Проектирование радиоприемного устройства частотно-модулируемых сигналов, страница 5

Амплитудный ограничитель (рис.10) предназначен для устранения паразитной амплитудной модуляции (АМ) перед ЧД. Частота гетеродина f_г в преобразователе частоты должна отличатся от частоты принимаемого сигнала f_с точно на промежуточную частоту f_пч во всем диапазоне принимаемых частот. Получение промежуточной частоты f_пч возможно при двух значениях частоты гетеродина: f_г>f_с и f_г<f_с. Так как настройка входного контура и контура гетеродина должна быть сопряжена и осуществляться одним органом настройки, а коэффициент перекрытия по частоте в контуре гетеродина мал (при f_г>f_с), то следует выбрать частоту гетеродина выше частоты настройки входного контура. Промежуточная частота может быть выбрана ниже наименьшей частоты принимаемого сигнала или выше максимальной частоты принимаемого сигнала.

Стабильность настройки на радиостанцию приемника прямого усиления определяется стабильностью параметров, примененных в ней фильтров (перестраиваемых контуров), тогда как стабильность настройки супергетеродинного приемника, кроме стабильности частоты гетеродина, зависит от стабильности настройки. Абсолютная нестабильность частоты гетеродина с ростом частоты и в диапазоне ультракоротких волн (УКВ) без принятия специальных мер может оказаться значительной с точки зрения обеспечения стабильности настройки на радиостанцию. Поэтому применяют различные меры по повышению стабильности частоты гетеродина: повышение стабильности элементов, входящих в колебательный контур гетеродина, применение их параметрической температурной компенсации, стабилизации напряжения питания; использование автоматической подстройки частоты и диапазонно-кварцевой стабилизации частоты гетеродина. При диапазонно-кварцевой стабилизации частоты, гетеродин вместе с устройством его стабилизации (опорным кварцевым генератором и цепями формирования колебаний с требуемыми частотами) образуют синтезатор частот. Синтезаторы частот позволяют осуществлять фиксированную настройку на частоту радиостанции независимо от наличия ее сигналов в любом радиовещательном диапазоне. Совместно с электронной настройкой контуров применение синтезаторов позволяют упростить управление приемниками и обеспечить гарантированную настройку на нужную частоту.

Повышение помехоустойчивости приема можно получить, применяя демодуляторы с обратной связью по частоте или следящие фильтры. Специфика приемника со следящей настройкой заключается в использовании узкополосного УПЧ. ФНЧ делает цепь нечувствительной к случайным скачкам напряжения, которые могут вызвать помехи. Структурная схема приемника со следящей настройкой приведена на рис.11.

Рис.11 – Приемник со следящей настройкой.

Основным недостатком данной схемы – является относительная сложность устройства и возможность потери входного сигнала, если неверная оценка частоты на выходе ФНЧ. Приемник включает следующие блоки: УУПЧ – узкополосный усилитель промежуточной частоты; УЭ – управляющий элемент. Назначение остальных блоков было раскрыто ранее.

Эффекта следящего УПЧ можно достичь другим способом – используя обратную связь по частоте (см. рис.12). Напряжение с выхода ЧД подается через ФНЧ и управляемый элемент на управляемый генератор, осуществляя его по частотную модуляцию. «Частота покоя» управляемого генератора, соответствующая значению напряжения на его выходе, сдвинута относительно средней частоты ЧМ – сигнала  на величину частоты .

Рис.12 – Приемник с отрицательной обратной связью по частоте.

В результате воздействия на смеситель двух синфазно модулированных сигналов – от УРЧ (в преселекторе) и от управляемого генератора, образуется сигнал со средней частотой , модулируемый по частоте сигналом ошибки, допускаемой при оценки мгновенной частоты входного сигнала.

Частотное отношение входного ЧМ – сигнала уменьшается системой с обратной связью по частоте в определенное число раз, так что можно поставить узкополосный УПЧ с фиксированной настройкой, который должен без искажений фильтровать полезные сигналы.

Таким образом, обратная связь по частоте приводит к сжатию спектра входного сигнала, что способствует уменьшению шума на выходе ЧД и снижению пороговой области ЧМ – приема.

Если рассматривать приемник с ФАПЧ (фазовой автоподстройкой частоты), то его особенностью является то, что узкополосность его приемного тракта создается только на низкой частоте – с помощью ФНЧ (см. рис. 12). На фазовый детектор (ФД) подаются два напряжения – управляемого гетеродина с мгновенной фазой , являющейся оценкой мгновенной фазы принимаемого ЧМ - сигнала  [4]:

,                                                      (10).

где  - амплитуда колебания гетеродина;

       - оценка мгновенной фазы ЧМ – сигнала;

а так же принятой смеси сигнала и шума с АО [4]:

,                                  (11).

 где  - амплитуда колебания полезного сигнала;

 - шумовая составляющая.

На выходе ФД образуется напряжение разностной и суммарной частот [4]:

,         (12).

После прохождения через ФНЧ второе слагаемое отфильтровывается, а первая, составляющая сигнала  будет создавать входное управляющее напряжение, причем в правильном направлении лишь при . Следовательно, данная система будет отслеживать мгновенную фазу принимаемого сигнала, так как входное колебание с генератора управляемого напряжением (ГУН) синхронизировано по фазе с принимаемым сигналом. Подобная система похожа на оптимальный демодулятор ЧМ – сигналов, полученный в результате синтеза на основе теории нелинейной фильтрации.

Рис.13 – Приемник с ФАПЧ.

Назначение частотного детектора (ЧД) заключается в получении напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения частоты входного сигнала. Обобщенная структурная схема ЧД показана на рис. 14. Методы получения информации о мгновенной частоте сигнала основаны:

-   на преобразовании ЧМ – сигнала в АМ – сигнал с последующим детектированием АМ – сигнала (частотно-амплитудные детекторы);

-   на преобразовании ЧМ – сигнала в фазовый сдвиг между векторами вспомогательных напряжений, с последующим его детектированием (частотно-фазовые детекторы);