Амплитудный аналоговый демодулятор

При приеме радиосигналов с амплитудной модуляцией демодулятор состоит из амплитудного детектора — нелинейного элемента — и фильтра нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которого Fфнч=Fвыс, где Fвыс -высшая частота в спектре модулирующего сигнала

Схема демодулятора с полупроводниковым диодом и RС-фильтром нижних частот

нелинейные характеристики

Линейный детектор

Квадратичный детектор

Двухтактный амплитудный детектор

нелинейные характеристики

В качестве амплитудного детектора, помимо диода, может использоваться и транзистор. Диод, имея малое сопротивление в прямом направлении и большое — в обратном пропускает только сигнал с напряжением положительной полярности и отрезает сигнал при отрицательной полярности напряжения.

При подаче на вход детектора амплитудно-модулированного сигнала

отрицательная часть напряжения u{t) «срезается» и сигнал на выходе принимает вид:

при условно линейной характеристике

при квадратичной характеристике

при характери­стике двухтактного детектора.

Из полученных результатов следует, что в спектре сигнала на выходе амплитудного детектора содержится составляющая с частотой Ω. модулирующего сигнала. Следовательно, из амплитудно-модулированного ВЧ сигнала происходит извлечение исходного сообщения. Помимо сигнала с частотой Ω, в спектре содержатся составляющие с частотой ω, 2ω,... несущих колебаний. Эти составляющие должны отфильтровываться с помощью фильтра нижних частот, включаемого после амплитудного детектора. Как следует спектрограмм, наилучший результат получается при двухтактном амплитудном детекторе. При его использовании составляющая с низкой частотой Ω., получается максимальной, а подавление составляющей с частотой несущих колебаний ω — наилучшим.

В случае использования в качестве ФНЧ однозвенного RС-фильтра следует выполнить следующие условия по выбору постоянной времени фильтра Т = RC в целях выделения низкочастотной составляющей спектра сигнала и подавления несущих колебаний: (1/ω) « Т«(1/Ω).

В случае использования квадратичного детектора в спектре выходного сигнала содержится также составляющая с частотой 2ω, что нежелательно, поскольку отфильтровать ее значительно сложнее, чем сигнал с частотой ω. Поэтому более предпочтительно использование амплитудного детектора в линейном режиме, который обеспечивается увеличением входного сигнала.

Частотный демодулятор при приеме аналоговых сигналов

Частотная модуляция является доминирующей в современных системах передачи информации СВЧ диапазона, в том числе в спутнико-космических системах радиосвязи и телевидения. При ЧМ обеспечиваются высокая помехоустойчивость и высокое качество передачи информации, допускается возможность одновременной работы в общем канале связи большого числа корреспондентов и реализуется более полное использование по энергетическим показателям радиопередающего устройства в силу постоянства амплитуды сигнала по сравнению с амплитудной модуляцией.

Типовая схема частотного демодулятора

Где АО — амплитудный ограничитель; ПФ — полосно-пропускающий фильтр по отношению к 1-й гармонике сигнала промежуточной частоты; ЧД — частотный детектор; ФНЧ — фильтр нижних частот.

Полоса пропускания ФНЧ устанавливается равной верхней частоте модулирующего сигнала F_B. Полоса пропускания УПЧ выбирается исходя из ширины спектра принимаемого частотно модулируемого сигнала.

Статическая характеристика частотного детектора имеет вид, показанный рис. а. Амплитудно-частотная характеристи­ка по выходному сигналу демодулятора рис. б. В зависимости от характера передаваемого сообщения в АЧХ осуществляется подъем или завал определенных участков, например так, как показано на рис. в.

Одна из возможных схем частотного детектора, называемая схемой на расстроенных контурах, приведена на рис.

Рис . 3.

Частотный детектор, являющийся комбинацией двух ампли­тудных детекторов, работает следующим образом. Резонансная частота первого контура f_p1 > f₀, второго f_p2 < fo, где f_Q — цент­ральная частота, при которой выходное напряжение детектора U = 0. Напряжение на выходе амплитудных детекторов U_д1 и U_д2 определяется резонансной характеристикой каждого из контуров. Выходное напряже­ние частотного детектора согласно схеме на рис. 3 есть разность напряжений U_д1 и U_д2.

где Q — добротность контура; Δ𝑓_р — расстройка резонансной час­тоты каждого из контуров относительно центральной частоты f₀.

Изменяя значения добротности контура Q и расстройку Δ𝑓_р, мож­но регулировать крутизну и протяженность линейного участка этой характеристики (Рис. 2 а).

На вход частотного демодулятора, как и на другие устройства обработки сигнала, помимо полезного сигнала, поступает помеха. Взаимодействие между ними приводит или к подавлению помехи полезным сигналом (положительный эффект, создающий преимущества ЧМ), или, наоборот, к подавлению полезного сигнала помехой (отрицательный эффект).

Отношение мощностей полезного сигнала и помехи на выходе частотного демодулятора (Р_с/Р_п)_ВЬ1Х от отношения этих же мощнос­тей на входе {Pс/P_n)_вх > 5 определяется следующим выражением:

где т_ч = Δfд/F_a — индекс частотной модуляции по отношению к высшей частоте модулирующего сигнала.

Формула раскрывает основное преимущество частотной модуляции, состоящее в возрастании отношения мощностей сигнала и помехи на выходе частотного демодулятора с увеличением индекса т_ч, а следовательно, и полосы пропускания высокочастотного тракта радиопри­емника. Однако это свойство ЧМ сохраняется только при соблю­дении условия (Pс/P_п)_вх> W_пор, т.е. это отношение должно быть больше некоторого порогового значения, равного 10... 12 дБ.

При значении (Р_с/Р_п)_вх< W_nop начинается процесс подавления полезного сигнала импульсной помехой в ограничителе, что и приводит к ухудшению отношения (Р_с/Р_п)_вых на выходе частотного демодулятора.

На рис. 4 приведены графики зависимости (Р_с/Р_п)вых = Ф(Р_с/Р_п)вх при разных значениях индекса частотной модуляции т_ч.

Рис .4.

На графиках четко прослеживается наступление порога при определенных значениях отношения (Р_с/Р_п)_вх в зависимости от т_ч, причем с увеличением т_ч порог возрастает.

Таким образом, существенный выигрыш в обработке сигнала при частотной модуляции имеет место только при работе выше пороговых значений, т. е. при (Р_с/Р_п)_вх = 10... 12 дБ. Этот выигрыш достигается при больших значениях т_ч за счет расширения спектра сигнала и, следовательно, базы сигнала и полосы пропускания в высокочастотном тракте радиоприемного устройства, предшествующего частотному демодулятору.