Приём сигналов с частотной модуляцией

 

 

При многопутном распространении ЧМ сигналов и при прохождении ЧМ сигналов через частотно-селективные тракты приёмника в ЧМ колебании появляется сопутствующая ПАМ. Но амплитуда ЧМ колебания не несёт полезной информации, поэтому одна из основных особенностей приёмников с ЧМ является отсутствие системы АРУ. Её роль выполняет амплитудный ограничитель.

Простой некогерентный приёмник ЧМ сигналов. Нарисовать схему. Не забыть про ЧАПЧ. Рассказать про современные фишки типа активных RC фильтров в усилителе ограничителе и ЧД.

Анализ показывает для гармонических помех в ЧД:

F_Б – частота биений равная f₀-f_П.

DF_M – девиация частоты сигнала.

Для широкополосной флюктуационной помехи (шум):

- спектральная плотность шума.

Эти формулы показывают, что для ЧМ, как и для АМ действие помехи можно ослабить увеличив глубину модуляции, но для АМ глубина модуляции не может быть более 1, в то время как девиация частоты ЧМ колебания теоретически может быть любой. Поэтому ЧМ, особенно широкополосная обладает большей помехозащищённостью чем АМ.

Фактически в приёмнике ЧМ организована схема ШОУ, поэтому она обеспечивает большее подавление импульсных помех, чем, например, АМ.

Особенность ЧМ состоит в разной степени искажающего действия помех на разных частотах принимаемого сообщения.

 

Уровень помех понижается в области низких частот, и максимален в области верхних.

Чтобы обеспечить примерно равную помехозащищённость во всей полосе частот применяют частотные предискажения на передающей стороне, которые компенсируются на приёмной (подъём и спад АЧХ усилителей). При этом девиация частоты возрастает пропорционально частоте модуляции, следовательно, индекс частотной модуляции остаётся примерно постоянным. В сущности, это означает, что модуляция в данном случае не частотная, а фазовая.

Из-за наличия в тракте ЧМ приёмника помех, амплитуда которых сравнима с амплитудой принимаемого сигнала могут появиться резкие фазовые сдвиги, превышающие 90⁰, что приведёт к появлению на выходе ЧД импульса, представляющего собой помеху. Следовательно, при угловой модуляции проявление помехи имеет отчётливо выраженный пороговый характер. Высокая помехоустойчивость сохраняется только в пределах условия U_П<U_C.

 

Для уменьшения пороговых эффектов и повышения помехоустойчивости применяют различные устройства.

1. Схема Виницкого со следящим фильтром. Уровень шума снижается за счёт уменьшения полосы пропусканя для шума следящего фильтра в УПЧ.

2. АПЧ с малой постоянной времени, которая в ПЧ снижает глубину модуляции, что даёт возможность применить узкополосные фильтры в УПЧ. Наличие в цепи ОС двух узкополосных фильтров (второй - ФНЧ) позволяет снизить уровень шума.

3. Приёмник с фазовой АПЧ. Использование второго гетеродина и ФД для демодуляции ЧМ. Порог понижается благодаря узкой полосе ФНЧ, и соответственно понижению уровня шума.

 

 

ЧМ стерео приёмники

 

При решении задач радиовещания целесообразнее сделать один мощный передатчик, чем много чувствительных приёмников. Средняя стоимость системы оказывается ниже.

Система стереофонического вещания совместима с обычным монофоническим приемником. Совместимость обеспечивается тем, что передаются не сигналы левого и правого каналов, а их сумма и разность. Суммарный сигнал может воспроизводиться монофоническим приемником, а для разделения каналов в стереофоническом приемнике дополнительно используется разностный канал.

В России передача радиовещательных сигналов производится в метровом диапазоне с использованием одной из двух не совместимых между собой систем стереовещания:

- система с полярной модуляцией:

- система с пилот-тоном.

 

В обеих системах для частотной модуляции несущего колебания формируется комплексный стереосигнал, содержащий две составляющих: низкочастотную для монофонического приема (тональная часть) и высокочастотную для передачи разности напряжений левого и правого каналов (надтональная часть). Несущая надтональной части (поднесущая) модулируется по амплитуде разностным сигналом левого и правого каналов. При формировании комплексного стереосигнала используются стандартные предыскажения, которые компенсируются после демодуляции сигнала в приемнике. Для разделения каналов используются стереодекодеры.

Основная разница в системах стереовещания заключается в следующем. В системе с полярной модуляцией для передачи разностного сигнала используется поднесущая с частотой 31,25 кГц, а в системе с пилот-тоном поднесущая с частотой 38 кГц полностью подавлена, а для передачи информации о ее частоте используется пилот-сигнал с частотой 19 кГц.

Положительные и отрицательные полуволны поднесущего колебания ПМК промодулированы разными составляющими сигнала (колебаниями левого и правого каналов).

Форма сигнала с полярной модуляцией

 

Спектр спектр комплексного стереосигнала со стандартными предыскажениями

 

Спектр комплексного сигнала для системы с пилот-тоном. Как уже указывалось, поднесущая подавлена полностью. Вместо нее передается пилот-сигнал половинной частоты.

 

Схемы приёмников

 

Схема приемника сигналов стереофонического вещания ПМК.

 

После частотного детектора сигнал поступает на стереодекодер. В системе с полярной модуляцией он состоит из восстановителя поднесущей (ВП), детектора полярно модулированного колебания и цепи компенсации предыскажений (RC).

 

Простейший детектор состоит из двух амплитудных детекторов, один из которых выделяет огибающую положительных полуволн поднесущей, а другой – огибающую отрицательных полуволн.

 

 

Во втором варианте тональная и надтональная части спектра комплексного стереосигнала разделяются фильтрами, огибающая надтональной части выделяется амплитудным детектором, после чего суммарное и разностное напряжения каналов подаются на суммарно-разностное устройство, разделяющее каналы.

Третий вариант обеспечивает наилучшее разделение каналов. В нем используется принцип временной селекции: ключ, управляемый синхроимпульсами, разделяет полуволны поднесущего колебания, несущие информацию о левом и правом источниках звука.

 

Стереодекодер для системы с пилот-тоном:

 

 

СД

СРП

ФАП

 

 

Сигнал после частотного детектора подается на вход синхронного детектора СД, опорное колебание которого частотой 38 кГц создается системой ФАП по пилот-сигналу. Синхронный детектор выделяет разностный сигнал. Далее суммарное и разностное колебания подаются на суммарно-разностный преобразователь СРП, разделяющий каналы.

 

ЧМ приёмники в радиолокации

 

Для решения задач радиолокации используется непрерывное излучение с линейной пилообразной частотной модуляцией. Как симметричная пила, так и не симметричная.

Признаком определения дальности до цели является частота биений в УСБ.

 

Диаграммы излучённого и принятого сигналов. Постоянство разностной частоты обеспечивается постоянством задержки в течение периода модуляции и линейностью модуляции.

 

 

 

Многоканальные приёмники

 

В системах многоканальной связи с частотной модуляцией и частотным объединением каналов на вход частотного модулятора радиопередатчика подается предварительно сформированный групповой сигнал. В групповом сигнале спектры сигналов каждого из отдельных каналов располагаются последовательно друг за дру­гом на частотной оси. Пример - спектр двенадцатиканального группового сигнала.

Структурные схемы одноканального и многоканального приемников существенно различаются после частотного детектора.

В многоканальном приемнике на выходе частотного детектора формируется групповой сигнал, который через групповой усилитель ГУ поступает на схему разделения каналов по частоте, состоящую из набора полосовых фильтров ПФ1...ПФn, канальных демодуляторов (детекторов ОПС), генераторов поднесущих и УНЧ с нагрузкой в виде фильтров нижних частот ФНЧ1...ФНЧn.

Групповой усилитель предназначен для усиления группового сигнала, включающего в себя сигналы всех каналов. К нему предъявляются жесткие требования по амплитудным характеристикам, так как нелинейность амплитудной характеристики приводит к появлению гармоник и увеличению взаимного влияния каналов.

Схема разделения каналов по частоте содержит полосовые фильтры, обеспечивающие расфильтровку каналов. Как правило, в многоканальных системах применяется частотная разметка 4 кГц на канал. В этой полосе размещается стандартный телефонный канал (СТК) с шириной спектра 3,1 кГц (0,3...3,4 кГц), а для снижения переходных помех до допустимого уровня предусмотрен защитный интервал шириной 0,9 кГц.

Основной задачей канальных демодуляторов является получение низкочастотного напряжения, воспроизводящего закон модуляции. Детектирование однополосного сигнала осуществляется путем подачи сигнала на смеситель вместе с напряжением местной несущей от генератора приемника.

При этом частоты поднесущих выбираются в соответствии с положением спектров соответствующих каналов на частотной оси.

С выхода каждого демодулятора каналов сигнал поступает в тракт низкой частоты, задачи которого те же, что и в одноканальном приемнике.

 

 

Цифровые приёмники.

 

Три смысла слова цифровые: