С момента изобретения радио Поповым прошло некоторое время, когда люди захотели вместо телеграфных сигналов, состоящих из коротких и длинных сигналов, передавать речь и музыку. Так была изобретена радиотелефонная связь. Рассмотрим основные принципы работы такой связи. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы. Казалось бы, если эти колебания усилить и подать в антенну, то можно будет передавать на расстояние речь и музыку с помощьюэлектромагнитных волн. Однако в действительности такой способ передачи неосуществим. Дело в том, что колебания новой частоты представляют собой сравнительно медленные колебания, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты почти совсем не излучаются. Для преодоления этого препятствия были разработаны модуляция и детектирование , рассмотрим их подробней.

Модуляция

Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной. Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор, например генератор на транзисторе. Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют, или как говорят, модулируют, с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией. Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать, работает станция или молчит. Без модуляции нет ни телеграфной, ни телефонной, ни телевизионной передачи. Амплитудная модуляция высокочастотных колебаний достигается специальным воздействием на генератор незатухающих колебаний.

В частности, модуляцию можно осуществить, изменяя на колебательном контуре напряжение, создаваемое источником. Чем больше напряжение на контуре генератора, тем больше энергии поступает за период от источника в контур. Это приводит к увеличению амплитуды колебаний в контуре. При уменьшении напряжения энергия, поступающая в контур, также уменьшается. Поэтому уменьшается и амплитуда колебаний в контуре. В самом простом устройстве для осуществленияамплитудной модуляции включают последовательно с источником постоянного напряжения дополнительный источник переменного напряжения низкой частоты.

Этим источником может быть, например, вторичная обмотка трансформатора, если по его первичной обмотке протекает ток звуковой частоты. В результате амплитуда колебаний в колебательном контуре генератора будет изменяться в такт с изменениями напряжения на транзисторе. Это и означает, что высокочастотные колебания модулируются по амплитуде низкочастотным сигналом. Кромеамплитудной модуляции , в некоторых случаях применяют частотную модуляцию - изменение частоты колебаний в соответствии с управляющим сигналом. Ее преимуществом является большая устойчивость по отношению к помехам.

Детектирование

В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием . Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук. Принятый приемником модулированный высокочастотный сигнал даже после усиления не способен непосредственно вызвать колебания мембраны телефона или рупора громкоговорителя со звуковой частотой. Он может вызвать только высокочастотные колебания, не воспринимаемые нашим ухом. Поэтому в приемнике необходимо сначала из высокочастотных модулированных колебаний выделить сигнал звуковой частоты. Термин детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью - детектор. Таким элементом может быть электронная лампа (вакуумный диод) или полупроводниковый диод.

Рассмотрим работу полупроводникового детектора. Пусть этот прибор включен в цепь последовательно с источником модулированных колебаний и нагрузкой. Ток в цепи будет течь преимущественно в одном направлении. В цепи будет течь пульсирующий ток. Этот пульсирующий ток сглаживается с помощью фильтра. Простейший фильтр представляет собой конденсатор, присоединенный к нагрузке. Фильтр работает так. В те моменты времени, когда диод пропускает ток, часть его проходит через нагрузку, а другая часть ответвляется в конденсатор, заряжая его. Разветвление тока уменьшает пульсации тока, проходящего через нагрузку. За­то в промежутке между импульсами, когда диод заперт, конденсатор частично разряжается через нагрузку. Поэтому в интервале между импульсами ток через нагрузку течет в ту же сторону. Каждый новый импульс подзаряжает конденсатор. В результате этого через нагрузку течет ток звуковой частоты, форма колебаний которого почти точно воспроизводит форму низкочастотного сигнала на передающей станции.

Детектирование (демодуляция) – нелинейный процесс, в результате которого из модулированного высокочастотного сигнала выделяется низкочастотный сигнал сообщения. Детектирование - это радиотехнический процесс обратный модуляции и поэтому его часто называют демодуляцией.

7.4.1. Детектирование амплитудно-модулированных сигналов .

Амплитудный детектор (АД). Процесс детектирования рассмотрим для случая АМ-сигнала с однотональной модуляцией:

После детектирования мы должны получить низкочастотный сигнал сообщения Поскольку в спектре высокочастотного модулированного сигналане содержится низкочастотная составляющая с частотой, то возникает необходимость в изменении спектра высокочастотного модулированного сигнала с последующим выделением низкочастотной составляющей сигнала сообщения. Этим определяется структурная схема АД (рис. 7.7а), в которой нелинейный элемент, преобразует спектр АМ- сигнала, а с помощью фильтра низких частот (ФНЧ) из преобразованного спектра выделяется низкочастотный сигнал сообщения.

где – несущая частота;– верхняя частота спектра низкочастотного сигнала сообщения.

Рис. 7.7. Схемы детекторов амплитудно-модулированных сигналов

а) структурная схема;

б) схема диодного амплитудного детектора

Квадратичное детектирование. При подаче на вход детектора амплитудно-модулированного сигнала с малой амплитудой (0,3 В) вольт-амперная характеристика диода достаточно точно аппроксимируется полиномом второй степени:

Пусть на вход амплитудного детектора поступает сигнал вида

Подставив (7.27) в (7.26), получим

Из этого выражения видно, что вследствие нелинейности ВАХ диод изменил спектр выходного тока. На выходе диода ток содержит постоянную составляющую, низкочастотную составляющую и две высокочастотные составляющие с частотами и. ФНЧ отфильтрует высокочастотные составляющие. Разделительный конденсаторне пропускает на выход детектора постоянное напряжение, возникающее на резистореR за счет протекания постоянной составляющей тока. Низкочастотная составляющая тока, которая несет информацию,

протекая через резистор R , образует выходное напряжение детектора, пропорциональное квадрату амплитуды входного сигнала

Поэтому такое детектирование называется квадратичным.

В случае модуляции однотональным низкочастотным сигналом получим

Как видно из (7.31), при квадратичном детектировании выходное напряжение кроме полезного сигнала с частотой содержит составляющую с удвоенной частотой 2, которая порождает нелинейные искажения передаваемого сигнала. Поэтому квадратичное детектирование используется, например, для детектирования радиоимпульсов прямоугольной формы. Ввиду больших нелинейных искажений, квадратичное детектирование не применяется в радиовещании.

Линейное детектирование. При подаче на вход детектора сигнала с большой амплитудой (= 0,5…1,0 В) работу линейного детектора обычно рассматривают, считая диод идеальным, а его вольт-амперную характеристику аппроксимируют кусочно-линейной зависимостью

Как видно из рис. 7.8 ток через диод протекает только часть периода, т.е. диод работает в режиме отсечки с углом отсечки <90 0 . В спектре импульсов тока содержится низкочастотная (нулевая) составляющая, основная гармоника с частотой и бесконечное количество гармоник с частотами кратными(см. ряд Фурье). В соответствии с неравенством (7.25), из всего спектраRC -фильтр низких частот выделит составляющую с n =0, которая изменяется по закону низкочастотного информационного сигнала,

Низкочастотный ток, протекая через резистор R , образует напряжение

где – коэффициент нулевой гармоники.

В стационарном режиме на диоде действует напряжение . Угол отсечки определяется из условия:а отсюда

Детектирование колебаний

Детектированием (демодуляцией) называют процесс преобразования модулированного высокочастотного сигнала в колебание, форма которого воспроизводит низкочастотный модулирующий сигнал. Детекторы (демодуляторы) выполняют функцию, обратную функции, осуществляемой модуляторами, и делятся на амплитудные, частотные, фазовые, импульсные, цифровые и т. д.

Амплитудные детекторы На вход детектора АМ-сигнала (АМ-детектора) подают высокочастотное модулированное колебание

Выходное же напряжение АМ-детектора должно быть низкочастотным пропорциональным передаваемому сигналу.

Схема последовательного диодного детектора , у которого диод V D включен последовательно с низкочастотным R Н С Н -фильтром.

Рис. 15. Последовательный диодный детектор:

а - схема; б - диаграммы напряжений

Пусть на вход диодного детектора поступает однотональный АМ-сигнал

Ток через диод протекает в моменты времени, когда амплитуда входного напряжения u ВХ превышает напряжение на конденсаторе С Н (а значит, и на выходе детектора u ВЫХ). Конденсатор С Н заряжается через малое сопротивление открытого диода намного быстрее, чем разряжается на высокоомное сопротивление нагрузки R H .

Частотный детектор. При детектировании радиосигналов с угловой модуляцией их предварительно преобразуют в колебания с неглубокой амплитудной модуляцией и затем детектируют амплитудным детектором. Такое преобразование необходимо потому, что нелинейные элементы реагируют на изменения только амплитуды, а не частоты и фазы колебаний. Для выделения передаваемого сигнала из частотно-модулированного колебания применяют частотные детекторы. Преобразование частотной или фазовой модуляции в амплитудную осуществляют с помощью линейных цепей, в частности резонансного контура, амплитуда напряжения на котором зависит от частоты входных колебаний. Положим, что контур настроен на частоту ω Р и на него подают однотональный ЧМ-сигнал с постоянной амплитудой и меняющейся по гармоническому закону частотой

(здесь ω 0 - частота несущего; ω Д - девиация частоты). Поскольку модуль полного сопротивления контура зависит от частоты, то амплитуда напряжения на нем будет изменяться во времени при отклонениях частоты ЧМ-сигнала от несущей ω 0 . Амплитуда ЧМ-колебания на выходе резонансного контура изменяется во времени пропорционально гармоническому модулирующему сигналу, т. е. ЧМ-сигнал преобразуется в напряжение, модулированное еще и по амплитуде. Затем такое, достаточно сложное по структуре АМ-ЧМ-колебание, детектируется амплитудным детектором. Недостаток этого метода детектирования - ограниченный линейный участок на скате резонансной кривой контура.

(от лат. detectio - открытие, обнаружение)

преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток. Наиболее распространённый случай Д. - демодуляция - состоит в выделении низкочастотного модулирующего сигнала из модулированных высокочастотных колебаний (см. Модуляция колебаний). Д. применяется в радиоприёмных устройствах для выделения колебаний звуковой частоты, в телевидении - сигналов изображения и т.д.

Модулированное по амплитуде колебание представляет собой в простейшем случае совокупность трёх высоких частот ω, ω + Ω и ω - Ω, где ω - высокая несущая частота, Ω - низкая частота модуляции. Т. к. сигнала частоты Ω нет в модулированном колебании, то Д. обязательно связано с преобразованием частоты. Электрические колебания подводятся к устройству (детектору), которое проводит ток только в одном направлении. При этом колебания превратятся в ряд импульсов тока одного знака. Если амплитуда детектируемых колебаний постоянна, то на выходе детектора импульсы тока имеют постоянную высоту (рис. 1 ). Если амплитуда колебаний на входе детектора изменяется, то высота импульсов тока становится различной. Огибающая импульсов при этом повторяет закон изменения амплитуды подводимых к детектору модулированных колебаний (рис. 2 ). Если колебания выпрямляются лишь частично, т. е. ток через детектор течёт в обоих направлениях, но электропроводность детектора различна, то Д. также происходит. Т. о., для Д. можно использовать любое устройство с различной электропроводностью в различных направлениях, например Диод. Спектр частот тока, прошедшего через диод, значительно богаче спектра исходного модулированного колебания. Он содержит постоянную составляющую, колебание частоты Ω, а также составляющие с частотами ω, 2ω, Зω и т.д. Для выделения сигнала частоты Ω ток диода пропускается через линейный фильтр, обладающий высоким сопротивлением на частоте Ω и малым сопротивлением на частотах ω, 2ω и т.д. Простейший фильтр состоит из сопротивления R и ёмкости С , величина которых определяется условиями ωRC >> 1 и ΩRC

Рассмотренный выше детектор с кусочно-линейной зависимостью тока от напряжения (рис. 3 , б), называется линейным, воспроизводит практически без искажений колебание низкой частоты Ω, которым модулировался входной сигнал (рис. 3 , в). Значительно бо́льшие искажения получаются при квадратичном Д., когда зависимость между током I и напряжением V выражается квадратичным законом: I = I 0 + AV + BV 2 . Модулированный по амплитуде сигнал (рис. 3 , а), поданный на квадратичный детектор, вызовет ток через детектор, в спектре которого содержатся частоты: Ω, 2Ω, ω - Ω, ω, ω + Ω, 2ω - Ω, 2ω + Ω и т.д. Линейный фильтр легко отсеивает все частоты, начиная с третьей, однако колебание частоты 2Ω ослабляется фильтром слабо и является искажающей сигнал Ω «помехой». Избавиться от неё можно лишь при малой глубине модуляции, т.к. амплитуда тока частоты 2Ω пропорциональна квадрату глубины модуляции входного сигнала.

Один и тот же диод может работать и как квадратичный, и как линейный детектор в зависимости от величины поступающего на него сигнала. Для малого сигнала характеристика диода квадратична, для большого же сигнала характеристику можно считать «кусочно-линейной». Т. о., для Д. с малыми искажениями желательно подавать на детектор достаточно большой сигнал.

Для Д. используется нелинейность зависимости тока от напряжения в вакуумных и полупроводниковых диодах (См. Полупроводниковый диод) (диодное Д.), нелинейность характеристики участка сетка-катод вакуумного Триода (сеточное Д.), нелинейность зависимости анодного тока триода от напряжения на его сетке (анодное Д.). Сам процесс Д. во всех случаях сводится к диодному Д., только при сеточном и анодном Д. он сопровождается усилением сигналов в триоде. Д. возможно и в оптическом диапазоне, где оно осуществляется с помощью фотоприёмников (фотоэлементов, фотоумножителей, фотодиодов и т.д.) или нелинейных кристаллов (см. Нелинейная оптика).

Лит.: Стрелков С. П., Введение в теорию колебаний, 2 изд., М., 1964; Сифоров В. И., Радиоприёмные устройства, 5 изд., М., 1954, гл. 6; Гуткин Л. С., Преобразование сверхвысоких частот и детектирование, М. - Л., 1953.

В. Н. Парыгин.

Рис. 1. На входе детектора колебания с постоянной амплитудой (а); на выходе детектора импульсы тока I одинаковой высоты (б). Детектор регистрирует постоянную составляющую тока.

• - преобразование электрич. колебаний, в результате к-рого обычно получаются колебания другой частоты...

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• - преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток. Наиболее распространённый случай Д. - демодуляция - состоит в выделении...

  Большая Советская энциклопедия

• - преобразование электрических колебаний, в результате которого обычно получаются колебания другой частоты...

  Большой энциклопедический словарь

• - детекти́рование ср. 1. процесс действия по несов. гл. детектировать 2. Результат такого действия...

  Толковый словарь Ефремовой

• - детект"...

  Русский орфографический словарь

• - детекти́рование рад. выделение колебаний низкой частоты из высокочастотных модулированных колебаний; д. иногда называется демодуляцией...

  Словарь иностранных слов русского языка

• - сущ., кол-во синонимов: 2 видео преобразование...

Детектирование гравитационных волн

Из книги Гравитация [От хрустальных сфер до кротовых нор] автора Петров Александр Николаевич

Детектирование гравитационных волн Я сразу узнаю удачу, едва она появится… Жюльетта Бенцони «Марианна в огненном венке» Из сказанного выше об астрофизических источниках можно сделать вывод, что безразмерные амплитуды гравитационных волн, которые мы имеем шанс

Детектирование

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ДЕ) автора БСЭ

Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены взвук.

Основные принципы радиосвязи представлены в виде блок-схемы на рисунке 7.9.

1. Для чего нужна модуляция колебаний!
2. Что называют детектированием колебаний!

Современные радиотехнические устройства позволяют провести очень наглядные опыты по наблюдению свойств электромагнитных волн. При этом лучше всего пользоваться волнами сантиметрового диапазона. Эти волны излучаются специальным генератором сверхвысокой частоты (СВЧ). Электрические колебания генератора модулируют звуковой частотой. Принятый сигнал после детектирования подается на громкоговоритель.

Электромагнитные волны излучаются рупорной антенной в направлении оси рупора. Приемная антенна в виде такого же рупора улавливает волны, которые распространяются вдоль его оси. Общий вид установки изображен на рисунке 7.17.

Поглощение электромагнитных волн. Располагают рупоры друг против друга и, добившись хорошей слышимости звука в громкоговорителе, помещают между рупорами различные диэлектрические тела. При этом замечают уменьшение громкости.

Отражение электромагнитных волн. Если диэлектрик заменить металлической пластиной, то звук перестанет быть слышимым.

Волны не достигают приемника вследствие отражения. Отражение происходит под углом, равным углу падения, как и в случае световых и механических волн. Чтобы убедиться в этом, рупоры располагают под одинаковыми углами к большому металлическому листу (рис. 7.18). Звук исчезнет, если убрать лист или повернуть его.

Преломление электромагнитных волн. Электромагнитные волны изменяют свое направление (преломляются) на границе диэлектрика. Это можно обнаружить с помощью большой треугольной призмы из парафина. Рупоры располагают под углом друг к другу, как и при демонстрации отражения.Металлический лист заменяют затем призмой (рис. 7.19). Убирая призму или поворачивая ее, наблюдают исчезновение звука.

Понеречность электромагнитных волн. Электромагнитные волны являются поперечными. Это означает, что векторы и электромагнитного поля волны перпендикулярны направлению ее распространения. При этом векторы и взаимно перепендикулярны. Волны с определенным направлением колебаний этих векторов называются поляризованными. На рисунке 7.1 изображена такая поляризованная волна.

Приемный рупор с детектором принимает только поляризованную в определенном направлении волну. Это можно обнаружить, повернув передающий или приемный рупор на 90°. Звук при этом исчезает.

Поляризацию наблюдают, помещая между генератором 11 приемником решетку из параллельных металлических стержней (рис. 7.20). Решетку располагают так, чтобы стержни были горизонтальными или вертикальными. При одном из этих положений, когда электрический вектор параллелен стержням, в них возбуждаются токи, в результате чего решетка отражает волны, подобно сплошной металлической пластине. Когда же вектор перпендикулярен стержням, токи в них не возбуждаются и электромагнитная волна проходит через решетку.