Детектирование фазо-модулированных сигналов

Детектирование ФМ сигналов осуществляется при когерентном приеме. Детектирование этих сигналов осуществляется в два этапа:

§ преобразование ФМ сигнала в амплитудно-фазо-модулированный сигнал (АФМ);

§ детектирование АФМ сигнала амплитудным детектором.

Принципиальная электрическая схема однотактного фазового детектора представлена на рисунке 52.

Рисунок 52 - Принципиальная электрическая схема однотактного фазового детектора

Он представляет собой амплитудный детектор, в котором используется опорное колебание. Преобразование ФМ сигнала в АФМ сигнал осуществляется диодом VD. На диод подается два напряжения: опорное колебание u_оп(t) с фазой ? = 0 и ФМ сигнал u_фм(t). Напряжение диода определяется суммой этих напряжений:

u_д(t) =u_оп(t)+u_фм(t) (33)

Формирование напряжения на диоде поясняется векторной диаграммой (рисунок 53). Допустим, в некоторый момент времени ФМ сигнал имеет значение фазы ?_фм1соответствующее наклону вектора u_фм1, тогда напряжение на диоде будет соответствовать вектору u_д1. В следующий момент времени фаза ФМ сигнала изменится, и будет соответствовать углу наклона ?_фм2 вектора u_фм2 (при этом длина вектора соответствует длине вектора u_д1, т. к. амплитуда ФМ сигнала не изменяется).Напряжение на диоде в этот момент времени соответствует вектору u_д2. Как видно из диаграммы, вектора u_д1 и u_д2 имеют различную длину, а соответственно и амплитуду.

Рисунок 53 - Формирование напряжений на диоде

Таким образом, на диоде происходит преобразование ФМ сигнала в АФМ сигнал. Одновременно с этим преобразованием диод осуществляет трансформацию спектра АФМ сигнала, и дальнейшее детектирование осуществляется аналогично детектированию однотактным амплитудным детектором. Детекторная характеристика однотактного фазового детектора представлена на рисунке 54. Как видно эта характеристика имеет нелинейный характер, что приводит к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Рисунок 54 - Детекторная характеристика однотактного фазового детектора

Для уменьшения нелинейных искажений применяют балансный (двухтактный) фазовый модулятор (рисунок 55).

Рисунок 55 - Принципиальная электрическая схема балансного фазового детектора

Данный детектор состоит из двух однотактных фазовых детекторов. Опорное напряжение u_оп(t) подводится между средней точкой вторичной обмотки трансформатора (Т) и точками соединения резисторов R1 R2 и конденсаторов С1 С2. Напряжение ФМ сигнала u_фм(t) подается через первичную обмотку трансформатора. Пусть в некоторый момент времени на вход детектора поступает сигнал u_фм(t) с фазой ?(t) и полярностью напряжений соответствующей указанной на рисунке. В этом случае напряжение на диодах будет определяться:

u_д1=u_оп+ 0,5u_фм;

u_д2=u_оп—0,5u_фм. (34)

При этом векторная диаграмма будет иметь вид (рисунок 56). Как видно из диаграммы, напряжение входного сигнала на каждом из диодов составляет половину от входного напряжения детектора u_фм и эти напряжения противоположны по фазе. Напряжение на диодах определяется векторами u_д1 и u_д2. Как следует из диаграммы u_д1 > u_д2. Выходное напряжение каждого из однотактных детекторов будет определяться:

u_вых1(t) = К_дUm_д1;

u_вых2(t) = К_дUm_д2 (35)

где К_д — коэффициент передачи детектора.

Рисунок 56 - Формирование напряжений на диодах балансного фазового детектора

Поскольку эти напряжения противоположны, то выходное напряжения балансного детектора определяется:

u_вых(t) =u_вых1(t)—u_вых2(t) = К_д(Um_д1—Um_д2) (36)

Детекторная характеристика балансного детектора представлена на рисунке 57.

Рисунок 57 - Детекторная характеристика балансного фазового детектора

Как видно из характеристики при ?(t) = 90° и ?(t) = 180° выходное напряжение равно нулю, т. к. Um_д1 = Um_д2 и u_вых1(t) = u_вых2(t). Вблизи указанных углов характеристика имеет линейные участки, использование которых при детектировании позволяет исключить нелинейные искажения модулирующего сигнала.