Детектирование БМ, ОМ и кам сигналов

Рассмотренный выше детектор огибающей не пригоден для детектирования БМ (двухполосных без несущей), ОМ и КАМ сигналов, поскольку их огибающие не повторяют форму модулирующих сигналов и, кроме амплитудной, имеет место фазовая модуляция. Соответствующий детектор должен обладать не только амплитудной, но и фазовой чувствительностью. Такого рода детектор реализуют на параметрической основе и называют синхронным (рис. 3.27).

Рассмотрим процесс детектирования сигналов с разными видами линейной модуляции синхронным детектором (СД).

Детектирование АМ сигналов

В этом случае

.

На выходе перемножителя получим

,

а на выход СД через ФНЧ пройдёт лишь первое (НЧ) слагаемое этого произведения

.

Для достижения наибольшего коэффициента детектирования следует добиваться не только синхронности, но и синфазности () опорного и несущего колебаний.

2. Детектирование двухполосных (БМ) сигналов

В этом случае (3.5)

.

На выходе перемножителя имеем

.

После ФНЧ на выходе СД получим

,

где – коэффициент детектирования.

3. Детектирование однополосных (ОМ) сигналов

В этом случае (3.6)

.

На выходе перемножителя получаем

.

После ФНЧ на выходе СД при условии имеем

,

где – коэффициент детектирования.

Детектирование и разделение КАМ сигналов

В этом случае (см. рис 3.21)

.

На выходе перемножителя получаем

.

После ФНЧ на выходе СД имеем:

при условии

,

при условии

.

Таким образом, при использовании двух СД с квадратурными опорными колебаниями (попарно синфазными с квадратурными несущими КАМ сигнала) наряду с детектированием обеспечивается полное разделение двух передаваемых сигналов и . Схема приёма КАМ сигналов приведена на рис. 3.28.

Выводы

1. Синхронный детектор позволяет детектировать сигналы с любым видом линейной модуляции без искажений независимо от уровня сигнала.

2. Синхронный детектор обладает наряду с амплитудной ещё и фазовой чувствительностью, что позволяет использовать его в качестве измерителя разности фаз входного и опорного колебаний (фазового детектора).

3. Отсутствие в СД синфазности несущего и опорного колебаний приводит:

· при приёме АМ и БМ сигналов – к уменьшению коэффициента детектирования ;

· при приёме ОМ сигналов – к искажению формы выходного сигнала за счёт суммирования , что, впрочем, не является существенным при приёме звуковых сообщений, т.к. эти искажения связаны с изменение фазового спектра сигнала при сохранении амплитудного (см. свойства преобразования Гильберта), а слуховой аппарат человека не обладает чувствительностью к фазовым искажениям;

· при приёме КАМ сигналов – к перекрёстным искажениям (не полному разделению сигналов), когда

,

.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схему детектора огибающей. Приведите спектры сигналов в её отдельных точках.

2. Каковы особенности работы детектора огибающей в режиме сильного сигнала?

3. Каковы особенности работы детектора огибающей в режиме слабого сигнала?

4. Как выполняют детектирование БМ, ОМ и КАМ сигналов?

5. Нарисуйте схему синхронного детектора и спектры сигналов в отдельных её точках.

6. Как влияет на качество детектирования АМ, БМ и ОМ сигналов неточность восстановления фазы опорного колебания?

7. Как влияет на качество разделения сигналов с КАМ неточность восстановления фазы опорного колебания?

Рекомендации по проведению экспериментальных исследований детектирования АМ, БМ, ОМ и КАМ сигналов

Для закрепления полученных в разделе 3.5 знаний целесообразно выполнить лабораторные работы № 9 «Детектирование АМ сигналов» (рис. 3.29), № 21 «Детектор огибающей сигнала» (рис. 3.30) в полных объёмах и № 11 «Линейные виды модуляции и синхронное детектирование» (рис. 3.31) в части исследования синхронных детекторов. Обратите внимание на роль каждого ФУ в нелинейном и параметрическом детекторах, осциллограммы и спектрограммы сигналов в отдельных их точках, на причины и характер искажений сигналов при использовании нелинейных и параметрических детекторов.

Рис. 3.29. Исследование транзисторного детектора АМ сигнала

Рис. 3.30. Исследование детектора огибающей АМ сигнала

Рис. 3.31. Исследование синхронного детектиролвания АМ, БМ ОМ и КАМ сигналов

3.6. Преобразование частоты сигналов

 

Преобразованием частоты называют перенос (транспонирование) спектра сигнала (обычно узкополосного) по оси частот «вверх» или «вниз» на некоторое расстояние w_г, задаваемое гетеродином – маломощным генератором гармонического колебания . При этом сохраняются вид модуляции и структура спектра сигнала, изменяется только его положение на оси частот.

Преобразователь частоты состоит из смесителя частот и гетеродина (рис. 3.32).

Смеситель частот реализуется на параметрической или нелинейной основе, т.к. на его выходе необходимо получить колебание комбинационных частот входных сигналов второго порядка (суммарных или разностных). Среднюю частоту выходного сигнала или называют промежуточной. Собственно говоря, ничего нового в операции преобразования частоты для нас нет, с ней мы уже встречались при рассмотрении свойств преобразования Фурье (п. 9), свойств аналитического сигнала (п. 5) и параметрической реализации однополосного модулятора (рис. 3.20). Схема, приведённая на рис.3.20, может быть использована в качестве параметрического преобразователя частоты без каких либо изменений. Нелинейный преобразователь частоты может быть выполнен также по выше рассмотренной схеме амплитудного модулятора (рис. 3.16) при настройке нагрузочного колебательного LC контура на промежуточную частоту .

Рис. 3.33. Исследование параметрического преобразователя частоты

Преобразователи частоты входят в состав подавляющего большинства современных радиоприёмных устройств (супергетеродинов). Их применение позволяет основную додетекторную обработку сигналов в этих приёмниках – фильтрацию и усиление производить не на частоте сигнала (которая может быть слишком высокой и изменяться в широком диапазоне частот), а на фиксированной промежуточной. Это позволяет существенно улучшить чувствительность и избирательность приёмников, а также упростить их перестройку в широком диапазоне принимаемых частот.

 

Контрольные вопросы

1. Какой ФУ называют преобразователем частоты?

2. Приведите алгоритм и схему параметрического преобразователя частоты.

3. Объясните назначение каждого элемента схемы параметрического преобразователя частоты.

4. Нарисуйте схему преобразователя частоты на нелинейной основе и объясните назначение её элементов.

5. Какие преимущества даёт использование преобразователя частоты в радиоприёмных устройствах?

Рекомендации по проведению экспериментальных исследований преобразования частоты сигналв

Для закрепления полученных в разделе 3.6 знаний полезно выполнить лабораторные работы № 12 «Преобразование частоты на параметрической основе» (рис. 3.33) и №10 «Преобразование частоты сигналов на нелинейной основе» в полных объёмах. Обратите внимание на роль каждого ФУ в нелинейном и параметрическом преобразователях частоты, осциллограммы и спектрограммы сигналов в отдельных их точках.

 

Угловая (ЧМ и ФМ) модуляция

При угловой модуляции (УМ) информация о модулирующем сигнале закладывается в полную фазу гармонического переносчика

. (3.8)

В зависимости от того, как это делается, различают два варианта УМ:

1) фазовая модуляция (ФМ), при которой

2) частотная модуляция (ЧМ), при которой

Поскольку фаза и мгновенная частота связаны между собой известным соотношением

,

то столь же тесно связаны между собой ФМ и ЧМ.

В частности, при ФМ

,

а при ЧМ

.

Из этих соотношений вытекает возможность получения обоих видов угловой модуляции с помощью одного типа модулятора (либо фазового, либо частотного) (рис. 3.34).