§ 2.6. ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРЯЖЕНИЙ НА ВЫХОДАХ ФАЗОВОГО И ИМПУЛЬСНОГО ДЕТЕКТОРОВ

Важными и весьма часто используемыми элементами радиотрактов являются фазовые детекторы. Они применяются в различных угломерных и частотомерных системах, анализ которых будет проводиться в последующих главах. Обычно фазовые детекторы делятся на две группы: коммутационные и векторомерные.

Схема коммутационного фазового детектора представлена на рис. 2.5. Ее характерной особенностью является наличие быстродействующего электронного коммутатора (формирующего каскада), который с периодом подаваемого на него опорного напряжения включает и отключает усилительные лампы. Работа коммутатора совершенно не связана со входным напряжением Следовательно, схема оказывается

линейной по входному напряжению, причем напряжение до низкочастотного фильтра выражается формулой

где прямоугольное напряжение, полученное из опорного ограничением. Если опорное напряжение не подвержено помехам, а в спектре составляющие на третьей гармонике опорной частоты малы, то, как показано в [30], можно считать образующимся из путем умножения на основную гармонику опорного напряжения.

Рис. 2.5. Схема фазового детектора коммутационного типа.

Коммутационные фазовые детекторы обычно используются на низких частотах (в схемах угломерных каналов станций с коническим сканированием).

На высоких частотах, например в схемах мгновенного сравнения сигналов, чаще используются векторомерные детекторы, схема которых приведена на рис. 2.6. На диод подается сумма напряжений а на диод разность тех же напряжений. Напряжения, полученные в результате детектирования, вычитаются путем специального включения нагрузок амплитудных детекторов.

Наличие диодов в сочетании с -цепочками делает схему, строго говоря, нелинейной относительно Однако, считая амплитудные детекторы устройствами, выделяющими огибающую или квадрат огибающей входного узкополосного случайного процесса, легко получить математические операции, выполняемые фазовым детектором такого типа.

Рис. 2.6. Схема фазового детектора векторомерного типа.

При квадратичных амплитудных детекторах, обозначая

для квадрата огибающей суммы и разности этих напряжений получаем

где огибающая огибающая Отсюда, учитывая наличие вычитания в схеме, для напряжения на выходе фазового детектора имеем следующее выражение:

где коэффициент пропорциональности, имеющий размерность

Таким образом, фазовый детектор при квадратичных характеристиках диодов эквивалентен простому перемножающему устройству (с дальнейшим отбрасыванием высших гармоник озпр). При линейных характеристиках диодов эквивалентности перемножения входных напряжений не получается. В этом случае, как нетрудно показать, фазовый детектор эквивалентен перемножителю напряжения с нормированным опорным (опять с отбрасыванием высших гармоник

Определим характеристики случайного процесса на выходе векторомерного фазового детектора с квадратичными характеристиками диодов. Пусть на одном входе имеется сумма сигнала и шума

На другом входе

где шумовое напряжение, некоррелированное с положительная величина, меньшая единицы.

Такое положение имеет место, например, в радиолокаторах с когерентным излучением, использующих метод мгновенного амплитудного сравнения сигналов (см. гл. 10). При этом полезный сигнал представляет собой узкополосный нормальный случайный процесс.

Тогда из формулы следует, что функция корреляции процесса, полученного в результате перемножения и на будет равна

где функции корреляции случайных процессов на двух входах соответственно; функции взаимной корреляции.

Ввиду узкополосности процессов эти функции корреляции будут иметь вид (2.3.4).

Учитывая, что высокочастотные составляющие процесса на выходе будут отфильтрованы нагрузкой детектора и последующими инерционными цепями, для

функции корреляции напряжения на выходе Детектора получаем следующее выражение:

где аналогично выражению (2.3.5) 00

Здесь низкочастотные эквиваленты частотной характеристики УПЧ и спектральной плотности полезного сигнала на входе по-прежнему спектральная плотность входного шума.

Очевидно, что математическое ожидание напряжения на выходе фазового детектора будет иметь вид

Так как последующие цепи весьма инерционны по отношению ко времени корреляции процесса на выходе, то достаточной характеристикой процесса будет значение спектральной плотности на нулевой частоте Аналогично предыдущему

Используя равенства (2.6.3.), по теореме Парсеваля получаем

На выходе приемного устройства в каналах углометрии станций, использующих метод конического сканирования или метод слежения по пачкам импульсов, ставится импульсный детектор, который должен выделять огибающую импульсов. Схема детектора показана на рис. 2 7. Обычно постоянная времени заряда, определяемая произведением больше, чем длительность стр обимп . Поэтому можно считать, что детектор интегрирует входное напряжение за время действия стробимпульса.

Рис. 2.7. Схема импульсного детектора.

Следовательно, напряжение на выходе детектора к концу действия строба равно

Как показано [31], импульсный детектор при отсутствии перегрузок эквивалентен по огибающей простому RC-фильтру с эквивалентной постоянной времени, определяемой по формуле

где постоянная времени разряда; постоянная времени заряда; у — коэффициент заполнения.

В связи с этим в дальнейшем часто импульсный детектор будет считаться эквивалентным схеме, состоящей из последовательно включенных усилителя с коэффициентом усиления, равным коэффициенту передачи детектора, и RC-фильтра с постоянной времени При этом ввиду большой инерционности последующих цепей инерционностью детектора часто можно пренебречь.

Более точный анализ работы импульсного детектора с учетом наличия перегрузок содержится в работе [32].

Указанных сведений о фазовом и импульсном детекторах достаточно для анализа радиотракта на воздействие различного вида сигналов и помех.