Синхронне детектування сигналів в чому схоже з використанням приймача односмугових сигналів (SSB) для прийому сигналів з амплітудною модуляцією (AM). У цьому випадку приймач налаштовують на частоту нульових биття несучої частоти прийнятої АМ-радіостанції. При цьому усуваються спотворення, викликані завмиранням сигналу несучої частоти, так як сама несуча утворюється (відновлюється) в приймачі. Відмінність синхронного детектування АМ-сигналу від нормального детектування однополосного сигналу полягає в тому, що синхронний детектор “захоплює” фазу несучої частоти одержуваного сигналу. При цьому усувається помилка настройки. У результаті виходить ефективне збільшення якості детектування в порівнянні із звичайним доданими детектором AM.

Синхронний детектор

На рис. 1 приведена принципова електрична схема синхронного детектора, для настройки якого потрібно всього лише цифровий мультиметр. У схемі використовуються популярні мікросхеми NE602AN (змішувач / генератор) і NE604AN (ЧС-тракт). Дані ІМС необхідні для отримання як синхронного, так і квазісінхронного детектування. (Слід зазначити, що в якості DA1 і DA2 непогано працюють ІМС NE602N, SA602N, SA602AN; аналогічно замість ІМС DA3 типу NE604AN можна використовувати NE604N, SA604N, SA604AN). При використанні напруги живлення +6 В схема споживає струм близько 10 мА. ІМС DA2 використовується в якості генератора опорної частоти і детектора, необхідних для синхронного детектування. Застосування балансних входів ІМС дозволяє значно послабити проходження сигналу опорного генератора під вхідний ланцюг і, відповідно, на вхід обмежувача DA3. Для використання переваг ланцюга внутрішнього зміщення ІМС DA1, DA2 трансформатор Т1 підключений до входів даних ІМС через розділові конденсатори С6, С7, С9, С11. У ІМС DA2 також є симетричний вихід низької частоти, але практичніше використовувати звичайний (несиметричний) вихід. У цьому випадку потрібно застосування додаткового каскаду на операційному підсилювачі. При використанні балансного виходу зменшується рівень чотирьох гармонік в звуковому сигналі, проте даний варіант невиправдано збільшує складність всієї конструкції.

Амплітуда опорного генератора на DA2 становить близько 660 мВ (напруга від піку до піку, виміряний на виводах котушки L1) і виставляється підбором опору резистора R2. Частота генерації опорного генератора визначається кількістю витків котушки L1, а також варикап налаштування VD1 і VD2. На ІМС DA1 надходить керуюче напруга через контакти перемикача SA2 – Режим ОГ, яким вибирається джерело керуючої напруги. Є два режими роботи: перший, коли керуюча напруга надходить з фазового детектора DA3 (режим синхронного детектування), і другий, коли керуюче напруга є постійним і знімається з резистивного дільника R22, R23 (режим прийому CW, SSB або режим настройки).

Постійна напруга в разі використання другого режиму (виставляється ставленням опорів резисторів R22 і R23) відповідає оптимальному вихідній напрузі з фазового детектора. Резистор R16 – Настройка ОГобеспечівает ручну настройку детектора без втрати значення встановленого раніше керуючої напруги. Перемикач SA1 визначає вид бічної смуги. Попередньо необхідно встановити движок резистора R2 в положення оптимальної настройки: для нижньої бічної смуги (LSB) -2 кГц; двох бічних смуг (DSB) або амплітудної модуляції ± 0 кГц; для верхньої бічної смуги (USB) +2 КГц (наведені значення расстройки справедливі при застосуванні синхронного детектора в приймачі, в якому бічні смуги на ПЧ вже інвертовані щодо прийнятого ВЧ-сигналу). Резистор R16 “Налаштування ОГ ‘забезпечує точне налаштування детектора в разі використання схеми в приймачі з дискретною перебудовою по частоті (наприклад, з кроком 1 кГц). Для нормальної роботи фазового детектора DA3 необхідний зсув фаз між вхідним і опорним сигналами, рівний 90 °. У цьому випадку на виході буде присутній “правильне” напруга з нульовою фазою (воно складає близько 2,16 В). Буферний каскад на транзисторі ѴТ1 являє собою регульований фазовращатель, необхідний для отримання фазового зсуву 90 °.

ІМС DA3 NE604N містить підсилювач-обмежувач (наскрізний коефіцієнт посилення становить близько 101 дБ) і квадратура детектор. Для корекції смуги пропускання можна використовувати різні RC-ланцюжка і LC-фільтри, що включаються між каскадами обмежувача. Однак практичні експерименти з різними коригуючими ланцюгами не привели до гарних результатів – збільшився час затримки проходження сигналу, внаслідок чого змінилося необхідну фазовий відношення між бічною смугою і несучою частотою. На рис. 1 квадратура детектор ІМС DA3 використовується в якості фазового детектора, що формує керуюче напруга для ІМС DA1.

Найбільш важким аспектом ланцюзі синхронізації фази є вибір постійної часу в петлі фазової підстроювання. Завмирання сигналу, що приймається, присутність або відсутність фазової модуляції – Все це робить істотний вплив на вибір параметрів у петлі фазової підстроювання. Зміна амплітуди вхідного сигналу (завмирання) не є суттєвою проблемою. У цьому випадку для якісного прийому бічних смуг АМ-сигналу досить вибрати маленьку постійну часу в петлі ФАПЧ.

Рис. 1. Схема приладу

У разі прийому однієї бокової смуги АМ-сигналу з неподавленной несучою частотою (включає фазову складову всіх модуляційних частот), а також двох бічних смуг АМ сигналу з глибоким федінгом (на час якого ФАПЧ з маленькою постійної часу може при миттєвих флуктуаціях фази виходити з режиму захоплення) необхідна велика постійна часу. Для SSB-сигналу з неподавленной несучої смугу пропускання в петлі ФАПЧ слід обмежити до значення найнижчої модуляційної частоти. На рис. 1 постійна часу в петлі ФАПЧ установлюється елементами R18 і C28.

Рис. 2. Конструкція і розташування елементів детектора

З виведення 5 ІМС DA3 знімається напруга, пропорційне логарифму від вхідного рівня. Напруга шумів становить 1,1 В (при замиканні на загальний провід входу). При напрузі вхідного сигналу близько 3 мВ напруга на виводі 5 DA3 складає 3,3 В. Даний вихід ІМС DA3 можна використовувати у складі системи автоматичного регулювання посилення по проміжній частоті. Так як ІМС NE604AN має великий коефіцієнт підсилення, то для отримання малого рівня шуму та наводок необхідно використовувати малогабаритні навісні елементи з найменшою довжиною висновків. Слід також забезпечити ефективну розв’язку ланцюгів ІМС DA3 від опорного генератора DA2.

HMCDA1 NE602AN працює в якості квазісінхронного детектора. Сигнал опорної частоти у вигляді меандру надходить на DA1 з виведення 9 ІМС DA3. Можна помітити, що DA1 працює аналогічно DA2, за винятком того, що в якості опорного сигналу на вивід 6 DA1 подається сигнал прямокутної форми, отриманий обмеженням вхідного сигналу, а не з Гуна, як в ІМС DA2.

Конструкція

При конструктивному виконанні детектора слід використовувати якомога більшу площу земляний шини. При цьому заземлюються висновки ІМС припаюються безпосередньо до землі, з мінімальною довжиною з’єднувальних провідників.

На рис. 2 показана конструкція і розташування елементів детектора. Сигнал проміжної частоти (вхідний сигнал) і вихідний сигнал низької частоти подаються за допомогою коаксіальних кабелів малого діаметра.

Буферний каскад УПЧ

В якості буферного каскаду, що з’єднує синхронний детектор з напівпровідниковим приймачем, можна використовувати емітерний повторювач на біполярному транзисторі (рис. 3). У разі використання лампового приймача сигнал проміжної частоти можна знімати з катоді південно повторювача (рис. 4). При відсутності приладів, що дозволяють вимірювати напругу ПЧ, необхідно встановити рівень сигналу на вході детектора, при якому вихідний сигнал низької частоти має неспотворену форму.

Для оцінки роботи детектора можна використовувати вивід 5 ІМС DA3. При підключенні до нього вольгметра необхідно переконатися у відсутності проникнення сигналу опорного генератора у вхідні ланцюг. Для цього закорочувати! на загальний провід вхід детектора і знімають показання вольтметра. Виміряне напруга повинна становити близько 1,1 В. Якщо виміряне значення відрізняється від наведеного вище, то, можливо, через нераціональне монтажу сигнал опорног про генератора потрапляє на вхід DA3. Показання вимірювального приладу не повинні сильно змінитися при підключенні детектора до приймача. Посилення приймача по високій частоті необхідно зменшити до мінімуму, так як в цьому випадку на виході детектора

Рис. 3. Схема емітерний повторювача

Рис. 4. Схема катодного повторювача

буде оптимальне відношення сигнал / шум. При роботі з синхронним детектором приймач повинен працювати в режимі AM (опорний генератор приймача, що включається при роботі в режимі SSB, повинен бути відключений). Якщо в даному режимі роботи напруга на виводі 5 DA3 буде більше 1 В, це може бути наслідком надходження на вхід DA3 сигналу опорного генератора приймача або іншого паразитного сигналу. Детектор не буде працювати, так як петля ФАПЧ не ввійде в режим синхронізації при надходженні на вхід сигналу, відмінного від сигналу проміжної частоти приймача. Каскади обмежувача ІМС NE604 можуть стійко працювати до 21 МГц, зберігаючи коефіцієнт посилення порядку 101 дБ. Рівень вхідного сигналу, при якому нормально працюють каскади обмежувача NE604, складає всього лише 3 мВ (-92 дБм) на 50-омной навантаженні.

Налаштування

Після візуальної перевірки зібраного пристрою в схему детектора подають напруга живлення +6 В. Струм споживання має становити близько 10 мА. При установці перемикача SA3 “Детектор” в положення 2 на НЧ-виході повинен прослуховуватися рівень власних шумів. Потім, налаштувавши приймач на частоту сильної мовної станції (працюючої в діапазоні AM), встановлюють перемикачі SA2 і SA3 в положення 1. При цьому НЧ-сігнап на виході пристрою може мати дуже невеликий рівень. Обертаючи сердечник котушки L1, домагаються максимальної гучності аудіосигналу. Збільшення рівня аудіосигналу свідчить про нормальну роботу опорного генератора. Якщо є можливість, слід заміряти рівень сигналу опорного генератора за допомогою осцилографа. Для цього щуп осцилографа підключають паралельно котушці L1. Амплітуда сигналу повинна складати близько 600 мВ. У разі необхідності її можна коригувати підбором опору резистора R2. Налаштуйте якомога точніше приймач на будь-який сильний сигнал несучої частоти (не-модульований), наприклад сигнал радіомаяка. Обертаючи движок резистора R16 – Настройка ОГ домагаються напруги на ньому 2 В, при цьому перемикач SA1 повинен знаходитися в положенні 2 (Величина расстройки ± 0 кГц). Слід зазначити це положення движка резистора R16, так як від нього буде відраховуватися значення расстройки вище або нижче приймається частоти. Потім, використовуючи діелектричну викрутку, підлаштовують сердечник котушки L1 до отримання нульових биттів на НЧ-виході (перемикач SA2 повинен перебувати в положенні 1). При установці перемикача SA2 в положення 2 повинен відбутися захоплення несучої частоти петлею ФАПЧ. У разі необхідності домагаються максимального придушення несучої частоти за допомогою резистора R12. Далі слід знову встановити перемикач SA2 в положення 1; при цьому частота опорного генератора повинна збігатися із частотою надходить на вхід детектора сигнал (на НЧ-виході повинен “бути присутнім” сигнал нульових биття). На цьому попередня настройка детектора завершена.

Для проведення подальшої налагодження детектора перемикач SA2 установлюють у положення 2. Після захоплення петлею ФАПЧ несучої частоти, домагаються обертанням движка резистора R12 мінімуму низькочастотного шипіння на виході детектора. (У разі відсутності сильного модний-ізольованого сигналу (несучої) в радіоефірі можна використовувати будь-який генератор з високою стабільністю частоти, наприклад PLL-синтезатор, що видає сигнал на частоті настроювання приймача. Інший, менш бажаною альтернативою є використання АМ-сигналу з частотою модуляції 1 кГц. У цьому випадку підстроюванням R12 добиваються на НЧ-виході детектора сигналу з частотою 1 кГц). Із завершенням даного етапу налаштування пристрою фаза сигналу опорного генератора становить 07180 °. При цьому фазовий шум детектора мінімальний. На цій настройка синхронного детектора завершена.

Для перевірки роботи синхронного детектора зробіть наступне: встановіть движок резистора R16 Налаштування ОГ в центральне положення (зазначене при налаштуванні); перемикач SA2 Режим ОГ встановіть в положення 1, a SA1 в будь-яке з трьох положень (за бажанням); налаштуйтеся на АМ-станцію за нульовим биттям несучої частоти (якомога точніше); підстроюванням резистора R16 добийтеся нульових биттів на НЧ-виході пристрою; перемикач SA2 переведіть в положення 2, при якому відбувається захоплення несучої частоти системою ФАПЧ.

Змінюючи положення перемикача SA3 “Детектор”, можна оцінити роботу синхронного детектора в порівнянні з детектором огинаючої. Особливо помітна різниця в прийомі сигналів радіостанцій при несприятливих умовах. Синхронний прийом може давати значний приріст сили сигналу на НЧ-виході в порівнянні з варіантом використання детектора огинаючої.

Належним чином настроєний синхронний детектор має сумарний коефіцієнт нелінійних спотворень менше 1%. Справедливості ради слід зазначити, що квазісінхронний детектор забезпечує аналогічні показники в роботі, однак тільки при подачі на його вхід сигналу без значних коливань його рівня. Проведені виміри також показали важливість ретельної настройки фазовращателя за допомогою R12: при неточною налаштуванні фазовращателя у вихідному НЧ-сигналі зростає рівень інтермодуляціонних складових нижчих порядків на 3 … 12 дБ, а також чутливість детектора до фазового шуму.

   Квазісінхронное детектування

Квазісінхронное детектування в чому схоже на дію детектора огинаючої сигналу (на основі звичайного діода). Кращі результати виходять при його використанні з сигналами, рівень яких помітно не падає, як у випадку прийому SSB-і АМ-станцій в умовах глибокої федінга. При зниженні рівня вхідного сигналу зменшується відношення несуча / шум (н / ш), знижуючи якість детектування. Таким чином, в умовах низького відносини н / ш, квазісінхронное детектування показує значно кращі результати (дуже мале порогове відношення н / ш, при якому забезпечується нормальна робота детектора) в порівнянні з детектором огинаючої на діоді.

За матеріалами ARRL Handbook.

Стаття опублікована в РЛ, № 8,2002 р.