9.4.4. Схема с качанием частоты

Часть рассматриваемой схемы дискриминатора, определяющая принцип его действия, без цепей предварительной обработки сигнала, представлена на рис. 9.12. Входной сигнал смешивается с выходным напряжением

управляемого с выхода измерителя гетеродина. При этом выходная величина измерителя определяет среднее значение частоты гетеродина, периодически изменяющейся (около этого среднего значения) по закону, задаваемому генератором опорного напряжения.

Рис. 9.12. Схема частотного дискриминатора с качанием частоты: 1 — смеситель; 2 — настроенный контур; 3 — квадратичный детектор; 4 — каскад умножения; 5 — генератор опорного напряжения; 6 — фильтр; 7 — управляемый гетеродин.

С выхода смесителя сигнал поступает на полосовой фильтр (настроенный контур), детектируется квадратичным амплитудным детектором и поступает на каскад, умножающий его на опорное напряжение. Выход этого каскада и является выходом дискриминатора.

Управляющее напряжение образуется за счет качания частоты сигнала на выходе смесителя около частоты настройки контура. Опорное напряжение, изменяющее частоту гетеродина, а следовательно, и сигнала на входе контура, может иметь различные законы изменения. Чаще всего этому напряжению придают прямоугольную форму, так что оно представляет собой последовательность положительных и отрицательных импульсов одинаковой амплитуды, длительностью с периодом чередования В результате частоты гетеродина и сигнала на входе контура отклоняются от номиналов в последовательных иолупериодах соответственно. При такой форме опорного напряжения элемент, умножающий выходное напряжение детектора на опорный сигнал, является просто коммутатором.

Для обеспечения нормальной работы схемы частота чередования импульсов опорного напряжения должна быть велика по сравнению с эффективной полосой

следящего измерктеля скорости. Вместе с тем она должна быть мала по сравнению с шириной полосы контура дискриминатора.

В этом случае выходное напряжение дискриминатора может быть найдено, если представить сигнал на входе изображенной схемы виде

где случайные функции, причем и независимые нормальные случайные процессы со спектральной плотностью — средняя частота настройки гетеродина; частота настройки контура. Обозначая импульсную реакцию контура для выходного напряжения дискриминатора можно получить следующее выражение:

где — периодическая функция с периодом определяемая как

Имея в виду инерционность последующих сглаживающих цепей, интересующие нас характеристики рассматриваемой схемы можно найти, усредняя по периоду результаты усреднений по множеству, связанных с использованием (9.4.29). Тогда для крутизны и

эквивалентной спектральной плотности дискриминатора можно написать

где по-прежнему преобразование Фурье от

Для спектральной плотности сигнала вида (9.3.10) и частотной характеристики вида (9.4.7) вычисление по формулам (9.4.31) и (9.4.32) дает соответственно

и

где

Коэффициент передачи дискриминатора здесь зависит от параметров схемы так же, как и в схеме с расстроенными контурами, однако эквивалентная спектральная плотность имеет другую величину. Исследование формулы (9.4.34) и графическое изображение зависимости от

При различных приведенное На рис. 9.13, показывают, что спектральная плотность флюктуаций на выходе данного вида дискриминатора значительно превышает таковую у оптимального дискриминатора. Это имеет место при любых сочетаниях параметров

Рис. 9.13. (см. скан) Зависимость от отношения сигнал/шум для дискриминатора с качанием частоты:

В отличие от схемы с расстроенными контурами при (и одновременном увеличении усиления в схеме) величина Для схемы с качанием частоты растет пропорционально Увеличение же девиации частоты также приводит к росту пропорциональному

При увеличении если и велики, выполняется равенство

т. е. при больших отношениях сигнал/шум спектральная плотность флюктуаций на выходе дискриминатора с качанием частоты будет в больше, чем в оптимальном и всех предыдущих рассмотренных дискриминаторах.

Таким образом, рассматриваемая схема дает резкое ухудшение результатов по сравнению с предыдущими схемами. Физическое объяснение неоптимальности дискриминатора с качанием частоты заключается в следующем.

Сигналы в разных полупериодах некоррелированы, так как для нормальной работы схемы должно удовлетворяться соотношение Поэтому любое усреднение результатов последовательного амплитудного Детектирования сигналов в разных полупериодах не может скомпенсировать флюктуаций, тогда как в предыдущих схемах такая компенсация имела место.

Учитывая неоптимальность рассматриваемой схемы, мы не будем исследовать ее более подробно. В частности, не будем вычислять коэффициент параметрических флюктуаций

Нужно заметить, что схема с качанием частоты чувствительна к помехам, модулированным частотой комму, тации, либо ее нечетными гармониками. В этом отношении данный дискриминатор аналогичен угломерным дискриминаторам с коническим или квадрантным сканированием, которые подробно будут рассматриваться в последующих главах. Поэтому здесь мы не будем подробно останавливаться на этом вопросе.