3. О применении следящего приема для повышения помехоустойчивости приема ЧМ сигналов

Известно, что при приеме ЧМ сигналов на фоне помех имеют место пороговые явления, когда, начиная с некоторого отношения сигнал/помеха, наблюдается резкое ухудшение условий приема ЧМ колебаний. На выходе ЧМ приемника образуются большие шумовые выбросы и в дальнейшем быстро падает отношение сигнал/шум даже по сравнению с амплитудной модуляцией. Для синусоидальной помехи пороговые явления наступают в области отношений амплитуд сигнала и помехи, близких к единице. Анализ пороговых явлений для шумовых помех достаточно сложен. Изучению этих явлений посвящена специальная литература, обзор которой можно найти в работах [32, 77, 141]. Характерные кривые, иллюстрирующие явление порога при действии шума, приведены на рис. 6.32. Здесь по оси абсцисс отложено отношение мощностей несущей (сигнала) к среднему квадрату шума на входе приемника (в полосе УПЧ), а по оси ординат — то же отношение на выходе ЧМ приемника (шумовая мощность здесь вычисляется в определенной полосе частот, например полосе Кривые построены для различных индексов модуляции Порогу соответствует резкое уменьшение отношения

Рис. 6.32.

Из графика видно, что чем больше девиация частоты, т. е. чем больше выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе в надпороговой области, тем при меньших уровнях шума на входе наступают пороговые явления (высокий порог).

Не задаваясь целью анализировать явление порога, рассмотрим упрощенную физическую картину причин роста порога с увеличением индекса модуляции, согласно которой пороговые явления наступают, когда на входе ЧД начинаются достаточно часто появляться шумовые выбросы, превосходящие уровень несущей. Такое упрощение допустимо, поскольку качественно правильно объясняет сущность явления.

- При больших индексах модуляции требуется иметь УПЧ с широкой полосой. Поэтому образование достаточного числа выбросов шума в единицу времени, сравнимых с уровнем несущей, в среднем достигается при меньшем уровне шума, чем при малых индексах модуляции, когда необходимая полоса УПЧ значительно же. Этим и объясняется более раннее наступление порога при больших (5, соответствующее большим значениям Используя следящий прием, можно существенно снизить пороговое отношение сигнал/шум (на и тем самым повысить помехоустойчивость приема, осуществляемого при больших индексах модуляции. Рассмотрим физическую картину появления при этом выигрыша на примере использования для приема ЧМ колебаний частотной системы АСЧ (рис. 6.27).

Количественному рассмотрению вопросов выигрыша посвящены упомянутые выше исследования 177, 141], а

также работы [69, 113]. Параметры системы АСЧ в этом случае выбираются так, чтобы изменения частоты генератора возможно меньше отличались от изменений частоты сигнала. При таком использовании системы АСЧ она должна быть возможно более быстродействующей и частота гетеродина должна возможно точнее отслеживать изменения частоты сигнала. Тогда напряжение будет повторять закон частотной модуляции и всю систему АСЧ можно рассматривать как своеобразный частотный детектор.

В результате того, что сигнал генератора модулирован по частоте, максимальная девиация частоты на выходе смесителя (входе УПЧ) будет существенно уменьшена, а следовательно, резко сужается полоса УПЧ. Это является причиной снижения порога, поскольку вероятность образования больших шумовых выбросов на входе ограничителя уменьшается. Предел к сужению полосы УПЧ обусловлен необходимостью воспроизведения спектра модулирующих сигналов. Из приведенных рассуждений может показаться, что чем выше быстродействие системы (чем шире ее полоса тем сильнее снижается порог. Однако это не так, поскольку в рассуждениях не учитывалось, что с расширением полосы увеличивается шумовая составляющая отклонения частоты гетеродина, вызванная шумовым напряжением, возникающим на выходе ЧД. Эта шумовая составляющая ведет к росту частотного шума генератора, а значит шумовой составляющей ЧМ сигнала на выходе смесителя.

При некотором (достаточно большом) значении полосы указанные составляющие шума имеют преобладающее значение. Описанное явление также носит пороговый характер (так называемый порог обратной связи [69, 77]). Таким образом, с расширением полосы прямой порог снижается, а порог обратной связи возрастает. Поэтому имеется определенный оптимум полосы следящей системы, нахождению которого посвящена работа [69]. Этот оптимум лежит вблизи точки равенства обоих порогов.

В приведенных рассуждениях не рассмотрены возможности обеспечения необходимого быстродействия. В таких системах существенное значение приобретает инерционность УРЧ, выполняющего функции сглаживающего фильтра (см. об этом [77]). Для следящего приема может быть использована не только частотная, но и фазовая система АСЧ,

а также следящие фильтры. Особенности работы двух последних систем, как порогопонижающих устройств, рассмотрены в работах [32, 141].