Частотный демодулятор при приеме аналоговых сигналов

Частотная модуляция является доминирующей в современных системах передачи информации СВЧ диапазона, в том числе в спутнико-космических системах радиосвязи и телевидения. При ЧМ обеспечиваются высокая помехоустойчивость и высокое качество передачи информации, допускается возможность одновременной работы в общем канале связи большого числа корреспондентов и реализуется более полное использование по энергетическим показателям радиопередающего устройства в силу постоянства амплитуды сигнала по сравнению с амплитудной модуляцией.

Типовая схема частотного демодулятора

Где АО — амплитудный ограничитель; ПФ — полосно-пропускающий фильтр по отношению к 1-й гармонике сигнала промежуточной частоты; ЧД — частотный детектор; ФНЧ — фильтр нижних частот.

Полоса пропускания ФНЧ устанавливается равной верхней частоте модулирующего сигнала F_B. Полоса пропускания УПЧ выбирается исходя из ширины спектра принимаемого частотно модулируемого сигнала.

Статическая характеристика частотного детектора имеет вид, показанный рис. а. Амплитудно-частотная характеристи­ка по выходному сигналу демодулятора рис. б. В зависимости от характера передаваемого сообщения в АЧХ осуществляется подъем или завал определенных участков, например так, как показано на рис. в.

Одна из возможных схем частотного детектора, называемая схемой на расстроенных контурах, приведена на рис.

Рис. 3.

Частотный детектор, являющийся комбинацией двух ампли­тудных детекторов, работает следующим образом. Резонансная частота первого контура f_p1 > f₀, второго f_p2 < fo, где f_Q — цент­ральная частота, при которой выходное напряжение детектора U = 0. Напряжение на выходе амплитудных детекторов U_д1 и U_д2 определяется резонансной характеристикой каждого из контуров. Выходное напряже­ние частотного детектора согласно схеме на рис. 3 есть разность напряжений U_д1 и U_д2.

где Q — добротность контура; Δ𝑓_р — расстройка резонансной час­тоты каждого из контуров относительно центральной частоты f₀.

Изменяя значения добротности контура Q и расстройку Δ𝑓_р, мож­но регулировать крутизну и протяженность линейного участка этой характеристики (Рис. 2 а).

На вход частотного демодулятора, как и на другие устройства обработки сигнала, помимо полезного сигнала, поступает помеха. Взаимодействие между ними приводит или к подавлению помехи полезным сигналом (положительный эффект, создающий преимущества ЧМ), или, наоборот, к подавлению полезного сигнала помехой (отрицательный эффект).

Отношение мощностей полезного сигнала и помехи на выходе частотного демодулятора (Р_с/Р_п)_ВЬ1Х от отношения этих же мощнос­тей на входе {Pс/P_n)_вх > 5 определяется следующим выражением:

где т_ч = Δfд/F_a — индекс частотной модуляции по отношению к высшей частоте модулирующего сигнала.

Формула раскрывает основное преимущество частотной модуляции, состоящее в возрастании отношения мощностей сигнала и помехи на выходе частотного демодулятора с увеличением индекса т_ч, а следовательно, и полосы пропускания высокочастотного тракта радиопри­емника. Однако это свойство ЧМ сохраняется только при соблю­дении условия (Pс/P_п)_вх> W_пор, т.е. это отношение должно быть больше некоторого порогового значения, равного 10... 12 дБ.

При значении (Р_с/Р_п)_вх< W_nop начинается процесс подавления полезного сигнала импульсной помехой в ограничителе, что и приводит к ухудшению отношения (Р_с/Р_п)_вых на выходе частотного демодулятора.

На рис. 4 приведены графики зависимости (Р_с/Р_п)вых = Ф(Р_с/Р_п)вх при разных значениях индекса частотной модуляции т_ч.

Рис.4.

На графиках четко прослеживается наступление порога при определенных значениях отношения (Р_с/Р_п)_вх в зависимости от т_ч, причем с увеличением т_ч порог возрастает.

Таким образом, существенный выигрыш в обработке сигнала при частотной модуляции имеет место только при работе выше пороговых значений, т. е. при (Р_с/Р_п)_вх = 10... 12 дБ. Этот выигрыш достигается при больших значениях т_ч за счет расширения спектра сигнала и, следовательно, базы сигнала и полосы пропускания в высокочастотном тракте радиоприемного устройства, предшествующего частотному демодулятору.

Поиск по сайту: