рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Детектирование сигналов с угловой модуляцией

Детектирование сигналов с угловой модуляцией - раздел Изобретательство, Теоретические основы радиотехники     8.7.1. Общие Принципы Детектирования Сигна...

 

 

8.7.1. Общие принципы детектирования сигналов с угловой модуляцией

 

 

Радиосигналы с угловой модуляцией, имеющие вид

uвх (t) = cos[ω0t + ϕ(t)],

детектируются фазовыми и частотными детекторами.

Фазовый детектор (ФД) – это устройство, формирующее выходной сиг- нал, закон изменения которого соответствует закону изменения фазы входного высокочастотного сигнала (рис. 8.27,а).

Частотный детектор (ЧД) – это устройство, формирующее выходной сигнал, закон изменения которого соответствует закону изменения частоты входного высокочастотного сигнала (рис. 8.27,б).

 

а б

 

Рис. 8.27. Фазовый (а) и частотный (б) детекторы

 

 

Известно, что между частотой и фазой гармонического колебания сущест-

вует следующая зависимость:


ω (t ) = dϕ(t )

dt


t

и ϕ(t ) = ∫ω(t )dt.


Поэтому с помощью частотного детектора можно выполнить фазовое де-

тектирование, если выходной сигнал ЧД проинтегрировать. В свою очередь с


помощью фазового детектора можно выполнить частотное детектирование, ес-

ли выходной сигнал ФД продифференцировать (рис. 8.28).

 

Рис. 8.28. Взаимосвязь между фазовым и частотным детекторами

 

8.7.2. Фазовые детекторы

 

 

В основу построения фазовых детекторов положено определение разности


фаз опорного напряжения


uоп(t) = Uоп cos ω0t


и фазомодулированного колеба-


ния


uвх(t) = U н cos[ω0t +ϕ(t)] . Напряжение


uоп(t )


называют опорным, по-


скольку отсчет фазы ведется относительно него. Для определения разности фаз осуществляется перемножение этих напряжений с последующим выделением необходимых составляющих фильтром низкой частоты. В качестве перемножи- теля обычно используют нелинейный элемент (диод, транзистор) с квадратич- ной характеристикой, благодаря чему в спектре тока этого элемента имеются составляющие, зависящие от разности фаз входных колебаний. Низкочастот- ный фильтр, связанный с нелинейным элементом, выделяет эти составляющие (рис. 8.29).

 

 

Рис. 8.29. Структурный состав фазового детектора

 

 

Схема фазового детектора на диоде и векторная диаграмма, поясняющая принцип формирования выходного напряжения, приведены на рис. 8.30.


 

 

Рис. 8.30. Схема фазового детектора

 

 

Диод VD и низкочастотный фильтр RC образуют по существу схему, по- добную схеме амплитудного детектора. Схема фазового детектора характеризу- ется тем, что на диод воздействует сумма двух напряжений одинаковой часто- ты: опорного и фазомодулированного, т.е.

(t) = Uоп cosω0t +cos[ω0t + ϕ(t)].


Выходное напряжение ФД будет равно


Uфд(ϕ) = KU д(ϕ), где K – коэф-


фициент передачи низкочастотного фильтра,

U
н
оп
сигнала, воздействующего на диод.


U д(ϕ)


– амплитуда суммарного


Величину U д(ϕ)


легко определить по векторной диаграмме


 

Тогда


(ϕ) =

U
Uфд(ϕ) = K


2 +U 2 + 2UопUн cos ϕ .

н
оп
2 +U 2 + 2UопUн cosϕ .


Зависимость выходного напряжения детектора от разности фаз входных колебаний называется амплитудно-фазовой характеристикой (АФХ). Вид ха- рактеристики представлен на рис. 8.31.

 

 

Рис. 8.31. Амплитудно-фазовая характеристика ФД

 

 

Недостатком данной схемы фазового детектора является нелинейность АФХ, наличие большого количества спектральных составляющих тока нели- нейного элемента (в том числе и постоянной составляющей), которые необхо- димо отфильтровывать. Поэтому такой ФД используется редко.


Значительно меньше составляющих в спектре тока балансного фазового детектора (рис. 8.32).

 

Рис. 8.32. Схема балансного фазового детектора

 

 

Схема состоит по существу из двух детекторов на диодах. Опорное напря- жение на диоды поступает в фазе, сигнальное – в противофазе, а выходное на- пряжение формируется как результат встречного включения выходных напря- жений.

Для данной схемы на диоды подаются следующие напряжения:

U
1(t) = Uоп cosω0t +cos[ω0t + ϕ(t)];

2(t) = Uоп cosω0t cos[ω0t + ϕ(t)].

н
н
Амплитуды этих напряжений определяются выражениями


U
оп
1(ϕ) =


2 +U 2 + 2UопUн cosϕ ;


2 (ϕ) =


2 +U 2 − 2U


 

опUн


cosϕ .


оп
Тогда напряжение на выходе ФД равно


Uфд(ϕ) = К


U2 +U 2 + 2UопUн cosϕ −


U2 +U 2 − 2UопUн cosϕ ⎞


оп н


оп н ⎟ =


= КUоп


1+ n2 + 2ncosϕ −


1+ n2 − 2ncosϕ ⎞,


n = Uн Uоп .


Таким образом, выходное напряжение детектора зависит не только от раз-

ности фаз, но и от амплитуд опорного и сигнального напряжений. На практике


ФД работают обычно при соотношениях


n = 1 и


n <<1.


При


n = 1 выражение для выходного напряжения ФД преобразуется к виду


 

 


Uфд(ϕ) = КUоп


2( 1+ cosϕ −


1− cosϕ )= 2KUоп⎜cos ϕ


−sin ⎟.

ϕ
2 ⎠


В то же время при


n << 1


Uфд(ϕ) ≈ КUоп(


1+ 2ncosϕ −


1− 2ncosϕ).


Графики


Uфд(ϕ)


при


n = 1 и


n <<1


приведены на рис. 8.33. При


n = 1


АФК фазового детектора отличается повышенной линейностью.

С позиции спектрального анализа данный факт объясняется тем, что ос- новная часть паразитных составляющих спектра тока нелинейного элемента компенсируют друг друга (в силу противофазности сигнального напряжения на


нелинейных элементах и принципа формирования выходного напряжения в ви- де разности напряжений низкочастотных фильтров на выходе ФД), что повы- шает результативность фильтрации.

 

 

Рис. 8.33. Амплитудно-фазовая характеристика балансного ФД

 

 

Определенными достоинствами обладает схема фазового детектора на транзисторе (рис. 8.34).

 

Рис. 8.34. Схема фазового детектора на транзисторе

 

 

На транзисторе собран усилительный каскад. В коллекторную и эмиттер-


ную цепи транзистора включены нагрузочные сопротивления


R1 и


R2 , причем


R1 = R2 . Нелинейные элементы (диоды VD1 и VD2 ) имеют общую нагрузку, со-


стоящую из фильтра


RфCф. Резисторы


R6 , R7


– антипаразитные, резистор R8


предотвращает шунтирование источника опорного напряжения через емкость


. С нагрузки усилителя снимаются два напряжения


U c1


и U c2 , равные по


величине, но противоположные по знаку. Опорное напряжение


U оп


подается


на диоды в противофазе (с учетом их встречного включения), а напряжения U c1


и U c2


– в фазе. Поэтому основные принципы функционирования рассматри-


ваемого и балансного детекторов во многом аналогичны. Детектор достаточно широкополосен, работает в диапазоне частот до 30 МГц. Отсутствие в схеме индуктивностей позволяет выполнить ФД в виде интегральных микросхем.

8.7.3. Частотные детекторы


Нелинейный элемент проявляет свои свойства при изменении напряжения, поступающего на его вход. При этом он практически не реагирует (в спек- тральном смысле) на изменения таких его параметров, как частота и фаза. По- этому непосредственное преобразование частотно-модулированного сигнала с помощью нелинейных элементов не приводит к формированию тока, в спектре которого содержатся составляющие с частотой модулирующего сигнала. Тре- буются дополнительные преобразования ЧМ-сигнала, чтобы в заключение сформировать сигнал, отражающий характер изменения его частоты.

Наиболее часто процесс частотного детектирования реализуют в два этапа: преобразование ЧМ-сигнала в сигнал с амплитудной модуляцией и последую- щее его детектирование с помощью амплитудного детектора (рис. 8.35). Огра- ничитель устраняет влияние возможного изменения амплитуды ЧМ-сигнала на величину выходного напряжения детектора.

 

 

Рис. 8.35. Структурная схема частотного детектора

 

 

Можно встретить частотные детекторы, основанные на преобразовании частотной модуляции в соответствующий сдвиг фаз между двумя колебаниями, которые детектируются фазовым детектором.

Наиболее простой является схема частотного детектора с расстроенным контуром (рис. 8.36).

 

 

Рис. 8.36. Схема одноконтурного частотного детектора

 

 

Усилитель-ограничитель – это резонансный усилитель, транзистор которо- го работает с пониженным напряжением коллекторного питания. Ограничение происходит за счет нижней и верхней отсечек коллекторного тока. В качестве преобразователя ЧМ-сигнала в колебания с изменяющейся по закону модули- рующего сигнала амплитудой служит колебательный контур. Диодный ампли- тудный детектор на выходе выделяет огибающую этого колебания.


Колебательный контур расстроен относительно несущей частоты входного


сигнала на величину


∆ω , благодаря чему является чувствительным элементом


к изменению частоты входного сигнала. Это поясняется рис. 8.37, на котором

изображена резонансная характеристика контура по напряжению U к (ω), изме-


няющаяся частота входного сигнала


ω(t )


и напряжение


U к (t ) , характеризую-


щее изменение амплитуды колебаний в контуре.

 

 

Рис. 8.37. Преобразование частотной модуляции в амплитудную

 

 

Как видно из рис. 8.37, колебательный контур обеспечивает формирование колебаний с изменяющейся амплитудой. Закон изменения амплитуды тем точ- нее повторяет закон изменения частоты входного сигнала (с учетом фазового

сдвига на π ), чем прямолинейнее боковая ветвь резонансной характеристики


контура. Амплитудный детектор выделяет огибающую


(t ), формируя вы-


ходной сигнал с законом изменения, соответствующим закону частотной моду-

ляции, т.е. сигнал U чд(ω).

Недостатком такой схемы частотного детектора является малый линейный

участок резонансной характеристики колебательного контура, что ограничивает возможность детектирования сигналов с большой девиаций частоты. Этот не- достаток устраняется в балансных частотных детекторах.

На рис. 8.38,а приведена схема балансного ЧД с двумя параллельными рас-

строенными контурами.


Контуры расстроены на величину ∆ω


относительно резонансной частоты


(или частоты несущего колебания) в обе стороны, т.е.


ωр1 =ω0 −∆ω и


ωр2


= ω0 + ∆ω . Их напряжения подаются на амплитудные детекторы, которые


включены встречно. Следовательно, выходное напряжение ЧД будет равно раз- ности выходных напряжений амплитудных детекторов. При этом зависимость выходного напряжения ЧД от частоты входного сигнала при его постоянной амплитуде, называемая амплитудно-частотной характеристикой детектора, бу- дет иметь вид дискриминаторной характеристики (рис. 8.38,б).


 

а б

 

 

Рис. 8.38. Схема балансного ЧД с расстроенными контурами (а) и его характеристика (б)

 

 

Особенностью данного ЧД является относительная сложность его настрой- ки с целью обеспечения равенства коэффициентов передачи амплитудных де- текторов и параметров усилителей.

Используется также балансный детектор со связанными контурами. Он со-

стоит (рис. 8.39) из усилителя, нагрузкой которого является система двух свя-


занных контуров


L1C1 и


L2C2 . Они образуют двухконтурный полосовой


фильтр, настроенный на частоту несущего колебания, с помощью которого осуществляется преобразование частотной модуляции в амплитудную.

 

 

Рис.8.39. Схема балансного ЧД со связанными контурами

 

 

Усилитель работает в режиме амплитудного ограничения. Между конту-

рами установлена индуктивная связь. Кроме того, с помощью сравнительно


большой емкости

 

ра.


C p1


первый контур связан со средней точкой второго конту-


В результате на амплитудные детекторы подаются два напряжения. На-


пряжение U m1


с контура


L1C1


через среднюю точку второго контура поступает


на амплитудные детекторы в фазе, а напряжение U m2 , передаваемое индуктив-


ной связью, – в противофазе. Таким образом, амплитуды напряжений на диодах

VD1 и VD2 будут равны соответственно

 

 


1 =Um1 +Um2 2


и U д2


=Um1 −Um2 2.


 

 

Напряжение на выходе схемы будет равно

 

 


Uфд


= K (1 −2 ).


Особенностью связанных контуров является тот факт, что фазовые соот-

ношения между напряжениями на первом и втором контурах зависят от соот-


ношения частоты поступающего сигнала ωc

турного полосового фильтра ωp.


и резонансной частоты двухкон-


Если ωc


= ωp , то напряжение на втором контуре отстает от напряжения на


 

первом контуре на


90î . Если ωc


> ωp , то сопротивление второго контура но-


сит емкостный характер и сдвиг по фазе между напряжениями на контурах воз-


растает на величину


ϕ = arctg α , где


α = 2(ωc −ωp )Q ωp


– обобщенная рас-


стройка контура. Если


ωc < ωp , то сопротивление второго контура носит ин-


дуктивный характер и сдвиг по фазе между напряжениями на контурах умень-


шается на величину


arctg α .


Векторная диаграмма амплитуд сигналов для этих случаев изображена на рис. 8.41.

 

 

Рис. 8.41. Векторные диаграммы балансного ЧД со связанными контурами

 

 

Следовательно, напряжение на выходе рассматриваемого детектора будет изменяться в зависимости от частоты входного сигнала так, как показано на рис. 8.40.

 

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Теоретические основы радиотехники

Учреждение образования.. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники.. Кафедра радиотехнических устройств..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Детектирование сигналов с угловой модуляцией

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Радиотехника и информатика
    Для современного общества важнейшей является проблема использования информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности. По своей значимости и актуаль

Диоинформатика
Информационный аспект работы любой системы предполагает использо- вание определенного материального носителя информации. Физический про- цесс, являющийся функцией некоторых параметров и используемы

Передающее устройство
Передающее устройство осуществляет преобразование передаваемого со- общения и приведение его к виду, пригодному для передачи в свободное про- странство с помощью антенн. С этой целью в состав устро

Приемное устройство
Высокочастотные радиосигналы, улавливаемые приемной антенной, по- ступают в приемное устройство. Приемное устройство осуществляет соответст- вующие преобразования принятого высокочастотного сигнала

Проблемы обнаружения и оптимальной обработки сигналов
Одной из основных задач радиолокационного приема является задача об- наружения. Суть этой задачи – определить, содержит ли принимаемое колеба- ние отраженный сигнал. Задача статистическая, то есть

Проблемы оптимизации и адаптации
Проблемы оптимизации и адаптации решаются при проектировании и экс- плуатации РТС. При оптимизации синтезируют наилучшую в определенном смысле функциональную и алгоритмическую структуру РТС, опирая

Математические модели сигналов
Для того чтобы сигналы являлись объектами теоретического изучения и анализа, необходимо иметь их математические модели. Математическая модель сигнала – это формализованное его представление в

Дельта-функция
Дельта-функция (δ -функция, функция Дирака) – это математическая мо- дель реально не существующего сигнала, который имеет бесконечную по вели- чине амплитуду и нулевую д

Функция единичного скачка
τ → 0τ Функция единичного скачка (функция Хевисайда) описывает процесс рез- кого (мгновенного) перехода ф

Характеристики сигналов
    Для сигнала, существующего в интервале ∆t = t2 −t1 , наиболее важными являются следующие характерис

Геометрические методы в теории сигналов
    В теории множеств имеется понятие действительного векторного про- странства, под которым понимается непустое множество V , для элементов ко- торого опр

Определение спектров некоторых сигналов
    3.4.1. Спектр колоколообразного (гауссова) импульса       Сигнал, описываемый функцией вида

Корреляционный анализ сигналов
    3.5.1. Общие положения     При решении многих задач оптимальной обработки сигналов возникает потребность определять степе

Свойства взаимокорреляционной функции
1. Значения R12 (τ) и R 21(τ) не изменятся, если вместо задержки сигнала s2 (t ) или

Дискретизация и восстановление сигналов по теореме отсчетов
(теореме Котельникова)     3.6.1. Теорема Котельникова     В настоящее время широко применяются циф

Рез равные промежутки времени
∆t ≤1 2 f m . Справедливость теоремы подтверждается тем, что сигнал s(t), спектр ко- торог

Определение коэффициентов ряда
    Значение коэффициентов Ck   определим, пользуясь формулой Ck = ∞  

Радиосигналы с амплитудной модуляцией
    4.2.1. Амплитудно-модулированные сигналы     Амплитудная модуляция (АМ; английский термин – amplitude modulation) являетс

Радиосигналы с угловой модуляцией
    4.3.1. Общие сведения об угловой модуляции     При угловой модуляции (английский термин – angle modulation) происхо- дит изменен

Импульсная модуляция
    4.4.1. Виды импульсной модуляции     В рассмотренных выше видах модуляции (АМ, ФМ, ЧМ) носителем пере- даваемой информаци

Узкополосные сигналы
    4.5.1. Общие сведения об узкополосных сигналах     В различных системах передачи информации широко применяются радио- сиг

Основные характеристики линейных цепей
    5.2.1. Характеристики в частотной области     Спектральное представление сигналов делает весьма удобным их анализ в часто

Дифференцирующая и интегрирующая цепи
    На рис. 5.1,а представлена схема линейного четырехполюсника в виде по- следовательной RC -цепи с постоянной времени τ = RC

Фильтр нижних частот
    В качестве фильтра нижних частот во многих радиотехнических устройст- вах (выпрямителях, детекторах и др.) применяется схема, изображенная на рис. 5.3,а. Ча

Параллельный колебательный контур
    Параллельный колебательный контур – это частотно-избирательная цепь, образованная параллельным соединением индуктивности L и емкости C . Ак-

Усилители
    Для увеличения мощности сигналов с сохранением их формы используют усилители. Принцип действия усилителей основан на преобразовании энергии источника питания в энерг

Область нижних частот
В области нижних частот сопротивление емкости xc =1 ωC     имеет боль- шое значение по сравнению со значения

Область верхних частот
В области верхних частот сопротивления емкостей уменьшаются по срав- нению с их значениями в области нижних и средних частот. Поэтому шунти- рующим действием емкостей

Положительная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ , где k – целое число, т.е. при поступлении на вход основной цепи сигнала

Отрицательная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω)+ϕβ (ω) = (2k +1)π , т.е. при поступле- нии на вход основной цепи сигнала обратной связи в проти

Реактивная и комплексная обратная связь
Реактивная обратная связь устанавливается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ +π

Постановка задачи
    Анализ любой радиотехнической цепи сводится к установлению зависимо- сти между входным сигналом и сигналом, формируемым на выходе. В общем случае радиотехническая це

Точные методы анализа линейных цепей
    6.2.1. Классический метод     Классический метод основан на составлении и решении линейного диффе- ренциального уравнения

Прохождение периодического сигнала через линейную цепь
Спектр периодического сигнала определяется путем разложения сигнала в ряд Фурье, комплексная форма которого имеет вид ∞     1 T 2

Прохождение непериодического сигнала через линейную цепь
Спектр непериодического сигнала (спектральная плотность) определяется путем вычисления прямого преобразования Фурье ∞ S( jω) = ∫

Приближенные методы анализа линейных цепей
    6.3.1. Приближенный спектральный метод     Приближенный спектральный метод применяется в случае, если эффек-

Суть метода
Рассматриваем прохождение сигнала с частотной модуляцией через узко- полосную цепь. Выходной сигнал определяется для фиксированного значения частоты ω(t

Прохождение амплитудно-модулированного сигнала через избирательную цепь
    Определим сигнал, формируемый резонансным усилителем, при поступле- нии на его вход АМ–сигнала с тональной модуляцией. Частотная характеристика рез

Свойства и характеристики нелинейных цепей
    При проектировании большинства радиотехнических устройств возникает необходимость преобразования спектра полезного сигнала. К их числу относят- ся устройства, которы

Способы аппроксимации характеристик нелинейных элементов
Характеристики реальных нелинейных элементов, которые определяют обычно с помощью экспериментальных исследований, имеют сложный вид и представляются в виде таблиц или графиков. В то же время д

Методы анализа нелинейных цепей
    Используются следующие методы анализа нелинейных цепей: 1. Аналитические. Позволяют в каждом конкретном случае получить ча-

Общее решение задачи анализа нелинейной цепи
    Рассмотрим процессы, происходящие в безынерционном нелинейном уст- ройстве, характеристика которого представлена на рис. 7.2. На вход устройства поступает гармоничес

Определение спектра тока в нелинейной цепи при степенной аппроксимации характеристики
    7.5.1. Гармонический сигнал на входе     Предположим, что рабочий участок характеристики нелинейного элемента описывается

Определение спектра тока в нелинейной цепи при кусочно-линейной аппроксимации характеристики
    При воздействии на нелинейный элемент сигнала с большой амплитудой и выборе рабочей точки на нижнем изгибе вольт-амперной характеристики целе- сообразно применить ме

Нелинейное резонансное усиление сигналов
    Усилитель – это устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию сигнала. Управление преобразованием осуществляется входным сиг- налом

Умножение частоты
В передающих и приемных трактах систем связи, а также в некоторых из- мерительных устройствах широко применяется нелинейное преобразование гармонического колебания, в результате которого часто

Амплитудная модуляция
    8.3.1. Общие сведения об амплитудной модуляции     Амплитудная модуляция – это процесс формирования амплитудно-моду- лиро

Амплитудное детектирование
    8.4.1. Общие сведения о детектировании     Детектирование (демодуляция) – это процесс преобразования высокочас- тотного м

Выпрямление колебаний
    8.5.1. Общие сведения о выпрямителях     Радиотехнические устройства выполняют свои функции при наличии энер- гии, поступ

Угловая модуляция
    8.6.1. Общие принципы получения сигналов с угловой модуляцией     Радиосигналы с угловой модуляцией имеют вид

Преобразование частоты
    8.8.1. Принцип преобразования частоты Преобразование частоты сигнала – это процесс, который обеспечивает ли- нейный перенос спектра сигнала на о

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги