Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 46
Текст из файла (страница 46)
9.3). Если к — число спектральных линий в каждой боковой полосе, то полная ширина спек- ц) дид Рис. 9.3. Спектр сигнала нри частотной модуляции 240 Глава 9. Модуляция и демодуляция в оптико. электронных приборах ~О тра определяется как 21 й. При Д» 1 можно положить 1 и 33 и, следовательно, ширина спек" тра будет определяться как 21 й = 2~3Й = 2Лто, т.е.
равна удвоенному частотному отклонению. Величину 2Ьтп называют полосой качания, так ' как в процессе модуляции частота может принимать любое мгновен(ное значение внутри интервала от — Лот. Таким образом, ширина спекти "; ра при ЧМ больше, чем при АМ.
При малом ~3 ЧМ переходит практи' чески в АМ. В ОЭП используется и непрерывная фазовая модуляция (ФМ), при : которой модулируется фаза колебания, т.е. тр - туп+ Лтуу (1). При синусоидальной модуляции тт(1) = з1пй1 фазомодулированное колебание будет иметь следующий вид: Ф(1)=(Фо/2)сов[(то 1)+Лтуз1п(Й1)1.
Как и для ЧМ, для ФМ ширина боковой полосы определяется произведением индекса на модулирующую частоту, следовательно, полная ширина спектра ФМ колебания равна 2Лтрй. Она зависит от модулирующей частоты, и в этом состоит различие спектров ФМ и ЧМ. Число спектральных линий остается при изменении модулирующей частоты неизменным, но интервал между ними (равный Й) изменяется, поэтому меняется и общая ширина спектра. 9.2. Демодуляция сигналов Процесс выделения управляющего сигнала — носителя полезной информации — из сигнала, подвергнутого модуляции, называется де,модуляцией или детектированиелк. Если модулирующий управляю)щий сигнал, изменяющийся в соответствии с полезной информацией, содержится в неявном виде в сигнале на выходе модулятора, то в ре, зультате демодуляции, т.е.
после соответствующей обработки промо' дулированного сигнала, закон, по которому менялись амплитуда, фаза, ;частота, поляризация исходного сигнала — переносчика информации (например, потока излучения) — восстанавливается. Физические сущности управляющего сигнала и сигнала, полученного после модуляции, могут быть различными, но закон их изменения — одинаковый. Часто демодуляцию называют детектированием. В дальнейшем будем пользоваться равнозначно обоими терминами. В зависимости от воспроизводимого при демодуляции параметра различают амплитудное, Частотное и фазовое детектирование. Амплитудную демодуляцию можно осуществить путем перемноятения сигнала и„(1), получаемого после линейного преобразования в приемнике излучения модулированного сигнала Ф„(1) и последующего 241 Ю.Г. Якушеиков, Теория и расчет оптико-электронных приборов его усиления и фильтрации (рис.
9.4), и некоторого опорного периоди. ческого сигнала и„(т) с частотой несущей от„, т.е. как бы подвергнуть сигнал и„(т) модуляции (см. я 9.1). Представим спектр опорного сигнала в соответствии с (2.6) как Глава 9, Модуляция и демодуляция в оптико-электроииых приборах У„(уст) = 2л ') У„аб(то — )тот „), где П„„— амплитуда Ут-й гармоники опорного сигнала. Используя теорему о спектре произведения применительно к вы. ходному сигналу и,„„(т) = и„(а)и (Г), т.е.
представляя спектр и,„„(т) как (9.4) У,„„(утт) = — — ~ГУ„(уот) ГУ„~у(ч — от)]к(~ и учитывая (9. 2) и (9.4), получим (Увих(уот) ~фк ~~'.,ГУопво[у(то поти Укати)1. (9.5) Очевидно, что в этом сложном спектре содержатся составляющие, повторяющие спектр 8(ув) восстанавливаемого сигнала (например, при и = Ут = Ои при п -Ухи)т =.и). Длявыделенияисходногоспектрад(уст), которому на выходе соответствует низкочастотная составляющая и,„„(а), т.е. сигнал и,(Г), подобный входному сигналу з(к), необходимо отфильтровать низкочастотную часть ГУ,„„(утв), введя в состав электронного тракта фильтр низких частот с полосой пропускания 2бто (см. рис.
9.4). Таким образом, схема обработки сигналов в ОЭП при их модуляции и демодуляции в достаточно обобщенном виде может быть представлена так, как показано на рис. 9.4. Для амплитудной демодуляции широко используются линейные и квадратичные детекторьь Первое название условно, так как по своей сути демодуляция — нелинейный процесс. Значение сигнала на выходе демодулятора при линейном детектировании пропорционально абсолютному значению входного сигнала, а при квадратичном детектировании — квадрату этого значения. Сигнал на выходе линейного детектора с коэффициентом передачи д„,, осуществляющего операцию и,„„= утх, ~ и„~, и,„„= Ут„,~(У+та)поток)з1поэ„а~.
(9.6) Разлагая функцию ~ зш от„а! в ряд Фурье и подставляя это разложение в (9.6), получаем 'кч О и 2 и о Ф и о о в в о Ы Й т! «е, И) зу«итР Ю.Г. Якушенксв. Теория и расчет оптикп-электронных приборов и, „= (1+ тз1пввт) — ~ в )соз2нв„т+ и „, 4нв — 1 Первый член в фигурных скобках описывает ту модулирующую функцию, которую должен выделить детектор. Пропуская сигнал, описываемый (9.7), через низкочастотный фильтр, на его выходе по- лучаем и, = й,(2(х)(1+ тзтпввт). При квадратичном детектировании демодулятор реализует операциювидаи „=)т и „,т.е. и,„„=й (1+~~(~~ 1) зт~~~„у=0,5й,)1+0,5~~+2~э(пв т— — 0,5т соз2ввг-(1+05т )соа2в„т-тэ(гл2в„-вв)1+ +тз(п(2в, +во)1+т~соз2(в„-во)т+т соз2(в.
+во)1]. (9.8) В этом сигнале содержатся две близкие низкочастотные гармоники с частотами твв и 2в . Фильтрация второй гармоники затруднительна, и ее наличие приводит к нелинейным искажениям выходного сигнала. Как следует из (9.8), отношение амплитуд второй и первой гармоник равно т/е, поэтому чем меньше т, тем меньше амплитуда гармоники 2вр и амплитудные искажения. В качестве амплитудных детекторов на практике обычно используют выпрямители (одно- и двухполупериодные), имеющие линейные и квадратичные статические характеристики, с фильтрами низких частот на выходе (рис.
9. 5). Рис. 9.б. Схема олнополупериодного амплитудного детектора Квадратичное детектирование применяют при демодуляции сигнала, являющегося суммой двух гармонических колебаний с разными частотами и амплитудами. При и„=А зтп втт+ В ГАП В 1 на выходе Глава 9. Модуляция и демодуляция в сптикс-электрснных прибарвх ттвадратичного детектора будет сигнал и, = й (А~этп~втт+ Ввгйпвввт+2АВзтпвттзтпввт) = =й„~А + — Авсоз2втг — В~соз2ввв-АВсоз(вт+вв)т+ +АВсоз(вт вв)1) При использовании низкочастотного фильтра с полосой пропускания, значительно меньшей частот в, и вв, можно выделить сигнал и, = АВ«„,соз~(вт -вв)Г~.
Если в, — частота полезного сигнала, а вл — частота сигнала вспомогательного опорного генератора-гетеродина, то при их синхронности (т е.прив, = в )исинфазностивыходнойсигналлинейносвязансвходным. При сдвиге фаз на Лтр между входным сигналом и опорным выходной сигнал пропорционален соз Лтр. Этот случай демодуляции с использованием синхронного опорного сигнала называется синхронным детектированием.
На рис. 9.6 представлена простейшая функциональная схема ОЭП с синхронным детектированием. Синхронность входного сигнала Ф, и опорного Ф„, создаваемого источником опорного сигнала ИОС, достигается за счет использования одного и того же модулятора, вращающегося с частотой в. Соответствующие Ф, и Ф„электрические сигналы У, и У,„, образующиеся на выходах приемников излучения ПИ, после усиления перемножаются и фильтруются фильтром низких частот ФНЧ. Выходной сигнал У,„„изменяется во времени по закону (1,(г), а его амплитуда пропорциональна косинусу фазового сдвига У, относительно У„, т.е.
соз Лтр, где Лтр — разность начальных фаз тр, и в„ колебаний У, и У., Рис. 9.6. Схема ОЭП с синхронным детектированием Достоинством синхронного детектирования является чувстви- тельность к изменению разности фаз между входным и опорным сиг- налами, что при синфазности полезного входного и опорного сигналов 246 Ю.Г. дкушенков. Теория и расчет оптико-эпектроннык приборов Глава 9. Модуляция и деыодулядия в оптико-электронных приборак позволяет увеличить помехозащищенность системы, так как помехи со случайной фазой в противоположность полезному сигналу детекти. руются неполностью. Синхронное детектирование часто используют, когда известна лишь амплитуда сигнала, а скорость обработки или передачи сигналов невысока.
Представляет интерес вопрос о том, как изменяется отношение )т сигнал/помеха (или сигнал/шум) на выходе того или иного детектора по сравнению с отношением р на его входе. Так, для амплитудного детектирования при некогерентных сигналах отношение сигнал/шум на выходе квадратичною детектора)т = рэ /(1+2тт,„). При больших р в случае линейного детектирования значение р может быть в -~1+ лтв/2 раз больше, чем при квадратичном детектировании (24). При частотном или фазовом детектировании обычно используется избирательная линейная система, преобразующая частотную или фазовую модуляцию в амплитудную.
При частотной демодуляции для устранения паразитной амплитудной модуляции в электронном тракте применяют амплитудные ограничители, а аатем — частотный дискриминатор, создающий на своем выходе напряжение, мгновенное значение которого пропорционально входному мгновенному значению частоты. В качестве такого дискриминатора можно использовать избирательный усилитель с большой и желательно постоянной крутизной амплитудно-частотной характеристики в диапазоне изменения частоты модуляции. В качестве примера фазовоео детеклтора, используемого в ряде ОЭП и создающего на своем выходе напряжение, пропорциональное сдвигу фаз между двумя сигналами, рассмотрим схему и диаграмму напряжений, показанные на рис. 9.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
