– по-перше, якщо
значно більше розрахункової, то невеликі викривлення переростають у двостороннє обмеження вихідного коливання з характерними провалами (рис. 2.15а);
– по-друге, якщо частота несучого коливання відрізняється від номінальної, тобто
, то може з’явитися одностороннє обмеження. Крім того, не модульоване коливання буде викликати постійну напругу на виході (рис. 2.15б).
При сильному відхиленні
та невеликій девіації може виникнути помилкове настроювання, при якому вихідна напруга за формою не викривлена (рис. 2.15б). Для помилкового настроювання характерна наявність постійної складової і зміна фази змінної напруги на виході. Якщо
, то на вході з’являється викривлене коливання з подвійною частотою (рис. 2.15г).
Рисунок 2.15 – Характеристики частотних детекторів
Частотні детектори проектують так, щоб по можливості виключити сильні викривлення. Зазвичай, робочий (лінійний) інтервал характеристики частотного детектора вибирають приблизно рівним смузі пропускання підсилювача проміжної частоти.
Частотні детектори, призначені для систем авто підбору частоти, при
вибирають сигнал
, які використовуються для керування частотою гармонічних коливань в генераторах. В цьому випадку не потрібно, щоб детекторна характеристика була лінійною, але потрібна можливо більша крутизна на початку координат. Дослід на максимум
при σ = 0 показує, що оптимальним є значення
.
Розглянуті вище викривлення можуть виникати при постійній амплітуді вхідного коливання. Якщо ж, по яким би то причинам (наприклад, при дії перешкод або завмиранні сигналу) амплітуда вхідного коливання змінюється, то ці зміни в результаті амплітудного детектування будуть відновлені на виході частотного детектора у вигляді викривлень корисного сигналу.
Розглянуті вище викривлення можуть виникати при постійній амплітуді вхідного коливання. Якщо ж, по яким би то причинам (наприклад, при дії перешкод або завмиранні сигналу) амплітуда вхідного коливання змінюється, то ці зміни в результаті амплітудного детектування будуть відновлені на виході частотного детектора у вигляді викривлень корисного сигналу. Для того, щоб виключити такі викривлення створюють обмеження амплітуди детекторного коливання, тобто фіксують її величину на деякому постійному рівні. Це робиться в спеціальному обмежувачі, або в підсилювальному каскаді.
2.2 Використання частотних демодуляторів у техніці зв’язку
Тракт прийому сигналу ЧМ в радіоапаратурі
Частотна модуляція (ЧМ) знаходить широке застосування у радіо і радіорелейному зв’язку, це пояснюється наявністю переваг ЧМ в порівнянні з АМ. Застосування ЧМ дозволяє значно покращити використання потужності передавача, збільшити завадостійкість прийому сигналів, підвищити якісні показники приймача (динамічний діапазон, лінійність та ін.). найбільш повно ці переваги реалізуються при великих індексах частотної модуляції, що приводить до широкої смуги частот, які випромінює передавач. Внаслідок цього радіотелефонний зв’язок з ЧМ використовується на ультракоротких хвилях (метрових) тобто, де можливо реалізувати широкосмугові канали зв’язку.
При використанні ЧМ з’являється можливість здійснити багатоканальний зв’язок з високою завадостійкістю і ефективністю. З цією метою передавач радіолінії модулюється складним груповим сигналом, отриманим в підсумку модуляції ряду під несучих частот первинними модулюючими сигналами від відповідних джерел повідомлень. Таким чином здійснюється подвійна модуляція передавача. В якості первинної модуляції можна використовувати односмугову та частотну модуляцію, але частіше усього для звуження випромінюваного спектру використовується односмугова модуляція. Багатоканальний радіозв’язок з ЧМ знаходить широке використання при необхідності передачі дуже великого числа каналів. В цьому випадку особливо необхідно використовувати УКХ діапазон, так як у ньому відсутні вибіркові завмирання сигналів.
Приймачі одноканальних та багатоканальних передач з ЧМ мають багато спільного в побудові радіотракту.
Одноканальний, багатоканальний прийом мають ряд ідентичних блоків – загальний радіотракт, амплітудний обмежувач і частотний детектор.
Загальний радіотракт призначений забезпечувати необхідне підсилення і вибірковість приймача та рівня сигналу на виході обмежувача. Рівень сигналу на виході обмежувача повинен в декілька разів перевищувати поріг обмежувача. Для прийому ЧМ сигналів використовують в основному супергетеродинні приймачі, внаслідок цього радіотракт повинен забезпечувати подавлення побічних каналів прийому, вибірковість по сусідніх каналах прийому, багато-сигнальну вибірковість. Особливістю радіотракту приймача ЧМ сигналів є широка смуга пропускання і жорсткі вимоги до фазових характеристик. Враховуючи необхідність широкої смуги пропускання загального підсилення, а також неможливість забезпечити високий коефіцієнт підсилення в кожному каскаді (високі частоти ускладнюють радіотракт в порівнянні з приймачами АМ сигналів). Радіотракти одноканального та багатоканального приймачів відрізняються тільки величиною смуги пропускання і вимогами до фазових і частотних характеристик.
Амплітудний обмежувач призначений для усунення паразитної амплітудної модуляції сигналу. Можливість усунення паразитної амплітудної модуляції, яка виникає головним чином під дією перешкод, є однією з причин високої завадостійкості приймача ЧМ сигналів. Ефективність обмеження оцінюється коефіцієнтом обмеження, який показує у скільки разів глибина паразитної амплітудної модуляції сигналу на виході обмежувача менша, ніж на його вході.
Частотний детектор перетворює високочастотну модульовану по частоті напругу в напругу низької частоти, що відтворює закон модуляції. Таку ж задачу вирішує частотний детектор і в багатоканальному прийомі, однак в даному випадку на його виході отримують груповий сигнал, який потребує додаткової обробки раніше, ніж отримають вихідний низькочастотний сигнал. Схеми частотних детекторів і вимог до їх характеристик в залежності від параметрів радіосигналів і допустимих викривлень розглядаються в загальних радіотехнічних курсах. Можна відмітити, що при використанні дрібного детектора або детектора відхилення можна відмовитися від обмеження, так як такий детектор реагує на зміни амплітуди.
Після частотного детектора структурні схеми одноканальних та багатоканальних приймачів істотно відрізняються. В одноканальному приймачі за детектором слідує тракт підсилення коливань низької частоти. Цей тракт повинен мати смугу пропускання та інші характеристики такими, щоб забезпечувалися необхідні підсилення при мінімальних викривленнях сигналу. Вихідний рівень повинен забезпечувати нормальну роботу кінцевого пристрою. В багатоканальному приймачі після детектора зазвичай є груповий підсилювач, блок розподілу каналів по частоті, демодулятори каналів і канальні підсилювачі низької частоти. Груповий підсилювач призначений для підсилення групового сигналу, який включає в себе всі канали. Схема розподілу каналів забезпечує розфільтрування без взаємних перешкод між каналами.
Задачею демодуляторів є отримання низькочастотних спектрів каналів. В залежності від виду первинної модуляції сигналів демодулятори можуть представляти собою амплітудний детектор (при первинній АМ) і гетеродинний детектор (при односмуговій первинній модуляції). На виході кожного каналу ставиться підсилювач низької частоти, який виконує ті ж самі задачі, що і в одноканальному приймачі.
Загальний радіотракт відрізняється лише своїми параметрами, тому потрібно лише вміло вибрати ці параметри для забезпечення невикривленого прийому сигналів.
3. ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЧАСТОТНИХ ДЕМОДУЛЯТОРІВ
В попередніх питаннях проведено детальний опис сигналу ЧМ та демодуляторів цього сигналу. Ширину спектру частотно-модульованого сигналу можна визначити за допомогою формули Манаєва [2]:
,(3.1)більш точніше визначається за наступною формулою:
,(3.2)де
– максимально можлива частота напруги, що модулює; 
– індекс частотної модуляції.При девіації частоти 5 кГц та максимальній частоті первинного сигналу 3,4кГц ширина спектру сигналу ЧМ становить
.Виграш від застосування методів частотної модуляції пропорційний квадрату індексу
частотної модуляції. Але зі збільшенням індексу частотної модуляції зростає ширина спектру модульованих сигналів. Отже, підвищення завадостійкості в системах з частотною модуляцією досягається завдяки розширенню їхнього спектру і збільшення, відповідно, смуги частот, яку займає канал зв’язку з розглянутим видом модуляції.