Гетеродин для устройств приема и обработки сигналов

Функция гетеродина: генерация высокостабильного гармонического колебания.

Основные параметры:

1) Диапазон рабочих частот

2) Шаг сетки частот - минимальный частотный интервал между соседними значениями выходной частоты.

3) Время установления частоты - определяет максимальный интервал времени между окончанием команды на перестройку частоты и моментом когда отклонение выходной частоты от номинальной не превышает заданного значения.

f

В качестве гетеродина (внутреннего генератора ПРМ) раньше использовался стабильный LC-генератор, который управлялся конденсатором переменной емкости

t0

t0

t

fk

fл

4) Уровень дискретных спектральных составляющих в сигнале

5) Уровень шумовых спектральных составляющих в сигнале

6) Стабильность частоты и фазы (ПЧМ и ПФМ- паразитные ЧМ и ФМ)

7) Тип выходного сигнала

8) Уровень выходного сигнала

Способы формирования сигнала гетеродина:

1) ГПД (генератор плавного диапазона)

2) Кварц-канал

3) Синтезатор частот

Синтезаторы частоты бывают:

1) Косвенного

2) Прямого

3) Гибридного

4) Пассивного синтеза

f0

fш

ГГ

f0

ПФ1

ПФ2

ПФN

Спектр ГГ:

Достоинства: высокое быстродействие

Недостатки: большие габариты

Примером прямого является цифровой вычислительный синтезатор (ЦВС):

K

2N

t

a

t

2π

a

a

a+b

b

ST

N

sin

N

ЦАП

Фильтр

Состояние накапливающего сумматора можно рассматривать как фазы выходного сигнала, ограниченного 2π.

Функция sin является табличной. Она зашита в ПЗУ.

Для современных устройств f_т достигает ГГц, а разрядность шины данных -48, т е а принимает значения от 1 до 40%2^N.

Достоинства :

-малый шаг сетки частот;

-высокое быстродействие.

Недостатки:

-ограниченная полоса частот;

-высокое энергопотребление;

-высокий уровень побочных составляющих.

2) Системы косвенного синтеза построены на основе импульсно-фазовой автоподстройки частоты(ИФ ФАПЧ).

ОГ

: R

ЧФД

: N

УГ

ФНЧ

…

ОГ - опорный генератор

ДФЛД – делитель с фиксированным коэффициентом деления

ЧФД - частотно-фазовый детектор

В замкнутой системе ФАПЧ достигается равенство:

Демодуляция АМ сигнала

Д

Iвх

Zн

Uвых

Демодулятор служит для демодуляции АМ сигнала.

t

Uвх

t

Способы демодуляции:

1) Диодный детектор. Наибольшее применение нашли диодные детекторы. Они просты и позволяют получить почти неискаженное детектирование в большом диапазоне уровней сигнала. Принцип действия обоих одинаков. Достоинством параллель­ного детектора является отсутствие гальванической связи между источником сигнала и диодом.

Cн

Rн

Uн

Uвх

i

Схема последовательного детектора:

Cp

Rн

Uн

Uвх

i

Схема пар параллельного детектора:

Рассмотрим последовательный детектор, полагая диод в пер­вом приближении идеальным, т. е. с линейной характеристикой и без обратного тока. Под действием входного напряжения через диод протекают импульсы тока, которые содержат по­стоянную составляющую I_н и составляющие с угловыми часто­тами ω, 2ω и т. д. Постоянная составляющая создает напряжение на нагрузке U_н= -I_нR_н высокочастотные составляющие замыка­ются через конденсатор С_н, реактивное сопротивление которого для этих частот очень мало. При AM меняется амплитуда им­пульсов тока, а следовательно, их среднее значение и напряже­ние на R_н. Чтобы ток с частотой модуляции протекал через сопро­тивление R_н а токи с частотами ω, 2ω и т. д. через конденса­тор С_н, необходимо выполнить неравенства

где — верхняя частота модуляции.

В параллельном детекторе на резисторе R_н помимо выпрям­ленного напряжения будет и переменное напряжение U_вх .Чтобы оно не проходило в последующие цепи, включают фильтр нижних частот либо снимают продетектированное напряжение с конденсатора С_p.

Лекция 13.

Ток диода в данном случае можно представить в виде 3-х частей:

1) С частотой ω и огибающей, равной αU_m0(1+m cosΩt)

2) С частотой αω и огибающей β

3) Низкочастотная составляющая:

Выберем . Это даст падение всей ВЧ составляющей токов только на диоде.

Низкочастотный ток диода представляет из себя постоянную составляющую тока с частотой 2Ω. Это говорит о том, что сигнал будет демодулироваться с нелинейными искажениями. Отношение амплитуд этих НЧ составляющих даст нам минимальный коэффициент нелинейных искажений при демодуляции.

- минимальный коэффициент нелинейных искажений при демодуляции.

m - индекс модуляции, определяется значениями от 1 до 100 процентов.

диодный детектор в режиме малых сигналов работает плохо.

При 100% модуляции КНИ=25%

В режиме малого сигнала на входе детектора уровень сигнала 100-200 мВ.

U

t

0,7

Амплитудное напряжение =1, эффективное =0.7, пиковое =2

Режимом большого сигнала для амплитудного детектора является режим, когда диод в течении части периода входного сигнала переходит в открытое состояние.

Для кремниевых диодов уровень 0.7- режим открывания.

Для германиевых диодов напряжение открывания меньше, чем у кремниевого.

Цифровая демодуляция.

Схема:

АЦП

ABS

ФНЧ

ABS- функция взятия модуляции

ФНЧ - интегрирование с заданной постоянной времени

Она должна соответствовать:

Недостатки:

Ограничения использования АЦП, которая имеет узкую АЧХ, расширение которого связано с большими энергетическими затратами.