амплитудой возникают несимметричные нелинейные искажения (различные для положительных и отрицательных полуволн гармонической функции).

Достоинствами схемы частотного детектора частотно-амплитудного типа с одиночным расстроенным контуром являются простота схемы, большой коэффициент передачи детектора, недостатками - высокая нелинейность и однополярный вид детекторной характеристики, зависимость коэффициента передачи от амплитуды входного сигнала.

Для улучшения характеристик детектора вместо одиночного контура используется (рис. 5.8) сбалансированная пара LC -контуров (детектор с расстроенными контурами, балансный частотный).

Рис. 5.8. Частотный детектор частотно-амплитудного типа с двумя расстроенными контурами

Детектор содержит два резонансных контура (L2C1, L3C2), два диода (VD1, VD2) и два НЧ фильтра (R1C3 и R2C4). Резонансные контуры расстроены относительно несущей частоты ЧМ сигнала (,). Такая схема обладает основным преимуществом симметричных схем - компенсацией четных гармоник.

Детекторная характеристика такого частотного детектора

(5.7)

, (5.8)

где - полусумма частот настройки контуров.

Максимальная крутизна детекторной характеристики реализуется при оптимальной расстройке контуров . При малом отклонении от крутизна изменяется незначительно, увеличение вызывает увеличение протяженности линейного участка детекторной характеристики, поэтому целесообразно выбирать .

Достоинствами такой схемы являются простота исполнения, большой коэффициент передачи детектора, хорошая линейность, двухполярный вид детекторной характеристики, недостатками - зависимость формы детекторной характеристики от величины расстройки и добротности контуров, зависимость коэффициента передачи от амплитуды входного сигнала.

5.1.2. Частотные детекторы частотно-фазового типа

В частотных детекторах частотно-фазового типа входное ЧМ напряжение подается на электрическую цепь, обеспечивающую линейную зависимость фазы выходного напряжения от частоты. Полученное напряжение подается на фазовый детектор (для работы фазового детектора необходим также опорный сигнал, причем в отсутствии частотной модуляции он должен быть сдвинут относительно входного сигнала по фазе на ). Структурная схема частотного детектора частотно-фазового типа приведена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Частотный детектор частотно-фазового типа

В схему включен фазовращатель на , в этом случае детекторная характеристика фазового детектора будет проходить через нуль. Однако если избирательная цепь вносит на резонансной частоте фазовый сдвиг (2n+1), то отдельного фазовращателя не требуется.

Мгновенная разность фаз ЧМ колебаний на входе и выходе колебательного контура определяется по фазочастотной характеристике контура для установившегося состояния:

. (5.9)

Эта характеристика имеет почти линейный участок в области , и, следовательно, может быть использована для преобразования входного ЧМ сигнала в частотно-модулированное колебание с фазовой модуляцией. При этом в колебании не выходе избирательной цепи будет присутствовать сопутствующая амплитудная модуляция. Для того, чтобы указанная сопутствующая амплитудная модуляция не влияла на форму выходного напряжения фазового детектора, перед ним устанавливают амплитудные ограничители, либо сам фазовый детектор переводят в режим работы с ограничением.

Одиночный контур в качестве фазосдвигающей цепи не используется из-за небольшого линейного участка фазочастотной характеристики. Шире известны так называемые детектор-дискриминатор и дробный детектор (детектор отношений), в них схемы включения входных контуров и детектирующих диодов несколько сложнее, но обеспечиваются лучшие характеристики.

Структурная схема балансного частотного детектора приведена на рис. 5.10.

Напряжения, снимаемые с противоположных ветвей контура L2C2, выпрямляются диодами VD1, VD2 и затем подаются на нагрузку в виде сопротивлений R1C4, R2C5.

Два резонансных индуктивно связанных контура L1C1 и L2C2 настраиваются точно на среднюю частоту ЧМ сигнала. Конденсатор C3, соединяющий потенциальную точку первого контура со средней точкой второго контура, приводит среднюю точку второго контура к потенциалу входного сигнала. К каждому из диодов подводится полное напряжение первого контура и половина напряжения второго контура.