Определение, назначение и принцип действия частотных детекторов

Частотным детектором называется устройство, выходное напряжение которого определяется отклонением мгновенной частоты сигнала от номинального значения. • Выходное напряжение детектора определяется его детекторной характеристикой U_в=F(∆f)

где Δf = f с - fном.

Определение – ЧД называется устройство, выполняющую одну из 2–х функций:

– преобразования ВЧ напряжения, модулированного по частоте в НЧ напряжение, изменяющееся по закону модуляции;

– преобразования отклонения несущей частоты сигнала от её номинального значения в постоянное напряжение, величина и знак которого характеризуют величину и знак этого отклонения.

1–ю функцию выполняют Ч демодуляторы они входят в состав УПиОС ЧМ сигналов.

2–ю функцию выполняют Ч дискриминаторы – они входят в системы АПЧ и вырабатывают управляющее напряжение.

Классификация: по виду преобразования сигнала ЧД подразделяются на

– частотноамплитудные – происходит преобразование изменения частоты в изменения амплитуды с последующим детектированием в АД4

– частотнофазовые – происходит преобразование отклонения частоты в отклонения между векторами основного и вспомогательного напряжения с последующим детектированием в ФД;

– частотноимпульсные – преобразуют ЧМ сигнал в последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна отклонению входной частоты от среднего значения. НЧ напряжение, пропорциональное числу импульсов в единицу времени можно получить с помощью счетчиков импульсов;

– автокорреляционные ЧД;

– ЧД на основе ФАП (синхронные фазовые детекторы);

– Цифровые ЧД.

Основные параметры:

1. частотная или детекторная характеристика – зависимость выходного напряжения от частоты

Здесь ω₀ – переходная частота ЧД. Параметры, описывающие характеристику: крутизна (1) и раствор Пчд – интервал частот, лежащий между горбами частотной характеристики (приближенно можно считать Пчд=(2). Рабочий участок находится между горбами.

Требования к детекторной характеристике ЧД:

– раствор Пчд должен соответствовать диапазону частот отклонений, которые возможны для данного сигнала в данном приемнике;

– в пределах Пчд детекторная характеристика д.б. возможно более линейной;

– при заданных Пчд и f₀ крутизна Sчд д.б. возможно большей;

– переходная частота f₀ д.б. достаточно стабильной.

В случае ЧД демодулятора наиболее важным является линейность характеристики внутри Пчд (мин. Искажения) при большем растворе – большем максимальной девиации частоты. Требования к крутизне и стабильности частоты могут быть ослаблены.

В случае ЧД дискриминатора наиболее важно требование стабильности частоты, т.к. в системах АПЧ нестабильность частоты будет перенесена на подстраиваемые частоты, а также важно симметрия характеристики относительно f₀ и большей крутизне, т.к. вблизи нуля нестабильность УПТ велика.

Принципы работы и схемы ЧД

Как правило, на входе ЧД ставят АО, чтобы убрать паразитную АМ. АО – обязательный элемент тракта приемника ЧМ сигналов.

1. Частотноамплитудные детекторы (ЧАД) (ЧД на расстроенных контурах)

Принцип работы основан на подаче входного сигнала на наклонный участок резонансной характеристики. В качестве резонансной системы м.б. использована любая частотнозависимая цепь – LC контура, RC–фильтры, активные RC–фильтры, микрополосковые ф–ры, пьезо, механич., керамические фильтры и т.д.

Как правило, используют балансные схемы. Схема балансного ЧД с 2–мя расстроенными контурами

Здесь токи через Д1 иД2 протекают во встречном направлении

Детекторная характеристика такого ЧД получается из взаимодействия двух характеристик расстроенных контуров.

 

2. Частотнофазовые детекторы (ЧФД)

На практике широко используются ЧД с преобразованием ЧМ–ФМ с последующим детектированием в ФД. По сравнению с ЧД на расстроенных контурах они легче настраиваются. Перед таким ЧД нужен обязательно АО.

Отсутствие АО на входе приведет к переносу паразитной АМ в напряжение на выходе ЧФД.

Разновидностью ЧФД, не требующих АО на входе является дробный детектор или детектор отношений.

Характерной особенностью его является наличие инерционных цепей, включенных параллельно детектору. Это делает его малочувствительным к паразитной АМ входного сигнала (с определенной частотой).

Такой детектор выполняет роль диодного ограничителя с фиксированным порогом – не требует отдельного АО.

3. Перспективными являются Д. без индуктивностей – автокорреляционные ЧД. Они построены на линиях задержки на ПАВ.

Здесь формирователь– преобразует входной сигнал в импульсы с изменяющейся частотой и длительностью. Фазовый сдвиг (1), где к–количество периодов.

Достоинства:

– хорошо пригодна для микро исполнения;

– нормированная детекторная характеристика имеет линейный вид как на рис.10.9;

– в двое более широкая полоса пропускания, чем у Д со связанными и расстроенными контурами.

4. Частотноимпульсные Д.

Здесь ЧМ сигнал сначала преобразуют в последовательность импульсов, изменяющих свое временное положение по закону частотной модуляции – получается время–импульсная модуляция.

5. ЧД на основе систем ФАП (синхронные фазовые детекторы).

Достоинство– высокая помехоустойчивость.

6. Цифровые ЧД

Здесь РУ–решающее устройство осуществляет накопление информации, поступающей с выхода ФНЧ в течение тактового импульса, сравнивает полученное значение с порогом и выдает принятое решение.