|
| |
|
Главная
>
Синхронное детектирование сигналов синхронное детектирование сигналов В реальных условиях в диапазоне радиоволн работает большое количестшо передающих станций, промышленных и медицинских установок; кроме того, на вход лриемника поступают атмосферные, космические, тепловые шумы. Возникает вопрос о выделении полезного сигнала. Рассмотрим случай, показанный на рис. 2, когда кроме полез-ого сигнала ОА на детектор действует помеха АС с дискретно* частотой п. Такой помехой может быть напряжение несущей частоты передатчика, работающего в соседнем канале. Разложим вектор помехи АС на синфазную и ортогональную составляющие. Синфазная составляющая помехи АВ совпадает по фазе с напряжением сигнала, ортогональная ВС сдвинута на 90°. Когда отношение напряжения несущей частоты к напряжению помехи на входе детектора велико, амплитуда выходного сигнала ОС почти не зависит от ортогональной составляющей помехи, т. е. ОС-хОВ. Спектр радиочастотного сигнала (рис. 3,а), в который входят несущая частота сос, боковые частоты (Во ± й и синфазная составляющая помехи соп, после детектирования включает в себя модулирующий сигнал и помеху разностной частоты (рис. 3,6). Фильтр иижиих частот, характеристика которого показана пунктирной линией, пропускает модулирующий сигнал с частотой й и подавляет го.меху разностной частоты соп-ш.с С увеличением напряжения помехи на входе детектора (рис. 4) ее ортогональная составляющая все больше влияет на амплитуду  Рис. 1. Векторное изображение высокочастотного сигнала.  Рис. 2. Сумма сигнала и слабой помехи. входного сигнала, т. е. ОСФОВ, и наступает порог помехоустойчивости - явление резкого уменьшения отношения сигнал/помеха на выходе приемника при незначительном уменьшении этого отношения на входе. Высокочастотный спектр сигнала на входе детектора показан на рис. 5,а. На выходе амплитудного детектора (рис. 5,6) помеха с частотой соп-соо-й находится в полосе пропускания фильтра нижних частот, а полезный сигнал модулирующей частоты й практически отсутствует. Таким образом, для избирательного приема необходи.мо поддерживать на входе детектора высокое отношение сигнал/помеха. Обычно с этой целью в усилительных каскадах до детектора ставят полосовые фильтры, состоящие из колебательных контуров. Однако этот способ имеет недостатки. Надежность катушек индуктивности невелика. Полоса яропускания колебательного контура соизмери.ма с шириной спектра радиосигнала, и если узкополосная помеха совпадает по частоте с полезным сигналом, отфильтровать ее невозможно. Замена колебательных контуров активнььми 7?С-фильтра.мм не дает требуемой стабильности. Возможен другой способ увеличения отношения сигнал/помеха. Для этого на вход детектора вместе с напряжением сигнала подается напряжение гетеродина, совпадающее по частоте и фазе с несушей частотой сигнала. Такое детектирование называется синхронным. Аналитические выражения для процесса синхронной демодуляции весьма простые. На вход детектора поступает амплитудионмоду-лированный сигнал Uc =iUo (1-f m sin Й0 sin (Oct и помеха I 3 -LJ Un = Unsmo)nt, (3) которые линейно перемножаются с напряжением синхронного гетеродина o.r=f/c.r sin Ио. (4) Отбросив высокочастотную и постоянную составляющие, запишем выходное напряжение детектора: Uo=ikmUcUc.r sin Qt+kUnUcT cos(tOn-Юо), (5) где kUc.i - коэффицнент передачи детектора. Разностная частота помехи и сигнала Ип-Ис не проходит через фильтр нижних частот, если она больше высшей частоты, пропускаемой фильтром. Рис. 3. Частотные спектры AM детектора при действии сигнала и слабой помехи, о -входной: б -выходной.  Рис. 4. Сумма сигнала и сильной помехи. Синхронные приемники AM колебаний делятся на одноканальные и двухканальные. Структурная схема одноканального синхронного приемника (рис. 6) мало отличается от схемы некогерентного приемника и соответствует супергетеродину с нулевой промежуточной частотой. Она включает Б себя полосовой фильтр, усилитель высокой частоты, AM детектор, синхронный гетеродин, фильтр нижних частот и усилитель низкой частоты. В синхронном приемнике отсутствуют паразитные зеркальные каналы и входная цепь должна подавлять только помехи, кратные по частоте принимаемому сигналу. При коэффициенте перекрытия по диапазону менее двух вместо входной цепи можно поставить неперестраиваемый полосовой фильтр. Необходимую габирательность приемника получают после детектора в фильтре нижних частот, который также не требует настройки. Действительно, в обычном приемнике с промежуточной частотой 465 кГц отклонение емкости или индуктивности колебательного контура на 10% приводит к изменению частоты настройки на 20 кГц; в синхронном приемнике такая же неточность подбора сопротивления или емкости в избирательном фильтре нижних частот вызывает только незначительное изменение полосы пропускания фильтра или его коэффициента передачи. В двухканальном синхронном приемнике, структурная схема которого показана на рис. 7, используется фазокомиенсаиионный способ выделения сигнала только одной боковой полосы. В этом случае можно подавить помеху, даже если она совпадает по частоте со спектром полезного сигнала. Сущность фазокомпенсационного спо -еоба состоит в использовании эффекта взаимной компенсации одной из боковых составляющих спектра сигнала, если соблюдаются определенные фазовые соотношения между напряжением синхронного гетеродина и низкочастотными колебаниями. 5 Напряжение синхронного гетеродина (вектор OOi на рис. 8,а) на детекторе первого канала сдвинуто по фазе относительно несущей сигнала на угол +45 , на детекторе второго - на угол -45°. В каждом канале верхняя и нижняя боковые полосы частот принимаемого сигнала (на рис. 8,а это соответственно векторы ОИв, ОИн и Огв. OzAb) перемножаются с напряжением гетеродина. Продетектированное напряжение первого канала (рис. 8,6) сдвигается в низкочастотном фазовращателе на 90° (рис. 8,в). После сложения в сумматоре с продетектнрованным напряжением второго канала (рис. 8,6) на Рис. 5. Частотные спектры AM детектора при действии сигнала и сильной помехи. с - входной; б - выходной.
выходе приемника получаются только колебания с разностной частотой синхронного гетеродина и нижней боковой полосы. Помеха, частота которой выше несущей частоты прини.маемого сигнала, будет подавлена. Если частота псмехи ниже частоты несущей, то, чтобы подавить помеху, нужно сдвинуть на 90° сигнал не в перво.м, а во втором канале или вместо сложения напряжений произвести вычитание. Of rtJ  Рис. 6. Структурная схема одноканального синхронного приемника. Уровень подавления одной из боковых полос обратно пропорционален погрешности согласования каналов по коэффициенту усиления и фазе, поэтому требуется строгое равенство коэффицпентов усиления и точное выполнение низкочастотного и высокочастотного фазовращателей. Это достигается тщательным подбором элементов схемы. ri->  90° Рис. 7. Структурная схема двухканального синхронного приемника. Рассмотренный двухканальный приемник детектирует двухполосные AM сигналы с подавленной несущей и одной боковой полосой. Способ демодуляции совпадает с фазовым методом формирования однополосных сигналов, в результате чего возможно схемное объединение приемника и передатчика. Преимущество фазокомпен-  в) \ \o сационного способа приема однополосных сигналов по сравнению с фильтровым состоит в том, что принципиально возможно получить асимметричную амплитудно-частотную характеристику с крутым спадом со стороны несущей. Это позволило бы хорошо воспроизводить низкие частоты звукового дналазона. Бели синхронный приемник (однокаиальный нлн двухканаль-иый) имеет еще одни смеситель и перестраиваемый гетеродин, такие же, как и в обычном некогерентном приемнике, то его структурная схема соответствует супергетеродину с двойным преобразованием частоты и второй промежуточной частотой, равной нулю. Такой синхронный приемник принято называть приемником с дополнительным преобразованием. В приемниках однополосных сигналов условие синхронности сигнала гетеродина и несущей частоты не обязательно. В этом случае нестабильность частоты гетеродина вызывает лишь сдвиг спектра продетекти-рованного низкочастотного сигнала. При двухполосной амплитудной модуляции невыполнение этого условия приводит к появлению биений на выходе приемника с разностной частотой гетеродина и сигнала. Остановимся на способах получения синфазных колебаний. Выделить несущую частоту полезного сигнала можно с помощью узкополосного фильтра. Но из-за недостаточно узкой полосы пропускания на выход фильтра вместе с несущей частотой попадают боковые составляющие спектра амплитудномодулированного сигнала. Эти составляющие, перемножаясь в синхронном детекторе с входным сигналом, приводят к появлению на выходе приемника напряжения с двойной частотой модуляции. Поэтому после усилителя напряжения несущей частоты ставят ограничитель и фильтр, подавляющий побочные продукты ограничения. В синхронном приемнике с дополнительным преобразованием в качестве фильтров для выделеиия несущей частоты применяются кварцевые или пьезокерамические резонаторы. В одноканальном приемнике без дополнительного преобразования {см. рис. 6) для выделения несущей частоты вместо синхронного гетеродина используется перестраиваемый резонансный колебательный контур, полоса пропускания которого сужается за счет регенерации. С увеличением коэффициента обратной связи возникает автогенерацня. Под действием высокочастотного входного напряжения автогенератор изменяет свою частоту и фазу иа частоту и фазу входного напряжения. Это позволяет получить колебания, совпадающие по фазе и частоте с несущей частотой сигнала. На рис. 9 показана зависимость от частоты минимального входного управляющего напряжения Ыу, которым может синхронизироваться обычный автогенератор. Если несущая частота принимаемого 8 Рис. 8. Векторные диаграммы сигналов в двухканаль-ном синхронном приемнике. сигнала сос близка к собственной частоте автогенератора Wor, по следний захватывается слабым напряжением сигнала и не реагирует на большие уровни напряжения помехи, частота которой значительно отличается от частоты несущей. Зависимость, показанная на рис. 9, является характеристикой избирательности цепи синхронизации. При амплитудной модуляции принимаемого сигнала благодаря цепочке автоматического смещения изменяется средняя крутизна характеристики нелинейного усилительного элемента, а напряжение на  Рис. 9. Характеристика избирательности цепи синхронизации. Рис. 10. Структурная схема выделения несущей с помощью ФАПЧ. контуре автогенератора остается постоянным. Однако нелинейный элемент обладает свойством подавлять слабый сигнал в пользу сильного. Поэтому прн большой помехе ограничение нежелательно, так как выходное отношение сигнал/помеха уменьшается. Лучшие результаты из всех способов выделения несущей дает система синхронизации с фазовой автоподстройкон частоты (ФАПЧ). В структурную схему (рис. 10) входят: фазовый детектор, фильтр нижних частот и управляемый по частоте гетеродин. На фазовый детектор подаются напряжения входного сигнала и гетеродина, а в двухканальном приемнике с подавленной несущей - сигналы низкой частоты первого и второго каналов. Если собственные колебания гетеродина отличаются только по фазе от входного сигнала, напряжение на выходе фазового детектора будет пропорционально напряжения.м входного сигнала, гетеродина и разности их фаз. Это напряжение через фильтр нижних частот поступает на управляющий элемент, который изменяет частоту настройки резонансного контура гетеродина так, что разность фаз сигнала и гетеродина уменьшается, в результате чего автогенератор синхронизируется несущей частотой сигнала. Когда на систему фазовой автоподстройки частоты одновременно с сигналом действует помеха, частота которой отличается от несущей частоты сигнала, на выходе фазового детектора возникают колебания с разностной частотой синхронного гетеродина и помехи. Эти колебания подавляются в фильтре нижних частот и практически не влияют на настройку контура синхронного гетеродина. Представляет интерес простейший способ синхронного приема с общим каналом для несущей частоты и боковых полос сигнала. В Приемнике прямого усиления, выполненном по типовой схеме, полоса пропускания радиочастотного тракта выбирается значительно меньше ширины шектра сигнала. В результате обеспечивается большое отношение напряжений сигнал/помеха и, следовательно, линей- 2-786 9
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
