Детекторы сигналов с частотной модуляцией (ЧМ). Частотный детектор (демодулятор)

Пусть имеется входной полосовой сигнал с фазовой модуляцией:

Где — амплитуда входного сигнала, — несущая частота сигнала, — девиация фазы PM сигнала (индекс фазовой модуляции) и — модулирующий сигнал, который необходимо выделить из . Предполагается, что модулирующий сигнал по модулю не превосходит единицу.

Выделим при помощи квадратурного гетеродина огибающую фазы сигнала , как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Выделение комплексной огибающей при помощи квадратурного гетеродина

После умножения исходного сигнала на квадратурные компоненты получим:

Из выражения (3) можно выразить:

(4)

Таким образом, мы смогли продемодулировать PM сигнал и выделить исходный модулирующий сигнал . При этом необходимо обратить внимание на следующие моменты. Во первых, приведенные выражения подразумевают когерентный прием PM сигнала, т.е. отсутствие частотного и фазового рассогласования несущей частоты и частоты квадратурного гетеродина, и во вторых предполагается, что арктангенс вычисляется в пределах радиан (функция арктангенс 2). Если же условие когерентного приема не обеспечивается, то имеются частотное рассогласование и случайный фазовый сдвиг принятого PM сигнала относительно начальной фазы гетеродина. Таким образом, можно (2) переписать в виде:

Таким образом, некогерентный прием приводит к тому, что к демодулированному сигналу добавляется линейная составляющая пропорциональная частотной расстройке плюс случайная начальная фаза. При этом начинает проявляться второй эффект, который заключается в периодичности арктангенса. Если линейное слагаемое превысит по модулю , то в силу периодичности арктангенса на выходе будет «пила» как это показано на рисунке 2. Для устранения периодичности применяют функции раскрытия арктангенса (unwrap - функции).

Рисунок 2: Эффект периодичности арктангенса

Таким образом, для приема PM сигнала требуется когерентная обработка, в противном случае возможны искажения демодулированного сигнала. На практике, аналоговая PM модуляция не получила широкого распространения ввиду указанных недостатков. Однако цифровая фазовая модуляция, когда модулирующий сигнал — цифровой, нашла огромное применение. При цифровой фазовой модуляции модулирующий сигнал представляет собой прямоугольные импульсы и фаза меняется скачкообразно и получается фазовая манипуляция (phase shift key PSK), но о ней подробно в следующих разделах. Мы же вернемся к частотной модуляции. При частотной FM модуляции исходный модулирующий сигнал интегрируется:

Продифференцировав огибающую фазы получим мгновенную частоту:

Обратите внимание, после взятия производной частотное рассогласование влияет лишь на постоянную составляющую демодулированного сигнала, которая как правило не несет информации и может быть устранена при помощи фильтра верхних частот. Однако перед дифференцированием остался арктангенс с «нежелательной периодичностью». Давайте от него избавимся, рассчитав производную арктангенса в выражении (10) как производную сложной функции:

Нормированный исходный модулирующий сигнал показан на рисунке 4. Исходным модулирующим сигналом производилась частотная и фазовая модуляция сигнала на несущей частоте 25 кГц с девиацией частоты при FM модуляции равной 2 кГц и девиации фазы PM равной 7.

На рисунке 5 показан выход фазового детектора при демодуляции PM сигнала. Видно, что на выходе арктангенса явные перегрузки по фазе, вызванные периодичностью по фазе. Раскрытие периодичности арктангенса, с соответствующими нормировками PM и FM демодуляторов при точной настройке частоты гетеродина на несущую частоту FM и PM сигнала показаны на рисунке 6. Хорошо видно, что при точной настройке частоты гетеродина сигнал на выходе FM демодулятора полностью повторяет исходный модулирующий сигнал, а на выходе PM демодулятора смещен на постоянную составляющую пропорционально случайной начальной фазе. Сигнал на выходе PM и FM демодуляторов при частотной расстройке гетеродина соответственно 100 (в случае PM сигнала) и 500 Гц (для FM сигнала) показаны на рисунке 7. Можно заметить, что частотная расстройка при FM сигнале смещает только постоянную составляющую на выходе FM демодулятора, в то время как на выходе PM демодулятора добавляется линейное слагаемое с коэффициентом пропорциональности зависящим от частотной расстройки гетеродина.

Давайте теперь рассмотрим вопрос раскрытия периодичности арктангенса. Для этого применяют unwrap -алгоритмы, которых существует несколько вариантов. Первый вариант заключается в обнаружении скачков фазы на выходе арктангенса близких к радиан. Принцип работы данного алгоритма показан на рисунке 8.

Из-за шумов и из-за дискретизации сигнала. В этом случае есть вероятность пропустить скачок по фазе и сформировать неправильный сигнал .

Второй вариант раскрытия периодичности арктангенса заключается в следующем. PM сигнал демодулируют при помощи FM демодулятора в соответствии с (11) при помощи структуры приведенной на рисунке 3. В результате получают мгновенную частоту , равную производной от фазы . После этого интегрируют и восстанавливают фазу без использования арктангенса (см. рисунок 9) .

Рисунок 9: Раскрытие периодичности арктангенса при использовании FM демодулятора

Данный способ не приемлем в случае цифровой модуляции, так как частотный демодулятор не сохраняет информации о начальной фазе, кроме того в результате интегрирования к сигналу на выходе добавляется случайная постоянная интегрирования.

Еще один, пожалуй, самый лучший способ раскрытия периодичности арктангенса, который нашел широкое распространение в цифровых системах с фазовой манипуляцией - это недопускание набега фазы больше (т.е. недопускание периодичности арктангенса) за счет использования следящих контуров фазовой автоподстройки частоты, подробно рассмотренных в .

Таким образом, мы рассмотрели вопросы построения PM и FM демодуляторов. Показали, что для PM сигнала частотная расстройка гетеродина приводит к линейному слагаемому на выходе PM демодулятора, а в случае FM сигнала при частотной расстройке меняется лишь постоянная составляющая на выходе демодулятора. Приведены unwrap алгоритмы раскрытия периодичности арктангенса.

Демодуляторы ЧМ сигналов также могут быть реализованы как на цифровых, так и на аналоговых устройствах. Один из вариантов аналогового демодулятора использует представление ЧМ сигнала в виде суммы двух АМ сигналов. Такая схема получила название двухполосной схемы приема по огибающей (рис. 2.6).

Рис. 14.6 - Демодулятор ЧМ сигнала по огибающей

В верхнем тракте демодулятора выделяется огибающая сигнала с частотой , в нижнем - с частотой . При прохождении через полосовые фильтры ПФ1, ПФ2 ЧМ сигнал приобретает признаки амплитудной модуляции. В каждом тракте имеются амплитудные демодуляторы (детекторы) Д1 и Д2 и фильтры нижних частот ФНЧ1, ФНЧ2. Сигналы трактов суммируются с разным знаком в суммирующем устройстве. Пороговое устройство ПУ обеспечивает получение беспаузного сигнала с хорошими параметрами (амплитуда импульсов, длительность фронтов). Временные диаграммы частотного демодулятора при приеме по огибающей приведены на рис. 2.7.

В цифровых частотных демодуляторах реализуется принцип классификации принимаемых сигналов по частоте на основе измерения длительности полупериода (или периода) принимаемого сигнала. На основании измерения длительности полупериода при двоичной модуляции решающее устройство отождествляет принятый полупериод с одним из значений полярности сигнала. Таким образом реальный ЧМ сигнал разбивается на элементарные отрезки сигнала, содержащие полупериод несущего колебания. Определение границ единичных элементов осуществляется с точностью, не превышающей длительность одного элементарного отрезка сигнала. Разновидностью метода измерения длительности полупериода (периода) принимаемого сигнала является метод измерения разности набега фазы каждого текущего колебания относительно предшествующего периода. Структурная схема цифрового частотного демодулятора приведена на рис. 2.8. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия цифрового частотного демодулятора, приведены на рис. 2.9.

Рис. 14.7 - Временные диаграммы частотного демодулятора при приеме по огибающей

Рис. 14.8 - Структурная схема цифрового частотного демодулятора

Рис. 14.9 - Временные диаграммы цифрового частотного демодулятора:

а - входной сигнал, соответствующий частоте ; б - то же, после ограничителя; в , г - импульсы сброса, д , е - импульсы на выходе делителей; ж - импульсы на выходе ФД

Входной сигнал преобразуется усилителем-ограничителем УО в прямоугольные импульсы (рис. 2.9, б ).

В формирователе импульсов сброса ФИС выделяются короткие импульсы, соответствующие каждому периоду входного сигнала из импульсов, изображенных на рис. 2.9, б . Короткие импульсы подаются поочередно на делители частоты (рис. 2.9, в и г ), устанавливая их в начальное состояние (обозначено точками на рис. 2.9, д и е ). Импульсы на выходе делителей при приеме средней частоты f cp изображены на рис. 2.9, д и е . В этом случае между сигналами на выходе делителей сдвиг по фазе равен четверти периода, причем знак сдвига фаз меняется после поступления каждого импульса сброса. Сигналы с выходов делителей поступают на вход фазового детектора ФД (выполненного в виде сумматора по mod2), на выходе которого возникает последовательность импульсов (рис. 2.9,ж), ширина каждого из которых зависит от соотношения фаз сигналов на выходах делителей.

При появлении на входе демодулятора частоты последовательность импульсов становится шире, а при появлении на входе демодулятора частоты - уже.

Частотный детектор является одним из важныз узлом любого УКВ ЧМ приемника, поскольку от его качества зависит качество звукового сигнала на выходе приемника. Человеческое ухо не воспринимает ВЧ модулированый сигнал, а воспринимает только НЧ амплитудно модулированный. Для того, что бы преобразовать чатотную модуляцию в амплитудную, и нужен ЧМ детектор. Частотно модулированный сигнал выглядит вот так:
Поскольку широко распространенные дробные детекторы и дискриминаторы на основе ВЧ трансформаторов имеют довольно не простую настройку и довольно затруднительное (особенно в отсутствии опыта) изготовление, я попробовал сделать несколько вариантов ЧМ детекторов без катушек, трансформаторов и контуров.

На схеме приведен в общем то класический усилитель на пентоде, давайте подробнее расмотрим работу выше приведенного ЧМ детектора: Усиленный синал ПЧ через конденсатор С3 подается на управляющую сетку лампы, но на его пути (сигнала) стоит цепочка Z1R2 , её назначение состоит в том, чтобы задать смещение на сетке по потоянному току и одновременно уменьшить добротность кварцевого резонатора (не путать с пьезокерамическим дискриминатором) . Поскольку кварцевый резонатор изначально изготовлен на определенную частоту, его полоса перестройки довольно узкая и меньше полосы модуляции в несколько раз. Чтобы расширить полосу, резонатор зашунтирован резистором. Если этого не делать, тогда резонатор на некоторых участках ЧМ сигнала будет поподать в полосу модуляции, а на некоторых нет, в следствии этого, АМ сигнал на выходе детектора будет сильно икажен. При уменьшенной добротности, полоса перестройки резонатора возрастает, но все равно за счет механического резонанса, минимальное динамическое сопротивление кварцевой пластины и максимальная амплитуда колебаний будет в полосе частот, на которую настроен резонатор механически. Поскольку частотная модуляция меняет частоту синала то выше, то ниже по частоте, чем механический резонанс, динамическое сопротивление по переменному току пластины, меняется пропорционально частоте сигнала, тем самым превращая ЧМ в АМ. Эта схема хорошо работает с лампами 6ж1п, 6ф1п, 6ж9п.

А вот эта схема собрана "в железе":

В этот схеме заложен принцип "недовозбужденного резонатора" . Это тоже схема усилителя на пентоде, но здесь кварцевый резонатор стоит в обратной связи, которая регулируется резистором R4 . Вся идея в том, чтобы довести усиление до такого состояния, чтобы ЧМ детектор был на грани генерации. Дело в том, что у кварцевого резонатора есть как параллельный, так и последовательный резонанс. Здесь используется последовательный.В зависимости от отклонения частоты от точки резонанса, проходная емкость резонатора (за счет динамического сопротивления) тоже меняется пропорционально ЧМ сигналу, и тем самым преобразуя переменный ток из ЧМ в АМ. В этой схеме резонатор можно заменить конденсатором, и принимать ЧМ сигнал на склоне АЧХ (чуть в стороне от центра сигнала ПЧ) но качество сигнала и его амплитуда будут намного ниже. Когда обратная связь установлена на грани генерации детектора, лампа будет максимально усиливать амплитудные колебания переменного тока, выделенные резонатором. Если довести детектор до генерации, тогда на выходе будет слышен сильный фон (продетектированные колебания генератора) и при настройке на радиостанцию будет слышен писк, поскольку кварц работает на своей частоте и совпадая с несущей радиостанции (сигнал ПЧ) будут слышны разностные колебания.

А вот и этот макет:

Схема хорошо работает с лампами 6ж2п, 6к13п.

А вот и третья схема:

В заключение хочу сказать, все три схемы справляются со своими "обязаностями", но ЧМ детектор по первой схеме,имеет уровень выходного сигнала выше, поскольку схема хорошо работает с пентодами у которых короткая характеристика (плавно менять усиление не получиться) , а также придется подобрать резистор R2 под конкретный примененный резонатор. Вторая схема порадовала более мягким подходом к точке генерации и "захватом" точки детектирования. Третья схема - это что-то среднее между первой и второй схемами, поскольку обладает большим усилением по сравнению со второй схемой и большей гибкостью настройки по сравнению с первой.

Удачных экспериментов!!!
Артем (UA3IRG)

Цель работы

Изучение принципа действия демодуляторов. Работа демодулятора в условиях помех. Изучение влияния порога на вероятность ошибки при АМ.

Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналов

В работе используется универсальный стенд со сменным блоком «МОДУЛЯТОР-ДЕМОДУЛЯТОР», функциональная схема которого приведена на рис. 20.1.

Источником цифрового сигнала является КОДЕР-1, который выдает периодическую последовательность из пяти символов. С помощью тумблеров можно установить любую пятиэлементную кодовую комбинацию, которая индицируется линейкой из пяти светодиодных индикаторов с надписью «ПЕРЕДАНО».

В блоке МОДУЛЯТОР происходит модуляция (манипуляция) двоичными символами «высокочастотных» колебаний по амплитуде, частоте или фазе, в зависимости от положения переключателя «ВИД МОДУЛЯЦИИ» – АМ, ЧМ, ФМ или ОФМ. При «нулевом» положении переключателя выход модулятора соединен с его входом (модуляция отсутствует).

ДЕМОДУЛЯТОР выполнен по когерентной схеме с двумя ветвями; коммутация видов модуляции – общая с модулятором. В соответствии с этим эталонные сигналы s 0 и s 1 и пороговые напряжения в контрольных точках стенда изменяются автоматически при смене вида модуляции.

Знаками (× ) на функциональной схеме обозначены аналоговые перемножители сигналов, выполненные на специализированных ИМС. Блоки интеграторов выполнены на операционных усилителях. Электронные ключи (на схеме не показаны) разряжают конденсаторы интеграторов перед началом каждого символа.

Сумматоры (å) предназначены для введения пороговых значений напряжений, зависящих от энергии эталонных сигналов s 1 и s 0 .

Блок «РУ» – решающее устройство – представляет собой компаратор, т. е. устройство, сравнивающее напряжения на выходах сумматоров. Само «решение», т.е. сигнал «0» или «1», подается на выход демодулятора в момент перед окончанием каждого символа и сохраняется до принятия следующего «решения». Моменты принятия «решения» и последующего разряда конденсаторов в интеграторах задаются специальной логической схемой, управляющей электронными коммутаторами.

Для демодуляции сигналов с ОФМ к схеме демодулятора ФМ добавляются блоки (на схеме не показаны), которые сравнивают предыдущее и последующее решения демодулятора ФМ, что позволяет сделать заключение о скачке фазы (или его отсутствии) в принимаемом символе. При наличии такого скачка на выход демодулятора подается сигнал «1», в противном случае – «0». В сменном блоке предусмотрен тумблер, переключающий начальную фазу (j) опорного колебания (0 или p) – только для ФМ и ОФМ. Для нормальной работы демодулятора тумблер должен быть в нулевом положении.

При амплитудной манипуляции предусмотрена возможность ручной установки порога с целью изучения его влияния на вероятность ошибки в приеме символа. Оценка вероятности ошибки производится в ПК путем подсчета числа ошибок за определенное время анализа. Сами сигналы ошибки (в символе или «букве») формируются в специальном блоке стенда («КОНТРОЛЬ ОШИБОК»), расположенном ниже блока ЦАП. Для визуального контроля ошибок в стенде имеются светодиодные индикаторы.

В качестве измерительных приборов используются двухканальный осциллограф, встроенный вольтметр и ПК, работающий в режиме подсчета ошибок.

Домашнее задание

Изучите основные разделы темы по конспекту лекций и литературе: .

Лабораторное задание

1. Наблюдайте осциллограммы сигналов в различных точках схемы демодулятора при отсутствии шума в канале.

2. Наблюдайте появление ошибок в работе демодулятора при наличии шума в канале. Оцените вероятность ошибки для АМ и ЧМ при фиксированном значении отношения сигнал/шум.

3. Получите зависимость вероятности ошибок при АМ от порогового напряжения.

Методические указания

1. Работа демодулятора в условиях отсутствия помех.

1.1. Собрать схему измерений согласно рис. 20.2. Тумблерами КОДЕРА-1 набрать любую двоичную комбинацию из 5 элементов. Ручку регулятора «ПОРОГ АМ» установить в крайнее левое положение. При этом регулятор выключен и порог устанавливается автоматически при смене вида модуляции. Тумблер фазировки опорного колебания ДЕМОДУЛЯТОРА установить в положение «0». Соединить выход генератора шума (ГШ) в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ со входом n (t ) КАНАЛА связи. Потенциометр выхода генератора шума – в крайнем левом положении (напряжение шума отсутствует). Вход внешней синхронизации осциллографа соединить с гнездом C2 в блоке ИСТОЧНИКИ, а усилители вертикального отклонения лучей перевести в режим с открытым входом (для пропускания постоянных составляющих исследуемых процессов).

1.2. Кнопкой переключения видов модуляции установить вариант «0», соответствующий сигналу на входе МОДУЛЯТОРА. Снять осциллограмму этого сигнала и, не меняя режим развертки осциллографа, выбрать один из видов модуляции (АМ). Зарисовать осциллограммы в контрольных точках демодулятора:

· на входе демодулятора;

· на выходах перемножителей (в одном масштабе по вертикальной оси);

· на выходах интеграторов (также в одном масштабе);

· на выходе демодулятора.

На всех полученных осциллограммах отметить положение оси времени (т.е. положение нулевого уровня сигнала). Для этого можно зафиксировать положение линии развертки при замыкании входных зажимов осциллографа.

1.3. Повторить п.1.2 для другого вида манипуляции (ЧМ).

2. Работа демодулятора в условиях помех.

2.1. Переключателем ВИД МОДУЛЯЦИИ установить ФМ. Подключить один из входов двухлучевого осциллографа ко входу модулятора, а второй – к выходу демодулятора. Получите неподвижные осциллограммы этих сигналов.

2.2. Плавно увеличивая уровень шума (потенциометром ГШ) добиться появления редких «сбоев» на выходной осциллограмме или на выходном табло ПРИНЯТО.

2.3. С помощью осциллографа измерить установленное отношение сигнал/шум. Для этого, последовательно отключая источник шума, измерить на входе демодулятора размах сигнала (в делениях на экране) – 2а – (т. е. двойная амплитуда сигнала), а отключая источник сигнала от входа канала и восстановив шумовой сигнал, измерить размах шума (также в делениях) – 6s. Найденное отношение а /s внести в табл. 20.1.

2.4. Переключателем «Вид модуляции» устанавливать последовательно АМ, ЧМ, и ФМ, наблюдая по вспышкам светодиода «ОШИБКА» или по осциллограмме выходного сигнала демодулятора частоту появления ошибок. Результаты наблюдений внести в отчет.

2.5. Не изменяя уровень шума в канале, измерить вероятность ошибки демодулятора в приеме символа за конечное время анализа (т.е. оценку вероятности ошибки). Для этого привести ПК в режим измерения вероятности ошибки (см. ПРИЛОЖЕНИЕ) и установить время анализа 10–30 с. Начиная с ФМ (а затем – ЧМ и АМ), определить число ошибок за время анализа и оценку вероятности ошибки. Полученные данные внести в табл. 20.1.

Таблица 20.1

Оценка вероятности ошибки при а /s = const

3.1. Переключателем ВИД МОДУЛЯЦИИ установить АМ. Потенциометр выхода генератора шума установить на минимум. С помощью осциллографа, подключенного к выходу нижнего интегратора, измерить размах пилообразного напряжения по вертикали в вольтах – U max .

3.2. Заготовить табл. 20.2, предусмотреть в ней не менее 5 значений порога U пор.

Таблица 20.2

Оценка вероятности ошибки в зависимости от порога (для АМ)

3.3. Потенциометром «ПОРОГ АМ» установить значение порога U max /2 (измеряя напряжение «Е 1 /2» в контрольной точке демодулятора с помощью вольтметра постоянного напряжения). Увеличить уровень шума в канале до появления редких сбоев. Не меняя уровень шума, измерить оценку вероятности ошибки для этого порога (U max /2), а затем и для всех остальных значений U пор. Построить график зависимости Р ош = j (U пор).

Отчет

Отчет должен содержать:

1) функциональную схему измерений;

2) осциллограммы, таблицы и графики по всем пунктам измерений;

3) выводы по пп. 2.4 и 3.3.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение демодулятора в цифровой системе связи? В чем его основное отличие от демодулятора аналоговой системы?

2. Что такое скалярное произведение сигналов? Как оно используется в алгоритме работы демодулятора?

3. Можно ли в оптимальном демодуляторе применять согласованные фильтры?

4. Что такое «критерий идеального наблюдателя»?

5. Что такое «правило максимума правдоподобия»?

6. Как выбирается порог решающего устройства? Что будет, если его изменить?

7. Каков алгоритм принятия решения в РУ?

8. Объясните назначение каждого блока демодулятора.

10. Приведите алгоритм оптимального демодулятора и его функциональную схему для АМ.

11. Приведите алгоритм оптимального демодулятора и его функциональную схему для ЧМ.

12. Объясните разницу в помехоустойчивости систем связи с разными видами модуляции.

13. Объясните осциллограммы, полученные в разных контрольных точках демодулятора (для одного из видов модуляции).

Лабораторная работа 21

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 483592 3 Л ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ ститут А сГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к радиотехнике, Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и уменьшениеуровня нелинейных искажений, Для достижения цели в демодулятор введеныдетектор 7 экстремальных отсчетов,блок 8 выборки-хранения, алгебраический сумматор 9, инвертор 10, корректирующий фильтр 11, усилитель-ограничитель 12, дополнительный фильтр нижних частот 13 и источник опорногонапряжения 14, В данном демодулятореобеспечивается работа на небольшомучастке АЧХ фильтра нижних частот 13при значительных девиациях частотывходного сигнала. Это обуславливаетвысокую линейность дискриминационнойх-ки демодулятора и как следствиезначительное снижение уровня нелинейных искажений. Повышение помехоустойчивости обусловлено, тем, что при появлении и увеличении начальной частотной расстройки не происходит увеличение петлевого усиления и эквивалентной шумовой полосы, что обычноприводит к ухудшению фильтрующихсвойств. 1 ил,Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано дляприема частотно-модулированных (ЧМ)сигналов5Цель изобретения - повьшение помехоустойчивости и уменьшение уровнянелинейных искажений.На чертеже представлена Функциональная электрическая схема предл га Оемого демодулятора ЧМ-сигналов.Демодулятор ЧМ-сигналов содержитпервый перемножитель 1, первый Фильтрнижних частот (ФНЧ) 2, второй перемножитель 3, второй фНЧ 4, перестраиваемый генератор 5, Аазовращатель 6на 90 О, детектор 7 экстремальных отсчетов, блок 8 выборки-хранения,алгебраический сумматор 9, интегратор 10, корректирующий Фильтр 11,усилитель-ограничитель 12, дополнительный ФНЧ 13 и источник 14 опорного напряжения,Демодулятор ЧМ-сигналов работает,следующим образом. 25В перемножителях 1 и 3 и ФНЧ 2и 4 осуществляется выделение квадратурных составляющих входного сигнала на разностной частоте: Ды= ив ю где ы, - мгновенное значениечастоты входного сигнала; ю- частота колебания перестраиваемого генератора 5.Полосы пропускания первого 2 ивторого 4 ФНЧ, имеющих крутые скатыамплитудно-частотных характеристик,35выбираются исходя из ширины спектравходного сигнала демодулятора и сучетом нестабильной его частоты ичастоты колебания перестраиваемогогенератора 5, Детектор 7 экстремальных отсчетов йиксирует моменты времени, соответствующие пересечениям нулевого уровня с положительной производной выходным сигналом второго ФНЧ4, и Формирует кратковременные импульсы, соответствующие по временному положению экстремальным отсчетамвыходного сигнала дополнительногоФНЧ 13. Усилитель-ограничитель 12стабилизирует амплитуду сигнала с вы 50хода первого ФНЧ 2. Вследствие этогоамплитуда сигнала на выходе дополнительного ФНЧ 13 определяется толькосоотношением ды и его частоты среза,которая выбирается существенно меньшечастот среза первого 2 и второго 4ФНЧ. В блоке 8 выборки - храненияосуществляется синхронное детектирование амплитуды выходного сигналадополнительного ФНЧ 13. Напряжениена выходе источника 14 опорного напряжения равно полон 1.не величиныуровня ограничения уси;".ителем-ограничителем 12, вследствие чего полярность и уровень напряжения на выходеалгебраического сумматора 9 соответствуют направлению и степени отклонения величины ам от значения ам)выбранного на скате амплитудно-частотной характеристики дополнительного ФНЧ 13. За счет образованной через интегратор 10 петли автоматического регулирования частота перестраиваемого генератора 5 отслеживаетизменение частоты входного сигналасо смещением Лм т.е, м,. = м, ++ ас, Напряжение на выходе интегратора 10 через корректирующий Фильтр11 поступает на выход демодулятора,В предлагаемом демодуляторе обеспечивается работа на небольшом участке амплитудно-частотной характеристики дополнительного ФНЧ 13 при значительных девиациях частоты входногосигнала. Это обуславливает высокуюлинейность дискриминационной характеристики демодулятора и как следствие значительное снюкение уровнянелинейных искажений. Астатическиесвойства демодулятора обеспечиваютсяприменением в качестве блока 10 именно интегратора, а не ФНЧ (различиепроявляется, например, при замиранияхсигнала или кратковременных его исчезновениях) . Большая крутизна скатов амплитудно-частотных характеристик первого и второго ФНЧ 2 и 4 обеспечивает сохранение высокой помехоустойчивости предлагаемого демодулятора при появлении на его входе помех от соседних каналов приема, Повышение помехоустойчивости по сравнению с известным демодулятором обусловлено тем, что и предлагаемом демодуляторе при появлении и увеличении начальной частотной расстройкине происходит увеличение петлевогоусиления и эквивалентной шумовой полосы, что обычно приводит к ухудшениюфильтрующих свойств,Формула изобретенияДемодулятор ЧМ-сигналов, содержащий последовательно соединенные первый перемножитель и первый Аильтр нижних частот, последовательно со1483592 6 Составитель В. ЦветковТехред Л,Олийнык Корректор Э, Лончакова Редактор О. Спесивых Заказ 2849/53 Тираж 884 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета.по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,70 единенные второй перемножитель и второй фильтр нижних частот, последовательно соединенные перестраиваемыйгенератор и фазовращатель на 90,при этом первые входы первого и второго перемножителей являются входомдемодулятора ЧМ-сигналов, выход фазовращателя на 90 соединен с вторымвходом первого перемножителя, а выход перестраиваемого генератора -с вторым входом второго перемножителя, отличающийся тем,что, с целью повышения помехоустойчивости и уменьшения уровня нелинейьх искажений, введены последовательно соединенные детектор экстремальных,отсчетов, блок выборки-хранения,алгебраический сумматор, интегратори корректирующий фильтр, последовательно соединенные усилитель-ограничитель и дополнительньй фильтр нижних частот, а также источник опорного напряжения, при этом вход усилителя-ограничителя соединен с выходом первого фильтра нижних частот, вход детектора экстремальных отсчетов соединен с выходом второго фильтра ниж них частот, выход дополнительногофильтра нижних частот соединен с информационным входом блока выборки- хранения, выход источника опорного напряжения подключен к вычитающему входу алгебраического сумматора, а выход интегратора - к управляющему входу перестраиваемого генератора, при этом выход корректирующего фильтра является выходом демодулятора 20 ЧМ-сигналов

Заявка

4265266, 18.06.1987

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

МАРТИРОСОВ ВЛАДИМИР ЕРВАНДОВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Демодулятор чм-сигналов

Похожие патенты

15. В течение одного периода модулирую.щей частотыподсчет числа импульсов в пачке и, соответственно, опрос счетчика импульсов 9 производится многократно, Это достигаетсл выбором разностной частоты. Таким образом по мере изменения частоты ЧМ сигнала происхо.дит изменение амплитулты сигнала на выходе устройства двоичного ЧМ демодулятора, Резульсчетчика деления ойорцой частоты соединен свторыми входами первой и второй схем совпа.деция. Единичный выход триггера пачки под.ключен через второй генератор одиночного цм.пульса к входу установки в ноль счетчика им. 5пульсов, а нулевой выход триггера пачки соединен с входом накапливающего регистра и свторыми входами третьей и четвертой схем совпадения, выходы которых подкачены к еди"ничному и...

16 появляетл ся сигнал единичного уровня, которыйрез приводит к отключению одного преобие разователя из группы работающих преобразователей снятием импульсов упкий 20 равления с входа выпрямителя 1, переводя его в состояние готовности коперативному включению, при этомконденсатор фильтра 2 указанного блока остается заряженным. Одновременно25 отключается еще один преобразователь,находившийся до этого в состоянии готовности к включению, посредствомразмыкания силовых ключей 5 и 6,Здесьг. 40, в 0 - величины, расширяющие диаЗО пазон, характеризуемый постоянствома структуры силовой схемы статическихпреобразователей. Они задаются напряжением смещения Ц подаваемым навы- прямой вход первого компаратора 15ав- и инверсный вход второго...

На процесс измерения.В течение времени переключения, которое всегда является конечной величиной, измерение практически невозможно, так как появляется неопределенность режима работы блока деления. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты. Цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты амплитуды гармонического сигнала, содержащее три поснедовательно.соединенных с входом устройства блока дифференцирования и последовательносоединенные первые блок деления и.блок извлечения квадратного корня,введены последовательно соединенныепервый блок умножения, первый. блоквычитания, второй блок деления ивторой. блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом измеряемой амплитуды,...