электросвязь / 32. РПР с ЧМ

Лекция 32

Радиоприёмники с частотной модуляцией

Частотная модуляция (ЧМ) находит широкое применение в станциях внутри аэропортовой и коммерческой связи.

Ширина спектра ЧМ-сигнала зависит не только от наибольшей моделирующей частоты Fmax , но также и от максимальной девиации частоты ∆fmax и может быть принята с некоторыми упрощениями в виде:

2∆f = 2(Fmax + ∆fmax) . (1)

Из выражения (1) следует, что занимаемая ЧМ-сигналом полоса частот шире по сравнению с АМ, где она составляет лишь 2Fmax. Поэтому связь с частотной модуляцией получила применение в диапазонах УКВ, ДМВ и более коротковолновых, которые обладают значительной шириной по сравнению с СВ и КВ и позволяют получить большое количество каналов связи. Кроме того, ограниченная область действия радиостанций в указанных диапазонах даёт возможность увеличения числа каналов путём использования одинаковых частот связи без взаимных помех в удалённых друг от друга зонах.

Достоинством связи с ЧМ является её высокая помехозащищённость по сравнению с АМ при одинаковом отношении напряжений сигнала и помехи на входе приёмников. Это объясняется тем, что помехи значительно сильнее воздействуют на амплитуду сигнала, чем на его частоту. Получаемый поэтому выигрыш в отношении Uс/ Uш на выходе ЧМ-приёмникка, как показывают исследования при флуктуационных помехах равен ,-,-. Так как индекс модуляции в телефонном режиме имеет порядок десяти, то выигрыш получается значительным. Однако указанное соотношение справедливо в том случае, если Uс /Uш 1.

F

f_ПЧ

f_ПЧ

f_ПЧ

f_C

f_C

преселектор

СМ

УПЧ

ограничитель

ЧД

УНЧ

Отличительная особенность приёмника ЧМ-сигналов (рис.1.) связана с использованием в нём частотного детектора (ЧД).

управитель

Г

ФНЧ

Рис.1. Типовая структурная схема приемника сигналов с частотной модуляцией.

Принцип работы частотного детектора можно рассмотреть на приёме схемы с двумя взаимно расстроенными колебательными контурами (рис. 2.). Он относится к детекторам, действующим по способу преобразования ЧМ в АМ с последующим детектированием.

D₁

U_{вх. d}

C_H1

+

_{__}

R_H1

U_k1

U_вых1

~

_

+

R_H2

U_вых. d

U_k2

D₂

C_H2

U_вых2

Рис.2. Частотный детектор с взаимно расстроенными контурами.

На вход детектора подаётся напряжение высокой частоты Uвх.d . При помощи высокочастотного трансформатора оно подводится к двум колебательным контурам, образуя на них напряжения Uк1 и Uк2.Если при постоянной амплитуде менять частоту колебаний на входе детектора, то величина напряжения на колебательном контуре будет изменяться в соответствии с формой резонансной характеристики. Аналогичная зависимость напряжения, получаемого в результате диодного детектирования, образуется на входе схемы Uвых.1 и Uвых.2 имеют противоположную полярность, определяемую направлением включения диодов Д1 и Д2 ,а их экстремальные значения совпадают по частоте из-за расстройки контуров в противоположные стороны относительно f_ср (рис. 3)

Рис.3. Частотная характеристика детектора.

На частоте fср напряжения на нагрузках диодных детекторов одинаковы по абсолютной величине, но противоположны по знаку. Поэтому их сумма равна нулю. Таким образом, если передатчик вырабатывает немодулированную несущую частоту fср ,то на выходе частотного детектора приёмника напряжение будет равно нулю.

При изменении частоты вследствие её модуляции напряжение на одной из нагрузок возрастает, в то время как другой уменьшается. Суммарное выходное напряжения Uвх.d увеличивается.

Если девиация частоты меньше ∆f (см. рис. 3), то зависимость между частотой сигнала и напряжением на выходе детектора оказывается линейной. Превышение указанной величины приводит к существенным нелинейным искажениям выходного сигнала.

Другой принцип частотного детектирования используется в дискриминаторе и детекторе отношений, называемом также дробным детектором. В них осуществляется преобразование ЧМ в фазовую модуляцию с последующим фазовым детектированием. Известны также частотные детекторы с преобразованием ЧМ в фазоимпульсную модуляцию.

Симметрия частотного детектора обеспечивает подавление паразитной амплитудой модуляции ЧМ-сигнала и накладываемых на него импульсных помех. Однако полностью достичь этого не удаётся. Поэтому частотному детектору в приёмнике (см. рис. 1.) предпосылается двусторонний амплитудный ограничитель.

Медленный, по сравнению с нижней частотой модулирующего сигнала, дрейф частот передатчика и гетеродинов приёмника приводят к образованию на выходе ЧД медленно меняющийся переменной составляющей напряжения. Оно может быть выделено с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ). Воздействуя через управитель на частоту гетеродина, напряжение, пропорциональное дрейфу, производит автоподстройку приёмника, в результате которой расхождение с частотой передатчика снижается до минимума. Другими словами, в приёмнике применяется отрицательная обратная связь по дрейфу частоты.