Детектирование амплитудно – модулированного сигнала.

При детектировании амплитудно – модулированный сигнал должен быть преобразован так, чтобы на выходе детектора получился сигнал сообщения.

Качество детектирования оценивается рядом параметров, основными из которых является:

- коэффициент передачи напряжения: ,

где U_Ω – амплитуда напряжения модулирующей частоты на выходе детектора, mU_0m – максимальное изменение несущих колебаний;

- коэффициент нелинейных искажений:

Большое значение для качества детектирования имеет АЧХ детектора. Параметр, который определяет качество детектирования зависит от выбора нелинейного элемента, режима его работы, величины входного, модулированного сигнала и параметров фильтра.

Различают квадратичное и линейное детектирование.

Квадратичное детектирование – это детектирование малого по амплитуде сигнала, напряжение которого лежит в области нелинейного участка ВАХ диода.

Линейное детектирование – это детектирование большого по амплитуде сигнала, при котором ВАХ диода лежит на линейном участке.

Рассмотрим квадратичное детектирование. Рабочий участок ВАХ диода можно аппроксимировать квадратичным полиномом:

(1)

(2)

Подставим выражение (2) в выражение (1) и проведем тригонометрические преобразования.

(3)

В выражении (3) I₀ – суммарный постоянный ток детектора. Ток детектора содержит также высокочастотные и низкочастотные спектральные составляющие. Последние два слагаемых (низкочастотные составляющие) выражения (3) представляют наибольший интерес.

(4)

В выражении (4) первое слагаемое воспроизводит сигнал сообщения. Наличие компоненты 2Ω во втором слагаемом приводит к нелинейным искажениям на выходе детектора. Для получения на выходе детектора напряжения частотой Ω, используется RC-фильтры низких частот.

Рис.1.

Полное сопротивление этого фильтра зависит от частоты: . Найдем это полное сопротивление. Элементы включены параллельно друг с другом, следовательно:

; .

(5)

Сопротивление RC-фильтра для радиочастоты (несущей частоты ω₀) должно быть близко к нулю. Исходя из (5) минимальное значение сопротивления z_min RC-фильтра будет выполняться при условии:

,

(6).

Для звуковых частот, т. е. сигнала сообщения частотой Ω, полное сопротивление фильтра должно быть близко к R:

,

(7).

Из неравенств (6) и (7) следует:

,

(8).

Постоянная RC цепочки должна удовлетворять неравенству (8).

Рис.2. Частотная зависимость RC-фильтра.

Умножим выражение (4) на активное сопротивление R, которое входит в RC цепочку фильтра. Тогда напряжение на RC цепочке:

(9).

Амплитуда напряжения частоты Ω согласно (9) пропорциональна . Поэтому детектирование называется квадратичным.

Коэффициент передачи квадратичного детектора:

(10).

Коэффициент нелинейных искажений:

(11).

Осциллограммы на выходе детектора:

1.Без конденсатора,

2.

3.

Лекция 8.

Тема: Радиоприёмные устройства. Структурная и принципиальная схемы ра­диоприемника прямого усиления. Структурные схемы радиоприемников супер­гетеродинного типа. Временные и спектральные диаграммы на входах и выхо­дах функциональных блоков радиоприемников прямого усиления и супергете­родина. Ручные и автоматические регулировки в приемниках. Основные харак­теристики радиоприемников. Принципы цифрового радиовещания. Прием час­тотно-модулированных сигналов. Современные системы радиосвязи (сотовая связь, спутниковая связь, электронная почта и др.). Любительская радиосвязь.

Радиоприемное устройство – это широкий класс радиотехнических устройств, решающих задачу воспроизведения сообщения, передаваемого радиопередатчиком.

Радиоприемное устройство либо используется самостоятельно (например, в радиовещании), либо входит в состав других устройств, образующих сложный технический комплекс (например, радио-теле управление, радио-теле измерение, радиолокация, двухсторонняя радиосвязь).

Для воспроизведения сообщения радиоприемник должен принять радиосигнал, преобразовать его в сигнал радиосообщения и воспроизвести его либо в виде сообщения, либо в качестве оптического изображения, либо в виде записи на осциллографе, либо в цифровой форме и других видах.

Рассмотрим структурную схему радиоприемного устройства.

Электромагнитное поле наводит в антенне ЭДС различных частот от радиостанций. Фильтр, который входит во входное устройство выделяет частоту нужной радиостанции. Усилитель радиочастоты усиливает сигнал до необходимой величины напряжения, при которой обеспечивается нормальная работа детектора. В детекторе радиосигнал преобразуется в низкочастотный сигнал сообщения, который далее усиливается УЗЧ. Оконечное устройство (устройство преобразования) преобразует электрический сигнал сообщения в другие виды сигнала (например, громкоговоритель преобразует электрический сигнал звуковой частоты в механические колебания той же частоты).

Приемники, у которых в радиоприемном тракте несущая частота не изменяется и усиление осуществляется на частоте принятого сигнала, называются приемниками прямого усиления.

Приемники, у которых осуществляется преобразование несущей частоты радиосигнала и основное усиление производится на промежуточной частоте, называются с упергетеродинными приемниками.

Для массового радиовещания используются частоты от 148кГц до 108МГц. Этот интервал частот принято делить на 5 диапазонов:

1. длинные волны (ДВ): 148 – 285,5кГц (2027 – 1050м),

2. средние волны (СВ): 525 – 1607кГц (571,4 – 186,7м),

3. короткие волны (КВ): 3,95 – 12,1МГц (75,9 – 24,8м),

4. ультракороткие волны (УКВ1): 65,8 – 74МГц (4,56 – 4,06м),

5. ультракороткие волны (УКВ2): 100 – 108МГц (3 – 2,78м).

Каждая радиостанция для передачи сообщения использует одну определенную несущую частоту колебаний. Не все радиоприемники настраиваются на любые радиостанции, поэтому диапазон частот, на которые может быть настроен радиоприемник, является одной из его характеристик.

Приемники высшего и первого класса должны принимать радиостанции всех диапазонов, приемники третьего класса – только двух диапазонов.

Для оценки качества приемника указывается его номинальная мощность – это максимальная мощность приемника при коэффициенте модуляции m=1, которую радиоприемник обеспечивает при допустимых нелинейных искажениях на стандартной частоте сигнала сообщения (модулирующей частоте) f=1000Гц.

Для приемников первого класса выходная мощность порядка 25Вт при коэффициенте нелинейных искажений не более 4%.

Для приемников второго класса выходная мощность порядка 3-5Вт при коэффициенте нелинейных искажений не более 6%.

Человеческое ухо начинает ощущать нелинейные искажения порядка 10 – 12%.

Одним из основных показателей качества приемника является его чувствительность. Чувствительность бывает идеальная и реальная. Под идеальной чувствительностью приемника понимают его способность при оптимальной настройке принимать слабые сигналы радиостанции. Количественно она характеризуется напряжением радиосигнала на входе радиоприемника, при котором на выходе приемника получается напряжение, обеспечивающее стандартную выходную мощность:

.

Стандартная выходная мощность принята двух значений: 50мВт и 5мВт. Последняя служит для определения чувствительности приемников с выходной мощностью менее 150мВт.

Для определения чувствительности, избирательности и др. показателей приемника на его вход подают стандартный модулированный сигнал, с частотой модуляции f=1000Гц и коэффициентом модуляции m=30%.

Чувствительность радиоприемника определяется в основном коэффициентом усиления блока радиочастоты и коэффициентом усиления усилителя низкой частоты.

Реальная чувствительность – это способность приемника принимать слабые сигналы на фоне помех. Количественно она характеризуется минимальным напряжением входного радиосигнала, при котором на выходе радиоприемника отношение напряжения полезного сигнала к напряжению помех при стандартной выходной мощности не менее заданного значения.

Например, у приемников первого класса реальная чувствительность при отношении напряжения сигнала к напряжению помех , чувствительность составляет 100мкВ для амплитудно-модулированного сигнала и 5мкВ для частотно-модулированного сигнала.

У нас радиовещание ведется в диапазоне от длинных до коротких включительно, используя амплитудно-модулированный сигнал, и на ультракоротких.

Радиоприемники на соответствующих диапазонах имеют детекторы амплитудно-модулированного сигнала и частотно-модулированного сигнала.

У приемников третьего класса реальная чувствительность составляет 200мкВ для амплитудно-модулированного сигнала и 15мкВ для частотно-модулированного сигнала.

Способность приемников выделять полезный сигнал из совокупности радиосигналов с различными несущими частотами характеризует его частотную избирательность.

Различают 2 вида избирательности:

1. по соседнему каналу

2. по дополнительным каналам приема (относится к супергетеродинным приемникам).

Избирательность по соседнему каналу оценивается по форме резонансной характеристики приемника, которую принято изображать в следующей координатной системе: по оси абсцисс откладывается абсолютная расстройка

Дата добавления: 2017-02-01