Детекторы частотно-модулированных сигналов

Принцип частотного детектирования.

Частотные детекторы ЧД предназначены для преобразования радиосигнала, модулированного по частоте, в напряжение, меняющееся по закону модуляции, например в напряжение звуковой частоты.

Принцип частотного детектирования сложнее чем амплитудного. На Рис.11 приведена структурная схема, где весь процесс частотного детектирования условно разбит на четыре этапа.

Рис.11. Структурная схема частотного детектирования.

Этап.

На первом этапе частотно-модулированный сигнал подвергается двухстороннему амплитудному ограничению (АО). Это позволяет избавиться от паразитной амплитудной модуляции, внесённой в сигнал эфирными помехами в процессе его трансляции или перекрёстными помехами при обработке в предыдущих узлах приемника. При этом сам закон частотной модуляции не нарушается, что не вносит искажения в звуковой сигнал.

- 8 -

На Рис.12 изображен процесс двухстороннего амплитудного ограничения на примере упрощенной схема диодного АО.

Рис.12. Двухстороннее амплитудное ограничение ЧМ-сигнала.

Два диода VD1 и VD2 включены встречно, а в точку соединения их анодов подано от источника Е_К отпирающее напряжения +1В, определяющее верхний и нижний пороги ограничения (+1В и -1В). Для любого напряжения сигнала в пределах +1В > U_ПР > -1В диоды VD1 и VD2 будут оставаться открытыми и сигнал пройдет на выход.

Для сигнала U_ПР > +1В диод VD1 запираются ограничивая сигнал выше уровня +1В. Аналогично для U_ПР < -1В запертый диод VD2 ограничивает сигнал ниже уровня -1В.

Этап.

Простейшим преобразователем ЧМ в АМ может служить колебательный контур L1C1 (Рис.13), который настраивается так, чтобы несущая промежуточная частота сигнала ƒ_ПР соответствовала середине одной из боковых ветвей резонансной характеристики, а изменение частоты сигнала ∆ƒ_ПР находилось в пределах этой боковой ветви.

Рис.13 Преобразование ЧМ в АМ одиночным колебательным контуром L1C1.

При дивиации несущей частоты на ±∆ƒ_ПР, напряжение на колебательном контуре будет изменяться на ± ∆U_ПР. В результате преобразования возникают модулированные по амплитуде колебания высокой частоты.

Рис.14 Преобразование ЧМ в АМ духконтурной избиратльной системой L1C1, L2C2

- 9 -

Недостатками одиночного контура являются нелинейность резонансной кривой и трудности в настройке ƒ_ПР.

Линейность рабочей части характеристики удалось повысить при использовании двух расстроенных резонансных контуров L1C1 и L2C2 (Рис.14). Результирующая амплитудно-частотная характеристика двух контуров имеет относительно линейный участок между резонансными частотами ƒ₀₁ и ƒ₀₂. На этом участку изменение несущей частоты относительно номинального значения ƒ_ПР на ±∆ƒ_ПР вызовет на выходе изменение напряжения ± ∆U_ПР. Причем, при отсутствии частотной модуляции (∆ƒ_ПР = 0) выходное напряжение U_ВЫХ =0. Такие ЧД называются балансными.

Этап.

На третьем этапе преобразованный ЧМ-сигнал в АМ подвергается амплитудному детектированию обычными амплитудными детекторами, например по схеме Рис.6.

Этап.

В спектре ЧМ-сигнала амплитуды спектральных составляющих убывают при удалении от несущей частоты, а это значит что уровень верхних звуковых частот (ВЧ) меньше чем нижних (НЧ) (см. Рис.4г в теме Т.3.1), что приводит к снижению отношения сигнал ⁄ шум для ВЧ или к их полному подавлению шумами.

Зная это, в передатчике верхние звуковые частоты еще до модуляции подымаются (корректируются) специальным фильтром С1R1 (см. ниже Рис.а, б), чтобы в ЧМ-сигнале все спектральные составляющие были одинаковых амплитуд, т.е. вносятся НЧ-предискажения.

В приемнике на четвертом этапе выделенный звуковой сигнал восстанавливается. Для этого он подвергается коррекции низкочастотных предискажений (КНП) фильтрами R2C2 с обратной амплитудно-частотной характеристикой (см. Рис.в, г).

 

Частотные детекторы, работающие по принципу расстроенных контуров, обладают рядом существенных недостатков, среди которых основные:

- нелинейность детекторной характеристики;

- низкий коэффициент передачи.

Поэтому для детектирования ЧМ сигналов применяют специальные частотные детекторы, обладающие детекторной характеристикой, приведённой на Рис.15.

 

Рис.15 Амплитудно-частотная характеристика частотного детектора.

Если изменение частоты находится в пределах полосы пропускания П, то выходное напряжение детектора изменяется пропорционально изменению частоты входного сигнала, что соответствует прямолинейному участку характеристики. При девиации

- 10 –

частоты ∆ƒ_max = ± 50 кГц для высококачественной работы частотного детектора полоса

пропускания его контуров должна быть 200…250 кГц.

Частотные детекторы, в которых выходное напряжение U_ВЫХ при ∆ƒ = 0 обращается в нуль, называются балансными. ЧД на дискретных элементах подразделяются на частотные дискриминаторы и детекторы отношений (дробные детекторы).