Демодуляторы и модуляторы. Демодуляторы Структурная схема квадратурного демодулятора

Демодуляторы и модуляторы являются преобразовательными устройства и служат для преобразования АМ-еигнала в аналоговую форму (демодуляторы) п аналоговые сигналы в AM-форму (модуляторы). По своей конструкции эти устройства обратимы, т.е., меняя местами вход и выход такого устройства, можно из демодулятора получить модулятор и наоборот.

Конструктивно работа этих преобразователей базируется на использовании быстродействующих переключающих устройств. В качестве таких устройств применяют механические реле (обычно поляризованные), диодные схемы или схемы с транзисторами в ключевых режимах. По принципу исполнения демодуляторы и модуляторы выполняют однополупериодны- ми либо двухполупериодными.

Однополупериодный демодулятор на поляризованном реле

Рассмотрим принцип работы одиополупериодпого демодулятора на базе поляризованного механического реле. Схема преобразователя показана на рис. 4.3.

Рис. 4.3.

Входное, модулированное по амплитуде напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора Тр. Снимаемое со вторичной обмотки трансформатора напряжение периодически поступает на выход демодулятора в соответствии с полярностью поступающего на обмотку поляризованного реле сетевого напряжения. Поляризованное реле имеет группу из трех контактов. Подвижный средний контакт 1 замыкается с одним из крайних неподвижных (2 или 3) в зависимости от полярности поступающего на обмотку реле сетевого напряжения. В демодуляторе используется только один неподвижный контакт 2, который замыкается только при одной полярности сетевого напряжения на обмотке реле. На рис. 4.4 показаны формы сигналов на входах и выходе демодулятора.

Рис. 4.4.

Отметим, что полярность выходного сигнала зависит от соотношения фаз входного и сетевого сигналов. Например, в случае, показанном на рис. 4.4, совпадение фаз сетевого и входного сигналов приводит к появлению на выходе демодулятора положительных полупериодов входного сигнала. В случае же, когда фазы сетевого и входного сигналов сдвинуты на 180° но отношению друг к другу, на выходе демодулятора появляются отрицательные нолупериоды входного сигнала. Именно поэтому демодуляторы иногда называют фазочувствительными выпрямителями (ФЧВ).

Уровень пульсаций выходного сигнала демодулятора достаточно высок, и для их сглаживания применяют низкочастотный фильтр, показанный на рис. 4.3 пунктиром. Этот фильтр является пассивным апериодическим (инерционным) звеном. Как правило, роль резистора с сопротивлением Я ф выполняет внутреннее активное сопротивление источника входного сигнала демодулятора, приведенное к выходной обмотке трансформатора Тр, а величина емкости конденсатора С ф выбирается. Этот выбор зависит от постоянной времени такого фильтра, которая определяется как Т ф = Я Ф С Ф. Чем больше эта постоянная, тем эффективнее сглаживаются пульсации.

Оценим коэффициент передачи такого демодулятора при единичном коэффициенте передачи входного трансформатора. Пусть амплитуда входного модулированного по амплитуде сигнала фиксирована. Тогда

Форма выходного сигнала демодулятора в этом случае показана на рис. 4.5, а. Этот сигнал может быть представлен в виде суммы двух составляющих: постоянной составляющей У 0 и переменной (пульсирующей) составляющей Y x (t), показанных соответственно на рис. 4.5, бив.

Оценивая среднее значение выходного сигнала па одном периоде и далее, беря отношение среднего значения выходного сигнала к амплитуде входного AM-сигнала, получаем коэффициент передачи однонолупериодного демодулятора:

Разложение в ряд Фурье переменной составляющей У,(?), показанной на рис. 4.5, в, на периоде Т дает значение амплитуды основной (первой) гар-

ж, U rn

моники У { = -.

Рис. 45. Форма выходного сигнала демодулятора при фиксированной амплитуде AM-сигнала на входе (а ), постоянная составляющая (б) и переменная составляющая (в) выходного сигнала

Частота этой гармоники совпадает с несущей частотой. Все гармоники с более высокими номерами имеют убывающие амплитуды. Степень убывания напрямую зависит от величины номера гармоники. Кроме того, чем выше номер гармоники в разложении переменной составляющей К,(0 на выходе демодулятора, тем больше она будет ослабляться фильтром в виде инерционного звена. Следовательно, необходимо стараться как можно сильнее сгладить основную (первую) гармонику. Все другие гармоники с более высокими номерами будут ослабляться больше.

Возвращаясь к постоянной времени фильтра на выходе демодулятора, следует помнить, что этот фильтр повышает порядок характеристического уравнения разомкнутой системы и может привести к ухудшению качества работы замкнутой системы и даже к потере ею устйчивости при чрезмерном увеличении Т ф. На практике стремятся, чтобы при выборе постоянной времени фильтра выполнялось неравенство

где со ср - частота среза разомкнутой системы.

Последнее неравество гарантирует доиолнительнй фазовый сдвиг на частоте среза разомкнутой системы, не превышающий -5°.

Основными недостатками демодулятров и модуляторов на механических реле являются их относительно низкая надежность и ограниченная частота срабатывания, не превышающая 1 кГц. С целью устранения указанных недостатков подобные преобразователи строят с применением полупроводниковых диодов либо с использованием транзисторов в ключевых режимах. Схемы на диодах менее распространены, так как требуют тщательного подбора диодов и балластных резисторов для балансировки схем в отсутствие входного сигнала. В силу этих причин мы на них останавливаться не будем. При необходимости можно обратиться к соответствующей литературе.

ДЕМОДУЛЯТОР AM НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Рис.12.1

Демодулятор на полевом транзисторе, собранный по приведенной схеме, работает на частоте по меньшей мере до 100 МГц. Демодуля­ция в этой схеме осуществляется не так, как обычно, за счет диодной характеристики эмиттерного перехода, а благодаря ярко выраженной кривизне характеристики тока истока от напряжения на затворе при слабом токе. Таким образом, при входном напряжении от 0,1 В^ ре­зультат детектирования значительно более линейный, чем при ис­пользовании в качестве детектора диода.

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР AM

Funkamateur, Berlin, No. 4/96, p. 413 Рис. 12.2

Некоторые приемники амплитудно-модулированных сигналов имеют более узкую полосу пропускания, чем узкополосные приемники час­тотной модуляции. В таком случае можно выделить сигнал промежу­точной частоты перед демодуляцией и направить его к цепи, изобра­женной на схеме, для лучшего качества приема радиопередач AM.

ДЕМОДУЛЯТОР ОБП/АМ/ФМ НА МИКРОСХЕМЕ МС1496

Linear/Interface ICs, Motorola, 1993 Рис. 12.3

При приеме сигнала с одной боковой полосой (ОБП) и подавленной несущей достаточно восстановить последнюю любым доступным способом, тогда как для амплитудной и фазовой модуляций необхо­дима блокировка. Эффект ограничения дает возможность приклады­вать сигнал AM прямо на вход несущей частоты, лишь бы амплитуда сигнала AM была достаточна.

УСТРОЙСТВО СИНХРОННОЙ ДОБАВОЧНОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ

В предложенной схеме на транзисторе T i собран входной буфер­ный каскад. Транзистор Т 2 является частью активного фильтра на

Funkamateur, Berlin, No. 9/1999, p. 992 Pис. 12.4

индуктивности, частота настройки которого может регулировать­ся переменным конденсатором С 2 . Переменный резистор R1 позволя­ет регулировать полосу пропускания таким образом, что только сиг­нал несущей частоты достигает микросхемы А2. После перехода средней точки P1 в схеме возникают колебания, которые несущая ча­стота входного сигнала может синхронизировать. На выводе 7 микро­схемы А1 входной сигнал, добавленный к несущей частоте, отдельно усиливается микросхемой А2. Даже в случае выборочного замирания, воздействующего на несущую частоту, результаты демодуляции оказы­ваются достаточно хорошими.

СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР С АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Устройство может функционировать пассивным или активным обра­зом, в зависимости от положения переменного резистора Р1 В первом случае отрицательное сопротивление, образуемое транзисторами T1 и Т 2 , служит для сужения полосы пропускания колебательного LC кон­тура, чтобы несущая частота, прошедшая через конденсатор С 5 , была отфильтрована в узкой полосе. Во втором случае транзисторы T1 и Т 2 начинают работать как генератор, который может быть синхронизиро­ван в узком диапазоне несущей частотой случайного сигнала, когда переключатель находится в положении «ручной». В положении «ав­томатический» происходит авторегулирование в пределах полосы шириной в несколько килогерц. Также в зависимости от положения движка Р1 автоматическое регулирование может влиять либо на фильт­рацию несущей частоты, либо на генератор, который заменяет эту не­сущую частоту. Функционирование в режиме «пассивный ручной» требует очень точной настройки. Такую настройку гораздо удобнее производить в режиме «пассивный автоматический», но в случае за­мирания (выборочного) несущей частоты появляется риск «сполза­ния» настройки фильтра на какую-либо соседнюю частоту. В режиме работы «активный ручной» поиск синхронизации может сопровож­даться неприятным свистом, но зато становится возможным прослу­шивание станций с одной боковой полосой. В режиме работы «актив­ный автоматический» подобного не происходит, кроме случая, когда одна боковая полоса сопровождается неподавленной несущей часто­той, но, как сказано выше, регулировка может привести к «сполза­нию» частоты настройки. Можно выбрать коэффициент усиления операционного усилителя А1 в зависимости от амплитуды име­ющегося входного сигнала. После двух фазосдвигающих устройств

Funkamateur, Berlin, No. 9/1999, p. 993 Рис. 12.5

на ±45° транзисторы Т 3 и Т 5 выдают сигналы, смещенные по фазе на 90°. Далее, интегральная схема IC1 служит для модуляции, в то вре­мя как IC2 создает напряжение настройки, действующее в режиме «автоматический» на варикап ВВ909А. Индикатор «частота» (с ну­лем в середине шкалы) полезен только в режиме «автоматический», в то время как индикатор «амплитуда», управляемый постоянной со­ставляющей демодуляции, полезен в режиме «ручной».

ДЕМОДУЛЯТОР AM 6-70 МГЦ НА МИКРОСХЕМЕ TDA9S30

Рис. 12.6

Данное устройство задумано в основном для применения в телеви­зионных схемах. Диапазон автоматического управления усилением составляет 66 дБ, отношение сигнал/шум 53 дБ с 10 мВ на входе, по­лоса пропускания звука 20 Гц – 100 кГц.

ПЧ И ДЕМОДУЛЯТОР ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ НА МИКРОСХЕМЕ U431ЗВ

Ыо\е d’application TEMIC, ANT 012, ANT 013, ANT 014,1996 Рис. 12.7

Приведенная система дистанционного управления для устройств тревоги, защиты или открывания двери содержит УПЧ, демодулятор и цепь формирования цифровых сигналов. До тех пор пока уровень входного сигнала (вывод 9) ниже 40 дБмкВ, функционируют только УПЧ и демодулятор AM, но, как только этот порог будет превышен, включается одновибратор. Это устройство питает другие части схе­мы и переводит вывод 10 в состояние «1» (управление питанием микропроцессора).

Постоянная времени RC составляющих, подключенных к выводу 3, определяет длительность возвращения к режиму ожидания, в то время как в случае выводов 6 и 7 речь идет об ответе компаратора, который следует по необходимости приспосабливать к использован­ному коду передачи. Для того чтобы предотвратить неизбежные за­держки сигнала из-за АРУ, необходимо использовать логарифмичес­кий демодулятор AM. Входной импеданс ПЧ (8-12 МГц) составляет 330 Ом с параллельной емкостью, равной 5 пФ. Существует также версия с компаратором без инвертора U4311.

УЗКОДИАПАЗОННЫЙ СИНХРОННЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР

В синхронном демодуляторе, представленном на рис. 12.8, не ис­пользуется эффект автоматического регулирования. Переменный резистор P1 служит для перехода от функции узкополосного фильт­ра к функции генератора, который настроен на несущую частоту полосой 100 Гц. Потенциометр Р 2 позволяет настроить фильтр точ­но на несущую частоту.

ДЕМОДУЛЯТОР ЧМ НА МИКРОСХЕМЕ НЕ564

Показанный на рис. 12.9 демодулятор предназначается для теле­графии. Устройство функционирует, так как происходит коммута­ция частоты 1 МГц вокруг частоты 10,8 МГц. Впрочем, ГУН рабо­тает на частоте до 50 МГц с диапазоном запирания не меньше 25%. Частота режима ожидания определяется емкостью конденсатора, который установленн между выводами 12 и 13. Скорость переда­чи может достигать 1 Мбод.

Funkamateur, Berlin, No. 9/1999, p. 992 . Pис. 12.8

Note d’application AN 1801, Philips Semiconductors Рис. 12.9

ДЕМОДУЛЯТОР QPSK НА МИКРОСХЕМЕ SDA6310

Данное устройство обрабатывает сигналы, модулированные комму­тацией фазы в четыре состояния (QSPK), и предназначено для исполь­зования в спутниковом телевидении. Диапазоны частот 35-120 МГц для несущей частоты QSPK и 70-120 МГц для генератора. Схема ра­ботает на частоте 40,15 МГц. Уровень входа (выводы 3 и 4) должен быть между 50 и 100 дБмкВ.

КВАДРАТУРНЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР НА МИКРОСХЕМЕ TDA8040T

Такой демодулятор работает на частотах между 10,7 и 150 МГц, с ко­эффициентом усиления не ниже 21 дБ на каналах I и Q, ширина по­лосы которых составляет 25 МГц. Резонансный контур генератора может быть заменен внешним источником, способным выдать напря­жение с минимальным размахом 100 мВ.

Documentation Philips Рис. 12.11

КВАДРАТУРНЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР l/Q НА МИКРОСХЕМЕ цРС2781

На схеме изображен демодулятор, имеющий встроенное устройство для сдвига фазы на 90 е. Коэффициент передачи 50 дБ, шум-фактор 13 дБ, импеданс входа 30 Ом.

КВАДРАТУРНЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР I/O НА МИКРОСХЕМЕ цРС2766

Document NEC, No. PI0193EJ3V0DS00, 1996 Рис. 12. I3

Этот демодулятор имеет коэффициент передачи 20 дБ, шум-фактор 21 дБ. Промежуточная частота может быть выбрана в пределах меж­ду 0 и 200 МГц. Амплитуда выходных сигналов с увеличением часто­ты растет до 1,5 В.

Амплитудный детектор служит для выделения амплитудной огибающей высокочастотного радиосигнала. В настоящее время их обычно реализуют на или программным образом в сигнальных процессорах.

Тем не менее для полноты картины рассмотрим схему амплитудного детектора, позволяющего превратить значения амплитуды высокочастотного сигнала в низкочастотные колебания. Первоначально амплитуду высокочастотного колебания выделяли на электронных приборах с нелинейной вольтамперной характеристикой,таких как полупроводниковые диоды и транзисторы. Требующаяся для амплитудного детектирования вольтамперная характеристика (ВАХ) нелинейного элемента приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Вольтамперная характеристика нелинейного элемента, необходимая для детектирования амплитудной модуляции

При прохождении амплитудно-модулированного сигнала через электронный прибор с вольтамперной характерестикой, приведенной на рисунке 1, в выходном токе появляется составляющая, пропорциональная амплитуде входного сигнала. Процесс детектирования на электронном приборе с подобной вольтамперной характеристике поясняется на рисунке 2.

Рисунок 2. Процесс детектирования амплитудно-модулированного сигнала на линейной ВАХ

Реальные вольтамперные характеристики нелинейных элементов (таких как полупроводниковые диоды или транзисторы), применяющихся в амплитудных детекторах, значительно отличаются от требующейся ВАХ. В результате детектора получается существенно нелинейной. У вольтамперных характеристик этих электронных приборов наблюдается ступенька в районе 0,2 ... 0,8 В. Наименьшей ступенькой обладают диоды Шоттки и обращенные диоды. Именно такие диоды и применяются в амплитудных демодуляторах. Пример вольтамперной характеристики полупроводникового диода Шоттки приведен на рисунке 3.

Рисунок 3. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

Пример принципиальной схемы амплитудного детектора, выполненного на полупроводниковом диоде, приведен на рисунке 4. По таким схемам строятся и схемы вольтметров переменного тока.

Рисунок 4. Принципиальная схема амплитудного детектора

При глубине модуляции m = 0,5 нелинейные искажения достигают 10 %, а при m = 1 — уже 25 %. Такой уровень нелинейных искажений недопустим для современной аппаратуры. График зависимости нелинейных искажений от глубины модуляции в диодном детекторе приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Зависимость нелинейных искажений от глубины модуляции в диодном детекторе

В настоящее время в качестве амплитудных детекторов обычно используются синхронные детекторы. Основным узлом синхронного детектора является аналоговый умножитель (). Для того, чтобы умножитель осуществил перенос спектра сигнала промежуточной частоты на нулевую частоту (осуществил амплитудную демодуляцию сигнала), нужно на второй вход аналогового умножителя подать напряжение промежуточной частоты с фазой, совпадающей с фазой принимаемого сигнала. Подробно принципы работы синхронного детектора были рассмотрены при обсуждении принципов работы .

В этой схеме очень важно, чтобы сигнал, поступающий на один из входов умножителя, собранного на транзисторах имел постоянную амплитуду. Только в этом случае сигнал на выходе схемы будет пропорционален амплитуде входного сигнала. Если же амплитуда сигнала на обоих входах умножителя будет изменяться, то мы получим квадратичный амплитудный детектор, сигнал на выходе которого будет пропорционален не амплитуде сигнала, а его мощности.

Для выделения опорного сигнала в современных радиоприемных устройствах применяется усилитель-ограничитель. На выходе усилителя-ограничителя формируется сигнал промежуточной частоты с прямоугольной формой и постоянной амплитудой. Этот сигнал подается на один из входов умножителя сигналов. На второй вход умножителя сигналов подается неограниченный сигнал промежуточной частоты с амплитудной модуляцией. Его уровень поддерживается на постоянном уровне . Структурная схема подобного амплитудного детектора приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Структурная схема амплитудного детектора, выполненного на аналоговом умножителе сигналов

Временные диаграммы сигналов на входах и выходе умножителя сигналов схемы синхронного амплитудного детектора приведены на рисунке 7.

Рисунок 7. Временные диаграммы сигналов на входах и выходе умножителя

Как видно из приведенных временных диаграмм сигналов, искажения на выходе схемы отсутствуют. Пример принципиальной схемы амплитудного демодулятора, выполненного по схеме синхронного детектора, приведен на рисунке 8.

Рисунок 8. Схема АМ детектора на аналоговом умножителе сигналов

В данной схеме амплитудного детектора на один вход детектора подается усиленный сигнал с амплитудной модуляцией, а на другой вход тот же самый сигнал, но ограниченный по амплитуде. В результате на выходе схемы появляется напряжение модуля входного сигнала (амплитуда входного сигнала).

Подобная схема амплитудных детекторов часто применяется в составе схемы современных радиоприемников. В качестве примера, на рисунке 9 приведена схема включения микросхемы АМ приемника TDA1072.

Рисунок 9. Схема АМ приемника на микросхеме TDA1072

В этой схеме на одном кристалле расположены все рассмотренные ранее блоки радиоприемного устройства. На входе микросхемы сигнал поступает на усилитель радиочастоты, затем он подается на балансный транзисторный смеситель. С выхода балансного смесителя (вывод 1) сигнал через пьезокерамический фильтр промежуточной частоты поступает на вход усилителя промежуточной частоты (выводы 3 и 4), соединенным с балансным амплитудным детектором. После усиления демодулированного сигнала усилителем низкой частоты звуковой сигнал снимается с вывода 6. Для контроля уровня принимаемого сигнала к девятому выводу микросхемы может быть подключен амерметр, который превращается в индикатор уровня при помощи резистора RL9.

Дата последнего обновления файла 14.11.2012

Литература:

1. "Проектирование радиоприемных устройств" под ред. А.П. Сиверса М., "Высшая школа" 1976 стр. 37-110
2. "Радиоприемные устройства" под ред. Жуковского М. "Сов. радио" 1989 стр. 8 - 10
3. Палшков В.В. "Радиоприемные устройства" - М.: "Радио и связь" 1984 стр. 12 - 14

Вместе со статьей "Амплитудный детектор (демодулятор)" читают:

Для определения фазы неизвестного колебания требуется точка отсчета, которая будет определять начало координат. Обычно в качестве такой точки отсчета выступает...
https://сайт/WLL/FazDet/

Задача выделения закона изменения частоты из принимаемого сигнала встречается очень часто. Эта задача встречается как при приеме сигналов с аналоговыми, так и при приеме сигналов с цифровыми методами модуляции...
https://сайт/WLL/FrDet/

В общем, виде демодулятор фазоманипулированного сигнала представляет собой ФД, на один вход которого поступает модулированный сигнал, а на другой – сигнал от источника опорного колебания. Для детектирования сигнала с четырьмя значениями фазы необходимы два ФД, на которые входной сигнал поступает с одинаковой фазой, а сигналы от источника опорного колебания со сдвигом фазы на 90° друг относительно друга. При демодуляции сигналов с ОФМ необходимо сравнивать фазы принимаемого сигнала в двух соседних тактовых интервалах времени.

Из-за высокой скорости модуляции демодуляторы сигналов ОФМ имеют ряд особенностей. Демодуляция осуществляется на ПЧ, при этом требуется создать тракт с полосой пропускания 500-1000 МГц.

В демодуляторе сигналов ОФМ-4 пересдаваемых со скоростью 200 Мбит/с, используется схема ФД с 3 дБ КНО, состоящим из двух направленных ответвителей с распределенной связью (8,34 ДБ в каждом). В этой схеме используется только два диода. Она имеет хорошие импедансные характеристики и высокую чувствительность. Для улучшения согласования здесь могут быть использованы четыре диода.

Если демодуляция.осуществляется на промежуточной частоте, то может быть применена автоматическая подстройка частоты (АПЧ) гетеродина. На рисунке представлена структурная схема приемника. Входной сигнал вместе с сигналом гетеродина (Гет .) поступает на понижающий смеси­тель (См.), а после усиления в УПЧ – на вход демодулятора сигнала (Дмд) и детектора АПЧ (Дет. АПЧ). Демодулятор представляет собой ФД, у которого в качестве опорного колебания используется сигнал от линии задержки, задержанный на длительность тактового интервала. Промежуточная частота F ПЧ точно в пять раз больше тактовой частоты F Т, поэтому схема детектора АПЧ аналогична схеме демодулятора, но задержка осуществляется на величину тактового интервала плюс p/2. Сигналы от устройства регенерации и детектора АПЧ поступают на схему АПЧ и формируют на ее выходе сигнал управления гетеродином, который перестраивает его так, что постоянно поддерживает F ПЧ =5F Т.

СХЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ И ЕЕ ПАРАМЕТРЫ

Отсутствие составляющей несущей частоты в спектре сигнала ОФМ требует восстановления ее в приемнике для осуществления когерентного детектирования. Среди известных схем восстановления несущей в высокоскоростных ЦСП СВЧ диа­пазона наибольшее применение находит схема с ремодуляцией (иногда используются названия: схема с ремодулятором, с обратным или восстановительным модулятором). На рисунке приведена структурная схема демодулятора, в котором осуществляется когерентное детектирование сигнала ОФМ-4, а в качестве СВН используется схема с ремодуляцией и кольцом ФАП. Входной сигнал от УПЧ поступает на четырехпозиционный фазовый детектор (4-ФД) и через линию задержки

Л31 на 4-ФМд, на два цифровых входа которого подаются продетектированные сигналы с выходом 4ФД. На ФД кольца ФАП через линию задержки Л32 и с выхода 4-ФМд поступают сигна­лы восстановленной несущей и от генератора управляющего напряжения (ГУН). Управляющий сигнал ГУНа формируется ФД и фильтром кольца ФАП. Эта схема содержит минимум элементов, определяющих время задержки кольца ФАП,ее работа не зависит от синхронизации тактовой частоты.

НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ МОДУЛЯТОРОВ И ДЕМОДУЛЯТОРОВ ОФМ

Для увеличения объема передаваемой информации при сохранении неизменной скорости модуляции предлагается использовать сигнал 16-уровневой амплитудно-фазовой модуляции. Модулятор сигналов состоит из двух 4-ФМд, на которые поступают цифровые сигналы, по два на каждый, и сигнал от генератора несущей. Промодулированные сигналы суммируются, причем оптимальным для детектирования является случай, когда один из суммируемых сигналов меньше другого на б дБ. В результате получается сигнал 16-уровневой АФМ, пространство сигналов для которого изображено на рисунке. При детектировании осуществляются обратные операции, которые могут быть реализованы в демодуляторе, использующем СВН со вторичной модуляцией. На рисунке изображена структурная схема такого демодулятора. Входной сигнал поступает «а первый четырехпозиционный фазовый детектор (4-ФД1) вместе с опорным колебанием восстановленной несущей от ГУНа, на выходе устройства регенерации получаем две последовательности, передаваемые с большей амплитудой. Эти же последовательности одновременно с сигналом от ГУНа поступают на 4-ФМд, осуществляющий модуляцию вторично. С помощью сигнала от 4-ФМд и входного на выходе ФД кольца ФАП формируется управляющий сигнал ГУНа, а при вычитании – сигнал, который поступает на 4-ФД2 вместе с сигналом опорногоколебания и образует на его выходах две другие передаваемые последовательности.

Из анализа литературы видна тенденция к развитию высокоскоростных цифровых систем связи СВЧ диапазона с различными видами фазовой модуляции несущей. Освоение миллиметрового и квазимиллиметрового диапазона волн предъявляет высокие требования к проектированию устройств, осуществляющих высокоскоростную модуляцию и демодуляцию фазы сигнала. Можно выделить следующие основные направления проектирования:

– модуляция фазы несущей миллиметрового и квазимиллиметрового диапазонов волн со скорость до 250 Мбит/с с использованием р-i-n -диодов;

– модуляция фазы сигнала в диапазоне 1-2 ГГц со скоростью до 400 Мбит/с с использованием ДБШ;

– использование аналогичных методов модуляции при осуществлении передачи информации методом ОФМ в ЦРРЛ с промежуточной частотой 140 МГц;

– использование при конструировании элементов на МПЛ, изготовленных по тонкопленочной технологии;

– когерентное детектирование широкополосного фазомодулированного сигнала в диапазоне 1-2 ГГц включая случаи, когда спектры входного и продетектированного сигналов расположены близко друг к другу;

– создание схемы восстановления несущей, имеющей при широкой полосе зах­вата большое отношение сигнал/шум восстановленной несущей и малую установив­шуюся фазовую ошибку;

– использование видов модуляции, позволяющих увеличить объем передаваемой информации в одном радиостволе и улучшить характеристики детектирования сигнала.

ДЕМОДУЛЯТОР ЦИФРОВОЙ РСП

Демодулятор является наиболее сложным узлом цифровой РСП определяющим показатели качества тракта передачи в целом.

При демодуляции систем с ОФМ используют как когерентные так и некогерентные методы.

Оптимальный алгоритм (рисунок а)

согласованный фильтр СФ с передаточной функцией комплексно сопряженная со спектральной плотностью сигнала S(t) или применяется коррелятор содержащий генератор опорного колебания Гк, перемножитель и интегратор со сбросом в момент t 0 =Т (рисунок б)). Построение этих схем вызывает значительные трудности из-за получения когерентного опорного напряжения. В реальных схемах (рисунок 18 в)) в которых опорное напряжение получается с помощью схемы восстановления когерентной несущей ВКН, а вместо идеального интегратора со сбросом используется ФНЧ с полосой 1,2В С (В С – частота численно равная скорости передачи). В качестве решающего устройства используется регенератор бинарного сигнала, в состав которого входят цепи выделения сигнала тактовой частоты. Решение о том какой принят сигнал 0 или 1 принимается в середине к -го импульса.

СХЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОГЕРЕНТНОЙ НЕСУЩЕЙ

Основными схемами являются:

Схема умножения ФМ сигнала в соответствии с кратностью системы для снятия модуляции.

Схема Костаса, содержащая подстраиваемый генератор сигнала опорной несущей, управляемый сигналом ошибки полученной в результате сравнения входных и выходных цифровых полиномов регенератора.

Схема восстановления когерентной несущей Сифорова. Разновидность схемы Костаса – демодулятор в котором сигнал управляющего генератора опорной несущей модулируется сигналами регенераторов, а сигнал ошибки определяется при сравнении входного и восстанавливающего.

Сигнал ОФМ-2 возводится в квадрат и сравнивается в ФД петли ФАП с сигналом генератора ПЧ управляющим напряжением ГУН, частота которого тоже умножается на два.

Схема обратной модуляции. На вход ПЧ модулятора Мд поступает манипулированный сигнал S(t) а на вход основной полосы последовательность где символ обратный формируемый на выходе ФД. Восстановленный таким образом сигнал ПЧ поступает на ФД системы ФАП, где сравнивается с сигналом ГУН.

В низкоскоростных системах иногда используется простой автокорреляционный прием сигналов с ОФМ. В качестве сигнала опорного генератора применяется задержанный на длительность тактового сигнала ФМ сигнал ПЧ.

Структурная схема автокорреляционного демодулятора ОФМ-2, представлена на рисунке.