Детектирование модулируемых сигналов

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 uоп(t) с фазой ? = 0 и ФМ сигнал uфм(t). Напряжение диода определяется суммой этих напряжений: uд(t) = uоп(t)+ uфм(t)                               

Формирование  напряжения на диоде поясняется векторной  диаграммой (рисунок 16).Допустим, в некоторый  момент времени ФМ сигнал имеет значение фазы uфм1 соответствующее наклону вектора uфм1, тогда напряжение на диоде будет соответствовать вектору uд1. В следующий момент времени фаза ФМ сигнала изменится, и будет соответствовать углу наклона uфм2 вектора uфм2 (при этом длина вектора соответствует длине вектора uд1, т. к. амплитуда ФМ сигнала не изменяется).Напряжение на диоде в этот момент времени соответствует вектору uд2. Как видно из диаграммы, вектора uд1 и uд2 имеют различную длину, а соответственно и амплитуду.

Рисунок 16 - 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  17. Как видно эта характеристика имеет нелинейный характер, что приводит к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Рисунок 17 - Детекторная характеристика однотактного фазового детектора

Для уменьшения нелинейных искажений применяют  балансный (двухтактный) фазовый модулятор (рисунок 18).

Рисунок 18 - Принципиальная электрическая схема  балансного фазового детектора

Данный  детектор состоит из двух однотактных  фазовых детекторов. Опорное напряжение uоп(t) подводится между средней точкой вторичной обмотки трансформатора (Т) и точками соединения резисторов R1 R2 и конденсаторов С1 С2. Напряжение ФМ сигнала uфм(t) подается через первичную обмотку трансформатора. Пусть в некоторый момент времени на вход детектора поступает сигнал uфм(t) с фазой u(t) и полярностью напряжений соответствующей указанной на рисунке. В этом случае напряжение на диодах будет определяться: uд1 = uоп + 0,5uфм;  uд2 = uоп - 0,5uфм.

При этом векторная диаграмма будет иметь  вид (рисунок 19). Как видно из диаграммы, напряжение входного сигнала на каждом из диодов составляет половину от входного напряжения детектора uфм и эти напряжения противоположны по фазе. Напряжение на диодах определяется векторами uд1 и uд2. Как следует из диаграммы uд1 > uд2. Выходное напряжение каждого из однотактных детекторов будет определяться: uвых1(t) = Кд Umд1; uвых2(t) = Кд Umд2, где Кд — коэффициент передачи детектора.

Рисунок 19 - Формирование напряжений на диодах балансного фазового детектора

Поскольку эти напряжения противоположны, то выходное напряжения балансного детектора  определяется: uвых(t) = uвых1(t) - uвых2(t) = Кд (Umд1 - Umд2)

Детекторная характеристика балансного детектора  представлена на рисунке 20.

Рисунок 20 - Детекторная характеристика балансного фазового детектора

Детектирование манипулированных сигналов

Детектирование  амплитудно-манипулированных сигналов.

Детектирование  данных сигналов может осуществляется рассмотренным выше амплитудным  детектором на диоде (рисунок 2).

Детектирование  частотно-манипулированных сигналов.

Структурная электрическая схема детектора  ЧМн сигналов и диаграммы, поясняющие его работу приведены на рисунках 21 и 22.

Рисунок 21 - Структурная электрическая схема  детектора ЧМн сигналов

На вход детектора поступает ЧМн сигнал (рисунок 22, а). Это сигнал поступает  на полосовые фильтры ПФ1 и ПФ2, каждый из ПФ выделяет свою полосу частот (рисунок 22, б, в). Полученные сигналы  детектируются амплитудными детекторами  АД1 и АД2 (рисунок 22, г, д). Полученные сигналы поступают в вычитающее устройство, причем сигнал uАД2(t) поступает в негативной полярности. В вычитающем устройстве происходит формирование выходного сигнала (рисунок 22, е): uвых(t) = uАД1(t) - uАД2(t)

Рисунок 22 - Процесс детектирования ЧМ сигналов

Детектирование  фазо-манипулированных сигналов.

Детектирование  данных сигналов осуществляется при  когерентном приеме. Структурная  электрическая схема приемника  ФМ сигналов представлена на рисунке 23.

Рисунок 23 - Структурная электрическая схема  приемника ФМ сигналов

На вход полосового фильтра подается входное  колебание Z(t). ПФ производит додетекторную обработку сигнала, т. е. ограничивает уровень помех на входе приемника. ФМн сигнал с выхода ПФ поступает в фазовый детектор ФД, на второй вход которого поступает опорное колебание от генератора. Подстройка частоты и фазы опорных колебаний осуществляется системой фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ. Частота и фаза опорных колебаний должна совпадать с частотой и фазой одного из сигналов S1(t) или S2(t). Сигнал, полученный на выходе ФД поступает в решающее устройство, которое определяет какой сигнал принят u1 или u2. Определение сигнала осуществляется путем сравнения амплитуды дискретного элемента поступающего с ФД с нулевым уровнем, который снимается с корпуса: если амплитуда дискретного элемента поступающего с ФД больше нуля, то принят элемент положительной полярности u2 («1»), если меньше нуля, то принят элемент отрицательной полярности u1 («0»).

Основным  недостатком данной схемы и соответственно системы с ФМн является необходимость  передачи вместе с информационным сигналом сигнала фазовой синхронизации, что приводит к дополнительным затратам мощности и, соответственно, снижению эффективности ФМн. Необходимость  передачи сигналов синхронизации связана  с тем, что фаза колебаний опорного генератора должна с высокой точностью  совпадать с фазой одного из сигналов S1 или S2. Использование для целей фазовой синхронизации входного сигнала Z(t) приводит к эффекту обратной работы. Обратная работа заключается в замене, пи детектировании, сигнала u1 сигналом u2 и наоборот. Обратная работа  возникает тогда, когда фаза опорных колебаний генератора меняется на противоположную. Это возникает из-за того, что при равновероятных сигнала S1 и S2, отличающихся друг от друга по фазе на 180°, на приеме нет ни каких признаков по которым можно определить, фаза какого сигнала была принята в качестве опорного. Генератор, подстраиваемый системой ФАПЧ, может генерировать колебания с двумя устойчивыми состояниями фазы 0 или 180°. В канале связи под воздействием помех фаза сигнала используемого для синхронизации изменяется. Если она не соответствует 0 или 180°, то генератор подстраивается под ближайшую фазу, т. е. если фаза изменяется менее чем на 90°, то генератор будет подстраиваться под верную фазу сигнала (обратная работа отсутствует), если более чем на 90°, то генератор подстраивается под противоположную фазу и возникает обратная работа. Из вышесказанного можно сделать вывод, что источником обратной работы в приемнике является генератор с ФАПЧ.

Детектирование  относительно-фазо-модулированных сигналов.

Детектирование  ОФМн сигналов может осуществляться двумя методами: методом сравнения  фаз (обеспечивает некогерентный прием) и метод сравнения полярностей (обеспечивает когерентный прием).

При методе сравнения фаз источники обратной работы генератор и ФАПЧ заменяются линией задержки, которая осуществляет задержку сигнала на длительность одного дискретного элемента (рисунок 24). В  фазовом детекторе осуществляется сравнение фаз принятого сигнала  и предыдущего. Формирование выходного  сигнала РУ осуществляется также  как и в приемнике ФМн сигналов. Поскольку в данной схеме в  качестве опорного колебания используется принятый сигнал, то появление обратной работы исключено.

Рисунок 24 - Структурная электрическая схема  приемника ОФМн сигналов: метод сравнения  фаз

При методе сравнения полярностей приемник состоит из двух частей: приемника  ФМн сигналов и относительного декодера (рисунок 25). При детектировании сигналов в приемнике ФМн сигналов возникает  обратная работа. Сигнал с выхода приемника  поступает в сравнивающее устройство СУ относительного декодера. На второй вход СУ поступает предыдущий выходной сигнал приемника. Задержку сигнала  на один дискретный элемент осуществляет линия задержки. В СУ происходит сравнение полярностей двух элементов  и формируется выходной сигнал. Формирование дискретного элемента выходного  сигнала осуществляется по правилу: если полярности обоих сигналов совпадают, то формируется сигнал положительной  полярности u2 («1»), если полярности не совпадают, то сигнал отрицательной полярности u1 («0»). Так как обратная работа изменяет полярность как текущей, так и предыдущей посылок, то она на работе СУ не сказывается.

Рисунок 25 - Функциональная электрическая схема  приемника ОФМн сигналов: метод сравнения  полярностей

Детектирование импульсно-модулированных сигналов

Особенностью  ИМ сигналов является наличие в их спектре низкочастотных составляющих модулирующего сигнала. Поэтому  для детектирования данных сигналов нелинейный элемент не используется. Детектирование осуществляется фильтром, с помощью которого выделяются составляющие модулирующего сигнала. Для этого  граничные частоты фильтра должны быть равны наименьшей Fmin и наибольшей Fmax частоте спектра модулирующего сигнала. Детектирование первичных (низкочастотных) сигналов осуществляется ФНЧ.

А)  Детектирование АИМ сигналов. Если скважность импульсов  АИМ сигнала велика q>>1, то детектирование осуществляется пиковым детектором.

Пиковым детектором — называется амплитудный  детектор, выходное напряжение которого пропорционально амплитуде импульсов  и сохраняется приблизительно постоянным на  интервале периода следования импульсов Т.

В спектре  ФИМ сигналов уровень составляющих частоты модуляции незначителен, а также он зависит от частоты  модуляции. Поэтому непосредственно  ФИМ сигналы детектировать ФНЧ  нельзя. Предварительно эти сигналы  преобразуются в ШИМ или ЧИМ  сигналы, а затем детектируются  ФНЧ. Однако, для преобразования ФИМ  сигнала необходимо вместе с ним  передавать синхронизирующие тактовые импульсы, а это усложняет схему  детектора.

Для увеличения помехоустойчивости в приемнике  принятые импульсно модулированные сигналы подвергают регенерации.

Регенерация - процесс восстановление формы импульсов.

На рисунке 26 представлены временные диаграммы, поясняющие регенерацию импульсно  модулированного сигнала. На рисунке 26, а представлен передаваемый импульсно-модулированный сигнал Sмпер(t). На рисунке 26, б представлен принятый сигнал Zпр(t). Форма этого сигнала искажена вследствие воздействия флуктуационных и импульсных помех в канале связи. Регенерация осуществляется путем ограничения амплитуды импульсов по максимуму и минимуму на уровне близком к половине пикового значения импульсов (рисунок 26, в). При регенерации возможно искажение принятого сигнала вызванное большой амплитудой импульсной помехи, однако, большая часть помех подавляется.

Поскольку при регенерации осуществляется ограничение амплитуды импульсов, то регенерации не могут подвергаться АИМ сигналы, т. к. амплитуда этих сигналов является информационным параметром.

 

Рисунок 26 - Регенерация импульсно-модулированных сигналов

 

http://conture.by/post/470