Балансные дискриминаторы с управляемой характеристикой Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Системы телекоммуникации, устройства передачи, приема и обработки сигналов

УДК:621.376

В. С. Плаксиенко, П. А. Бондарь

Таганрогский технологический институт Южного федерального университета

| Балансные дискриминаторы с управляемой характеристикой

Рассмотрен один из методов увеличения помехоустойчивости балансных частотных и фазовых дискриминаторов. Суть метода заключается в использовании обратных связей. Применение метода позволяет повысить отношение "сигнал/шум " на выходе системы.

Дискриминатор, балансный дискриминатор, обратные связи, помехоустойчивость, дискриминатор с управляемой характеристикой, дискриминационная характеристика

Известно [1], [2], что частотные и фазовые балансные дискриминаторы обладают рядом преимуществ с точки зрения линейности операции демодуляции, чистоты спектра формируемого на выходе сигнала и помехоустойчивости. Частотные и фазовые дискриминаторы могут быть построены по схеме, в которой после преобразователя "частота-амплитуда" или "фаза-амплитуда" следуют два амплитудных детектора и вычитающее устройство, являющееся выходом дискриминатора. В работах [1], [3] показано, что построение балансных дискриминаторов по схеме с обратными связями позволяет повысить отношение "сигнал/шум" на выходе и реализовать регулировку крутизны среднего участка дискриминационной характеристики.

В настоящей статье приведены результаты моделирования и исследования статических и статистических характеристик дискриминаторов с обратными связями (ДОС). На рис. 1 представлена функциональная схема частотного дискриминатора с обратными связями, где обозначены: Ф1, Ф2 - фильтры; ВУ1-ВУ3 - вычитающие устройства; Огр. 1-Огр. 2 - ограничители минимума; РУ1-РУ3 - регулируемые усилители; ФНЧ1-ФНЧ2 - фильтры нижних

частот; Цупр - напряжение, устанавливающее величину коэффициента передачи РУ К.

Вычитающие устройства и ограничители совместно реализуют передаточную функцию, представленную на рис. 2.

Модули между Ф1, Ф2 и ВУЗ в соответствии с принятыми на рис. 1 и 2 обозначениями реализуют алгоритм вида [ 1]

и(1)-

и м 1 -

и (1)-и м2 -

им1 - К^; им1 - К^ > 0; 0; им1 - Ким2 < 0;

им2 - Ким?; им2 - *2^1 > 0;

^0; им2 - К2им1 < 0,

где К1 - К2 - К - коэффициенты передачи регулируемых усилителей РУ1 и РУ2 (коэффициенты взаимных обратных связей).

Крутизна среднего участка дискриминационной характеристики определяется как

£(1) - ЩЙх (х)/А - [V(1 - К)] |^и1 (х)/с1х - ёи2 (х- S|(1 - К),

где К - коэффициент взаимных обратных связей типовой схемы балансного дискриминатора; £ - его крутизна. При К < 1 крутизна среднего участка увеличивается относительно £ [1], [3], а при К - 1 - становится релейной.

При достаточно обстоятельном анализе статических характеристик в литературе мало информации об особенностях технической реализации ДОС и об их статистических характеристиках.

Авторами статьи разработаны методики математического моделирования и исследования дискриминационных характеристик частотных и фазовых балансных дискриминаторов, в том числе при воздействии помех, в среде моделирования Мюшсар. При исследовании частотных дискриминаторов с помощью временного анализа значениям времени на оси абсцисс сопоставляются значения частот в соответствии с задаваемой на входе девиацией частоты сформированного линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала. При исследовании фазовых дискриминаторов нулевому временному отсчету сопоставлена нулевая фаза, середине графика - фаза 180°, переходам через нулевой уровень - фазы 90 и 270°, конечному временному отсчету - фаза 360°.

На рис. 3 приведены дискриминационные характеристики частотного ДОС и - и(f) (и - мгновенное значение напряжения на выходе дискриминатора): статические, полученные при воздействии только сигнала (монотонные зависимости), и статистические, полученные при воздействии смеси сигнала и шума на входе дискриминатора (зависимости с флуктуационной составляющей, обусловленной шумами). Средняя частота сигнала 465 кГц, девиация частоты 15 кГц.

Характеристики иллюстрируют основные свойства ДОС: влияние увеличения коэффициента обратных связей К от 0 до 0.5 на повышение крутизны и увеличение максимумов дискриминационных характеристик, а также снижение этих параметров при воздействии шумов.

U, В

U, В

- 0.5 -

0.5 -¡г

0

K = 0,5

- 3 Рис. 3

- 1

Рис. 4

Функциональная схема фазового ДОС отличается от схемы частотного ДОС, представленной на рис. 1, заменой фильтров Ф1 и Ф2 сумматорами С1 и С2 соответственно. В схеме векторомерного фазового ДОС сигнал подается на первые входы сумматоров С1 и С2, а на их вторые входы подаются опорные колебания с фазами 0 и 180° соответственно. С выходов сумматоров сигналы подаются на ВУ1 и ВУ2.

На рис. 4 приведены статические и статистические характеристики фазового ДОС, полученные математическим моделированием в среде Мюгосар на средней частоте сигнала 465 кГц для обычного фазового дискриминатора (K = 0) и фазового ДОС (K = 1). Анализ рис. 4 показывает, что применение взаимных обратных связей позволяет повысить крутизну и увеличить максимумы дискриминационных характеристик.

Полученные результаты моделирования качественно подтверждают возможности улучшения статистических характеристик ДОС при изменении K, т. е. повышение соотношения "сигнал/шум", однако выполнить точные метрологические исследования в среде Microcap весьма затруднительно.

В дальнейшем следует исследовать влияние степени взаимной корреляции процессов в каналах ДОС на форму статистических характеристик дискриминаторов.

1. Плаксиенко В. С. Уровневая статистическая обработка дискретных сигналов. М.: УМИЦ "Учеб. лит-ра",

2. Цифровые радиоприемные устройства: справ. / под ред. М. И. Жодзишского. М.: Радио и связь, 1990.

3. Радиоприемные устройства. 2-е изд. / Н. Н. Буга, В. С. Плаксиенко, Н. Н. Фомин и др.; под ред. Н. Н. Фомина. М.: Радио и связь, 2003. 520 с.

V. S. Plaksienko, P. A. Bondar

Taganrog technological institute of south federal university

Balancing discriminators with the controlled characteristic

One way of a noise stability increase of balancing frequency and phase discriminators is considered. The essence of a method consists at feedback using. Application of a method allows to increase a "signal/noise " ratio on an system output.

Discriminator, balancing discriminator, feedback, noise stability, discriminator with the controlling characteristic, discrimination characteristic

Статья поступила в редакцию 31 марта 2009 г.

Список литературы

2006. 274 с.

208 с.