2. Амплитудный детектор радиосигналов

Амплитудный детектор – устройство, предназначенное для выделения выходного напряжения, повторяющего закон амплитудно-модулированного входного сигнала, содержащего полезную информацию. Операция детектирования может быть реализована либо при использовании цепей с периодически изменяющимися параметрами (синхронный детектор), либо путем применения нелинейных элементов (рис. 4.33).

Рис. 4.33  Обобщенная схема амплитудного детектора

При использовании в качестве детектора нелинейный элемент, на вход которого действует сигнал (рис. 4.34),

. (4.0)

Вследствие нелинейности НЭ входной и выходной токи представляют сумму постоянной и гармонических составляющих

(4.0)

Постоянная составляющая выходного тока повторяет закон модуляции сигнала

.

Рис. 4.34  Форма входного и выходного сигнала АМ-детектора

Напряжение сигнала постоянной составляющей и закона модуляции выделяется на нагрузке детектора и имеет вид

. (4.0)

Аналогично можно получить и для более сложных сигналов.

Основные технические характеристики детектора АМ-сиг-нала включают:

- точность воспроизведения закона модуляции, оцениваемая коэффициентом гармоник

;

- эффективность детектирования (коэффициент передачи):

;

для немодулированного сигнала , для АМ-сигнала;

- неравномерность АЧХ;

- влияние сопротивления детектора на технические характеристики последнего каскада УПЧ.

3. Детектор радиоимпульсных сигналов

При обработке последовательности радиоимпульсных сигналов различают два режима: импульсного и пикового детектирования. Импульсное детектирование необходимо для выделения огибающей одиночного радиоимпульса (рис. 4.35, б), а пиковое – для выделения огибающей последовательности радиоимпульсов (рис. 4.35, в). Для детектирования могут быть использованы детекторы АМ-колебаний (рис. 4.33). На рисунке 4.35 представлены эпюры напряжения на входе детектора (а), на выходе импульсного (б) и пикового детектора (г).

Однако для различных режимов детектирования необходимо выполнять определенные требования, предъявляемые к нагрузке детектора. Для обеспечения режима импульсного детектирования необходимо воспроизвести огибающую импульса, несущую информацию о продолжительности или о временном его положении. Постоянная времени нагрузки импульсного детектора должна удовлетворять условию [1]

,

где T_Н – период несущего колебания;

_И – длительность импульса.

Рис. 4.35  Диаграммы работы детектора радиоимпульсных сигналов на входе (а), в режимах импульсного (б) и пикового детектирования (в, г)

Пиковые детекторы воспроизводят закон изменения амплитуд последовательности радиоимпульсов

,

где T – период следования импульсов;

–период модуляции.

При двукратном детектировании сигнал преобразуется в видеоимпульсы, которые после усиления подаются на вход пикового детектора, выделяющего огибающую радиосигнала (рис. 4.35, г).

4. Детектор частотно-модулированных сигналов

Детектор частотно-модулированных сигналов предназначен для преобразования высокочастотного напряжения, модулированного по частоте, в напряжение, пропорциональное величине отклонения несущей от ее центрального положения.

Широкое применение ЧМ-сигналов вызвано многими отличительными особенностями: лучшее использование мощности передатчика, более высокая помехоустойчивость. Однако достаточно широкая эффективная полоса спектра ограничивает сферу применения в диапазоне длинных и средних волн. Обычно приемники ЧМ-сигналов используются в диапазоне УКВ и выше.

При гармонической ЧМ с частотой модуляции мгновенное значение частоты имеет вид

,

где – несущая частота,

–девиация (наибольшее отклонение) частоты.

Отсюда фаза

и напряжение ЧМ-сигнала

,

где – индекс модуляции.

При проектировании приемников ЧМ-сигналов следует отметить, что структурная схема приемника не отличается от обычного супергетеродинного или другого типа. Единственное отличие от радиоприемников, предназначенных для приема АМ-коле-баний – использование ограничителей амплитуды с целью подавления сопутствующей амплитудной модуляции.

Рис. 4.36  Амплитудная характеристика ограничителя амплитуды

Частотные детекторы предназначены для преобразования высокочастотного напряжения, модулированного по частоте, в напряжение, изменяющееся по закону модуляции. Детектирование сигнала производится в 2 этапа: преобразование вида модуляции к удобному виду для детектирования, затем – детектирование. По типу детектирования ЧД делятся на 4 группы: частотно-амплитудные (рис. 4.37), частотно-фазовые (рис. 4.38), частотно-импульсные (рис. 4.39) и детекторы на основе фазовой автоподстройки частоты (синхронные детекторы).

Рис. 4.37  Структурная схема частотно-амплитудных детекторов (а) и временные диаграммы напряжений на входе выходе ее элементов (г)

Рис. 4.38  Структурная схема частотно-фазовых детекторов (а) и временные диаграммы напряжений на входе-выходе ее элементов (б)

Рис. 4.39  Структурная схема частотно-импульсных детекторов (а) и временные диаграммы напряжений на выходе ее элементов (б)

На практике наиболее широкое распространение получили частотно-амплитудные детекторы.

Требования к техническим показателям ЧД определяются их назначением:

Точность воспроизведения закона модуляции (k_г). Величина коэффициента гармоник не должна превышать 1...2%. Первое условие малого коэффициента гармоник – линейная фазочастотная зависимость статической детекторной характеристики.

Рис. 4.40  Статическая характеристика частотного детектора

Эффективность детектирования определяется крутизной СДХ в линейной области .

Оценка степени подавления АМ входного сигнала. Это оценивается с помощью остаточного выходного напряжения, обусловленного АМ. Зависимость этого напряжения от частоты несущей АМ входного сигнала – характеристика подавления АМ:

.

Требования к неравномерности АЧХ, величине фазовых искажений и фильтрации высокочастотного напряжения оценивается, как и для случая с АМ, – детектором. Кроме этого, в ряде случаев необходимо обеспечивать компенсацию вводимых в передатчике предыскажений.