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.

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 ?_фм1 соответствующее 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).

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. 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_д Um_д1;

u_вых2(t) = К_д Um_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.

Заключение

Подводя итоги хотел бы сказать детектирование- процесс выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания или сигнала. Детектирование может осуществляться при когерентном и некогерентном приеме сигналов. При когерентном приеме, при детектировании, используются данные о начальной фазе сигнала. При некогерентном приеме, при детектировании, не используются данные о начальной фазе сигнала. Детектирование осуществляется в устройствах — детекторах. Условное графическое обозначение детектора имеет вид:

Рисунок 38 - Условное графическое обозначение детектора: а) при когерентном приеме, б) при некогерентном приеме

Список использованной литературы

1. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982.

2. Интернет ресурс http://conture.by/post/470

3. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применения цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1978

4. Теория электрической связи. Учебник для Вузов: под редакцией профессора Д.Д. Кловского, Радио и связь. - М.: 1999. - 532 с.