Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 29

Вычисление  и  возможно с помощью аналоговых устройств—корреляторов или согласованных фильтров. Согла­сованные фильтры применяются только при известном законе из­менения сигнала u(t). Корреляторы применимы и в случае сигнала   с   неизвестной   структурой.

Корреляторы предназначены для вычисления  путем пе­ремножения непосредственно напряжений U₁(t) и U₂(t—τ) и ин­тегрирования произведения. Они состоят из устройств перемен­ной задержки, задающих величину взаимного сдвига перемно­жаемых напряжений τ, и корреляционных детекторов  (рис. 2.61).

Переменная (плавная или дискретная) задержка радиочастот­ных колебаний осуществляется с помощью линий задержки раз­личных типов. Путем задержки соответствующего напряжения коррелированные части U₁(t) и U₂(t) могут быть совмещены во времени ().

Корреляционный   детектор    (КД)   является   составной   частью коррелятора.  Он  предназначен  для  вычисления  значения  корреляционного интеграла  или огибающей  при фиксирован­ном сдвиге τ. Напряжение на выходе КД должно быть пропор­ционально значению  входных напряжений (или значению огибающей). Принципиально необходимыми составными элемен­тами КД являются перемножитель напряжений и интегратор (рис. 2.62).

Принцип работы КД рас­смотрим на основе сравнения их с близкими по схемному решению устройствами —пре­образователями частоты и фа­зовыми детекторами. Преоб­разователи частоты осущест­вляют сдвиг спектра сигнала по оси частот, т. е. преобра­зуют только несущую частоту без изменения закона модуля­ции сигнала. Линейный ам­плитудный, фазовый и син­хронный     детекторы       могут рассматриваться как частные случаи преобразователя час­тоты на «нулевую» несущую. В отличие от этих устройств КД преобразует спектр сигнала, изменяя не только несу­щую, но и закон его модуляции. Из общей теории цепей с пере­менными параметрами следует, что в основе всех указанных пре­образований лежит операция перемножения напряжений. Однако в преобразователях частоты или фазовых детекторах одно из пе­ремножаемых напряжений является немодулированным колеба­нием гетеродина, тогда как в КД оба напряжения модулиро­ванные и имеют одинаковую ширину спектра. Входы КД в общем случае равноценны.

Очевидно, в качестве перемножителей напряжений для КД можно использовать те же элементы, что и в преобразователях частоты, а именно: смесители. Однако работать они должны в режиме, обеспечивающем пропорциональность амплитуды напря­жения на выходе перемножителя амплитудам напряжений как на первом,  так  и  на втором входе:

Отсечка тока, ограничение и другие нелинейные искажения по любому из входов в случае идеального перемножителя недопус­тимы. Это требование может быть ослаблено в функциональных корреляторах, формирующих напряжения, функционально свя­занные   с   корреляционным   интегралом-

Таким образом, перемножитель напряжений можно рассмат­ривать как смеситель преобразователя частоты с обобщенным гетеродином, колебания которого модулированы по тому же за­кону,   что   и   сигнальные.

Преобразование коррелированных составляющих (сигналов) во временной области рассмотрим на примере сигнала в виде ЛЧМ радиоимпульса с длительностью τ, несущей частотой  и девиацией . Пусть гетеродинирующий сигнал — радиоим­пульс с тем же законом модуляции, но с несущей частотой . Тогда после выделения колебаний разностной (промежуточной) частоты получим радиоимпульс с постоянной частотой заполне­ния   (изменение во времени мгновенных частот сигнального, гетеродинирующего и преоб­разованного импульсов показано на рис. 2.63). В любом случае, если закон модуляции обобщен­ного гетеродина полностью соот­ветствует закону модуляции сиг­нала, при гетеродинировании снима­ется частотная или фазовая модуля­ция и производится дополнительная амплитудная модуляция, повторя­ющая модуляцию сигнала. Любые сигналы с дополнительной частотой или фазовой модуляцией, расширя­ющей их спектр, демодулируются в простые амплитудно-модулированные сигналы той же длительности. Это означает сжатие спектра сложного сигнала в перемножителе до величины   (рис. 2.63)- Коэффициент сжатия спектра

Проследим, как преобразуются сигналы в смесителе в общем случае, когда гетеродинные колебания являются модулирован­ными и частично коррелированными с сигнальными.

Преобразование суммарных спектров входных колебаний рас­смотрим в общем случае, когда каждое из входных напряжений перемножителя содержит сигнальную и шумовую составляющие. Соответствующие им спектры показаны на рис. 2.64,а и б. Спект­ры коррелированных составляющих g_c и Ag_c идентичны с точ­ностью до комплексной константы. Пусть это будут спект­ры прямоугольных ЛЧМ. радиоимпульсов. Их огибающая близка к прямоугольной, а ширина равна . Полоса пропускания фильт­ров, стоящих перед перемножителем, близка к ширине спектров сигналов- Поэтому спектры мощности g_m1 и g_m2 прошедших че­рез эти фильтры шумовых составляющих тоже считаем прямо­угольными   с   шириной   .

Поскольку коррелированные части принимаемых колебаний имеют общий источник, их несущие частоты одинаковы. В общем случае путем обычного гетеродинирования в преобразователе частоты они могут быть понижены до удобного для перемножения значения  (рис. 2.64, а и б), а спектр одного из перемножаемых напряжений может быть дополнительно сдвинут на частоту  (рис. 2.64, в). Частота гетеродина сдвига лежит в об­ласти   промежуточных   частот   (рис.   2.64,6).

Подобно тому как в согласованных фильтрах при перемноже­нии спектров происходит сжатие сложных сигналов по длитель­ности (свертка во времени), так при перемножении временных функций сложных сигналов в перемножителе происходит сжатие их спектров (свертка спектров). Действительно, при преобразо­вании на разностную частоту одинаковые спектральные состав­ляющие g_ci и g'_ci попарно дают колебания одной и той же час­тоты f₀, которые когерентно складывают. С учетом конечной дли­тельности сигналов (их амплитудной, в частности импульсной, модуляции) спектр преобразованного сигнала, а именно: просто­го радиоимпульса (рис. 2.63), имеет конечную ширину  . Всевозможные биения некоррелированных составляющих дадут некоррелированный фон в полосе . Заметим, что сверка спектра сигнала наблюдается всегда на частоте гетеродина сдви­га. В рассмотренном случае f₀<f₁ свертка произойдет только на разностной частоте, в то время как на суммарной частоте спектр в два раза шире исходного (рис. 2.64,г).