Введение
Устройство, извлекающее информацию из модулированного радиочастотного тока или напряжения.
В радио, детектор – это устройство или схема, извлекающая информацию из модулированного радиочастотного тока или напряжения. Термин восходит к первым трем десятилетиям радио (1888–1918). В отличие от современных радиостанций, передающих звук (аудиосигнал) на непрерывной несущей волне, ранние радиостанции передавали информацию посредством радиотелеграфии. Передатчик включался и выключался для создания длительных или коротких периодов радиоволн, кодируя текстовые сообщения азбукой Морзе. Поэтому ранним радиоприемникам не требовалось демодулировать радиосигнал, а лишь различать наличие или отсутствие сигнала для воспроизведения "точек" и "тире" азбуки Морзе. Устройство, выполнявшее эту функцию в приемной схеме, называлось детектором. В эпоху беспроводной телеграфии использовались различные типы детекторов, такие как когерер, электролитический детектор, магнитный детектор и кристаллический детектор, пока их не вытеснили вакуумные лампы. После изобретения амплитудной модуляции (AM), что позволило развивать AM-радиосвязь и передавать звук (аудио) во время Первой мировой войны, термин стал означать демодулятор (обычно вакуумную лампу), извлекающий аудиосигнал из радиочастотной несущей. Это его современное значение, хотя современные детекторы обычно состоят из полупроводниковых диодов, транзисторов или интегральных схем. В супергетеродинном приемнике этот термин иногда также используется для обозначения смесителя – лампы или транзистора, преобразующего входящий радиочастотный сигнал в промежуточную частоту. Смеситель называют первым детектором, а демодулятор, извлекающий аудиосигнал из промежуточной частоты, – вторым детектором. В микроволновой и миллиметровой волновой технике термины "детектор" и "кристаллический детектор" относятся к компонентам волноводов или коаксиальных линий передачи, используемым для измерения мощности или КСВ, которые обычно включают точечные контактные диоды или диоды Шоттки с поверхностным барьером.
Детектор конвертов
Одна из основных технологий известна как детектирование огибающей. Простейшая форма детектора огибающей – диодный детектор, состоящий из диода, подключенного между входом и выходом схемы, с резистором и конденсатором, соединенными параллельно от выхода схемы к земле, для формирования фильтра нижних частот. При правильном выборе резистора и конденсатора выходная характеристика этой схемы будет почти идентичной копией исходного сигнала, сдвинутой по напряжению. Ранней формой детектора огибающей был кристаллический детектор, который использовался в радиоприемнике с кристаллическим детектором. Более поздняя версия, использующая кристаллический диод, до сих пор применяется в кристаллических радиоприемниках. Ограниченная частотная характеристика наушников устраняет высокочастотную составляющую, делая фильтр нижних частот излишним. К более сложным детекторам огибающей относятся детектор с утечкой на сетке, пластинчатый детектор, детектор бесконечного сопротивления, их транзисторные аналоги и прецизионные выпрямители на операционных усилителях.
Детектор продукта
Продуктовый детектор — это тип демодулятора, используемый для AM и SSB сигналов, в котором исходный несущий сигнал удаляется путем умножения принятого сигнала на сигнал на частоте несущей (или близкой к ней). В отличие от огибающего детектора, который преобразует огибающую сигнала в декодированную форму волны посредством выпрямления, продуктовый детектор вычисляет произведение модулированного сигнала и локального генератора, отсюда и название. При гетеродинировании принятый сигнал смешивается (в некотором типе нелинейного устройства) с сигналом от локального генератора, создавая суммарные и разностные частоты, как и первая ступень смесителя в супергетероидине, производящая промежуточную частоту. В данном случае, разностная частота – это низкочастотный модулирующий сигнал, который восстанавливается, а нежелательные высокие частоты фильтруются на выходе продуктового детектора. Поскольку боковые полосы амплитудно-модулированного сигнала содержат всю информацию, перенесенную несущей, смещенной от центра на величину, зависящую от их частоты, продуктовый детектор просто понижает частоту боковых полос до слышимого диапазона, чтобы можно было услышать исходный аудиосигнал. Схемы продуктовых детекторов по сути являются кольцевыми модуляторами или синхронными детекторами и тесно связаны с некоторыми фазочувствительными детекторными схемами. Они могут быть реализованы с использованием простых схем, таких как диодный кольцевой смеситель, или одиночного двойного затвора полевого транзистора, а также более сложных интегральных схем, содержащих ячейку Гилберта. Продуктовые детекторы обычно предпочтительнее огибающих для приема сигналов AM и SSB коротковолновыми слушателями и радиолюбителями. Они также могут демодулировать передачи CW, если частота генератора биений настроена немного выше или ниже частоты несущей.
Детроны частотной и фазовой модуляции
АМ-детекторы не могут демодулировать FM и PM сигналы, поскольку оба они имеют постоянную амплитуду. Однако АМ-радио может принимать звук FM-вещания благодаря явлению детектирования на склоне, которое возникает при настройке радио немного выше или ниже номинальной частоты вещания. Изменение частоты на одном из наклонных участков АЧХ радиоприемника создает соответствующее локальное изменение амплитуды усиленного сигнала, к которому чувствителен АМ-детектор. Детектирование на склоне обеспечивает худшее подавление искажений и шумов по сравнению с специализированными FM-детекторами, которые обычно используются.
Фазовый детектор
Фазовый детектор — это нелинейное устройство, выходной сигнал которого отражает разность фаз между двумя входными колебаниями. Он имеет два входа и один выход: опорный сигнал подается на один вход, а фазо- или частотно-модулированный сигнал — на другой. Выходной сигнал пропорционален разности фаз между двумя входными сигналами. В фазовой демодуляции информация содержится в величине и скорости изменения фазы несущей.
Дискриминатор Фостер-Сили
Дискриминатор Foster-Seeley — широко используемый FM-детектор. Детектор состоит из специального трансформатора с центральным отводом, питающего два диода волновыпрямительной цепи полного цикла. Когда входной трансформатор настроен на частоту сигнала, выход дискриминатора равен нулю. При отсутствии отклонения несущей частоты обе половины трансформатора с центральным отводом находятся в равновесии. По мере изменения частоты FM-сигнала выше и ниже несущей частоты, равновесие между двумя половинами вторичной обмотки трансформатора с центральным отводом нарушается, и на выходе появляется напряжение, пропорциональное отклонению частоты.
Детектор соотношения
Детектор отношения является вариантом дискриминатора Фостера — Сили, но один диод проводит в противоположном направлении и использует третичную обмотку в предыдущем трансформаторе. Выход в этом случае снимается между суммой напряжений на диодах и центральным отводом. Выход на диодах подключается к конденсатору большой ёмкости, который подавляет АМ-шум на выходе детектора отношения. Преимущество детектора отношения перед дискриминатором Фостера — Сили заключается в том, что он не реагирует на АМ-сигналы, что потенциально позволяет избежать использования ограничительного каскада; однако выходной сигнал составляет лишь 50% от выходного сигнала дискриминатора при одинаковом входном сигнале. Детектор отношения имеет более широкую полосу пропускания, но больше искажений, чем дискриминатор Фостера — Сили.
Квадратный детектор
В квадратюрных детекторах принятый FM-сигнал разделяется на два сигнала. Один из этих сигналов затем проходит через конденсатор с высоким реактивным сопротивлением, который сдвигает фазу этого сигнала на 90 градусов. Этот сигнал, сдвинутый по фазе, затем подается на LC-контур, резонирующий на немодулированной, "центральной" или "несущей" частоте FM-сигнала. Если частота принятого FM-сигнала равна центральной частоте, то два сигнала будут иметь фазовый сдвиг в 90 градусов, и говорят, что они находятся в "квадратуре" – отсюда и название этого метода. Затем эти два сигнала перемножаются в аналоговом или цифровом устройстве, которое служит фазовым детектором, то есть устройством, выход которого пропорционален разности фаз между двумя сигналами. В случае немодулированного FM-сигнала выход фазового детектора, после фильтрации (то есть усреднения во времени), является постоянным, а именно – нулевым. Однако, если принятый FM-сигнал модулирован, его частота будет отклоняться от центральной частоты. В этом случае резонансный LC-контур дополнительно сдвинет фазу сигнала от конденсатора, так что общий фазовый сдвиг сигнала будет суммой 90 градусов, создаваемых конденсатором, и положительного или отрицательного изменения фазы, создаваемого LC-контуром. Теперь выход фазового детектора будет отличен от нуля, и таким образом можно восстановить исходный сигнал, использованный для модуляции FM-носителя.
детектор XOR-ворот
Процесс обнаружения, описанный выше, также может быть реализован путем объединения в логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR) ограниченного исходного FM-сигнала и либо копии этого сигнала, прошедшей через цепь, создающую фазовый сдвиг, изменяющийся в зависимости от частоты, например, LC-контур (и также ограниченной), либо несущей в виде прямоугольных импульсов с фиксированной частотой, равной центральной частоте сигнала. Элемент XOR формирует поток выходных импульсов, длительность которых соответствует разности фаз между двумя сигналами. Из-за изменяющейся разности фаз между двумя входами получается сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). При подаче этих импульсов на фильтр нижних частот, выходное напряжение фильтра возрастает при увеличении длительности импульсов и уменьшается при их уменьшении. Таким образом, восстанавливается исходный сигнал, использованный для модуляции FM-несущей. При использовании фазосдвинутой версии исходного сигнала происходит демодуляция по частоте, поскольку разность частот между входами XOR-элемента остается равной нулю и, следовательно, не влияет на их фазовую взаимосвязь. При использовании несущей с фиксированной частотой происходит фазовая демодуляция, которая в данном случае представляет собой интеграл исходного модулирующего сигнала.
Фазовый детектор с замкнутой петлей
Для осуществления демодуляции детектору фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) не требуется избирательной частотной LC-цепи. В этой системе генератор, управляемый напряжением (ГУН), удерживается в фазовой синхронизации контуром обратной связи, который заставляет ГУН следовать изменениям частоты входящего FM-сигнала. Низкочастотное напряжение ошибки, заставляющее частоту ГУН отслеживать частоту модулированного FM-сигнала, является демодулированным аудиовыходом. Детектор фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) не следует путать с синтезатором частоты ФАПЧ, который часто используется в цифровых AM и FM-приемниках для генерации частоты гетеродина.