Некогерентное детектирование АМ сигналов

Общие сведения

Детектирование – процесс восстановления модулирующего сигнала из модулированного высокочастотного колебания.

Детектирование, при котором учитывается начальная фаза принимаемого модулированного сигнала, называется когерентным; не учитывается – некогерентным.

Амплитудный детектор (АД) – устройство, с помощью которого детектируется АМ сигнал.

Поскольку спектр модулированного сигнала содержит только высокочастотные компоненты, и в нем отсутствуют низкочастотные спектральные составляющие модулирующего сигнала, то линейные цепи для детектирования непригодны (они не изменяют спектральный состав сигнала). В большинстве случаев детекторы представляют собой нелинейные цепи.

Рисунок 1 – Структурная схема некогерентного АД.

Детектор состоит из двух элементов: НЭ и ФНЧ. НЭ преобразует спектр входного модулированного сигнала так, что в спектре выходного тока появляются составляющие модулирующего сигнала. ФНЧ выделяет эти составляющие и предотвращает прохождение на выход детектора высокочастотных составляющих.

Простой и широко распространенной является схема диодного АД.

Рисунок 2 – Принципиальная схема диодного АД.

В качестве НЭ используется диод. Диод может работать в двух различных режимах: без отсечки тока (на него подается входное воздействие малой амплитуды – не более 100…300 мВ) и с отсечкой тока (на него подается входное воздействие большой амплитуды – более 500…1000 мВ). Детектор, работающий в режиме малого сигнала, называется квадратичным, поскольку начальный участок ВАХ диода хорошо аппроксимируется полиномом второй степени. Детектор, работающий в режиме сильного сигнала, называется линейным, поскольку основным рабочим участком ВАХ диода является линейный.

Это подтверждается характеристикой детектирования, которая представляет собой зависимость постоянного напряжения на нагрузке детектора от амплитуды немодулированного высокочастотного сигнала .

Рисунок 3 – Характеристика детектирования диодного АД.

В качестве ФНЧ, который является нагрузкой детектора, обычно служит параллельная цепочка , значения элементов которой подбираются так, чтобы сопротивление резистора было значительно больше емкостного сопротивления конденсатора для токов высокой частоты и значительно меньше его для токов низкой частоты:

.

Тогда выходное напряжение детектора будет создаваться только низкочастотными составляющими тока, а высокочастотные составляющие окажутся отфильтрованы. Чтобы убрать постоянную составляющую , содержащуюся в напряжении , сигнал на следующие за детектором элементы подают через разделительный конденсатор . В результате получается напряжение без постоянной составляющей.

Квадратичный диодный АД

Характеристику диода можно представить в виде:

.

Подставим в приведенную зависимость выражение модулированного сигнала :

Рисунок 4 – Спектр АМ сигнала на входе детектора и тока диода.

Низкочастотная переменная составляющая тока диода содержит два слагаемых: полезное, воспроизводящее передаваемый сигнал (с частотой ), и вредное, которое появилось вследствие квадратичного характера детектирования (с частотой ). Следовательно, возникают нелинейные искажения выходного сигнала. При детектировании сигнала, модулированного спектром частот, в детекторе также возникают комбинационные частоты, что еще больше увеличивает искажения сигнала.

Квадратичное детектирование находит ограниченное применение (в измерительной технике).

Представим ВАХ диода в виде линейно-ломаной. Под действием входного напряжение ток в цепи диода представляет собой импульсы, следующие с частотой несущей . До момента времени модуляция отсутствует, и амплитуда импульсов не меняется. В момент включена модуляция, и амплитуда импульсов начинает изменяться с частотой . Последовательность немодулированных импульсов тока через диод может быть представлена в виде ряда Фурье с постоянной составляющей. Модель тока с момента будет представлять собой произведение ряда Фурье и множителя модуляции :

.

В спектре такого тока будет постоянная составляющая, составляющая несущей частоты , ее гармоники и комбинационные частоты. В составе спектра появляется низкочастотная составляющая , которую и выделяет ФНЧ.

При линейном детектировании нелинейные искажения информационного сигнала минимальны, а коэффициент передачи детектора , равный отношению постоянной составляющей выходного напряжения к амплитуде немодулированного несущего колебания , не зависит от амплитуды несущей:

,

где - угол отсечки тока диода.

 

Рисунок 5 – Временные диаграммы работы линейного диодного АД.

Рисунок 6 – Спектральные диаграммы АМ сигнала на входе детектора,

тока диода и выходного сигнала.

Линейный АД применяется как в профессиональной, так и в бытовой радиоаппаратуре.