3.6. Влияние паразитной амплитудной модуляции на работу частотного радиодальномера

До сих пор предполагалось, хотя это специально и не оговаривалось, что амплитуда прямого сигнала с течением времени не меняется, т. е. амплитудная модуляция прямого сигнала отсутствует.

На самом деле, в силу резонансных свойств передающей и приемной антенн и входной цепи приемника радиодальномера, частотная модуляция колебаний высокой частоты будет сопровождаться амплитудной модуляцией. Сказанное иллюстрируется рис. 3.15. Кроме того, амплитудная модуляция может возникнуть за счет механических вибраций, микрофонного эффекта, вращения пропеллера и других факторов.

Рис. 3.15. Возникновение амплитудной модуляции при частотной модуляции

Для выяснения влияния амплитудной модуляции на работу частотного радиодальномера необходимо рассмотреть воздействие на детектор двух напряжений высокой частоты, модулированных как по амплитуде, так и по частоте по одинаковому закону, но сдвинутых во времени на величину запаздывания сигнала.

Аппроксимируем характеристику детектора полиномом второй степени:

Так как напряжение на детекторе (рис. 3.16) равно

то

Рис. 3.16. Схема детектора

Последнее слагаемое можно преобразовать следующим образом:

Следовательно,

Если вместо φ₁ и φ₂ подставить их значения, то будет видно, что в случае, когда U_m1 = const и U_m2 = const, ток в цепи детектора состоит из постоянной составляющей, высокочастотных составляющих и низкочастотной составляющей частоты биений.

Амплитуда составляющей тока частоты биений будет

Как уже указывалось выше, частотная модуляция колебаний вызывает амплитудную модуляцию. Поэтому в общем случае амплитуда прямого сигнала будет

где m_k - коэффициент модуляции по k-й гармонике,

ψ_k - начальная фаза.

Влиянием амплитудной модуляции отраженного сигнала в силу его малости по сравнению с прямым можно пренебречь.

Если теперь значение U_m1 подставить в выражение (3.29), то можно убедиться, что в цепи детектора появятся новые низкочастотные составляющие тока.

Для случая, когда резонансные частоты передающей и приемной антенн и входной цепи приемника равны между собой, наибольшее значение имеет коэффициент модуляции по второй гармонике (рис. 3.15). Поэтому можно в первом приближении считать, что

Тогда четвертое слагаемое в формуле (3.29) примет вид

Учитывая, что m₂ << 1, можно считать

Как видим, кроме составляющей тока с частотой биений, появилась составляющая тока с удвоенной частотой модуляции, амплитуда которой будет

Если эта амплитуда окажется существенно больше амплитуды тока частоты биений, то частотомер будет фиксировать частоту 2Ω_м, вне зависимости от величины расстояния до отражающего объекта. Поэтому амплитудная модуляция прямого сигнала есть явление вредное, так как может полностью нарушить работу радиодальномера, особенно на больших расстояниях, когда величина отраженного сигнала небольшая.

Необходимо иметь в виду, что ни увеличение мощности передатчика, ни повышение чувствительности приемника не могут в данном случае изменить дальность действия радиодальномера.

Нормальная работа радиодальномера будет только в том случае, когда

При подстановке значений I_mб и I_m2 из формул (3.30) и (3.31) это неравенство примет вид

Так как m₂ << 1, то U_m1 ≅ U₀₁. Поэтому условие нормальной работы радиодальномера можно представить в виде

Выполнить данное условие, особенно на больших расстояниях, можно только за счет уменьшения паразитной амплитудной модуляции.

Для этого необходимо увеличить широкополосность передающей и приемной антенн и входного контура приемника, а также уменьшить отношение

Можно существенно уменьшить влияние паразитной амплитудной модуляции на работу радиодальномера, если вместо обычного однотактного детектора применить балансный детектор (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Схема балансного детектора

Допустим, что детекторы идентичны и их характеристики по-прежнему можно аппроксимировать полиномом второй степени. Тогда ток в цепи верхнего и нижнего детекторов будет

Напряжение, выделяемое на нагрузочном сопротивлении, пропорционально разности токов верхнего и нижнего детекторов, которая будет

Подставляя в выражение (3.33) значения φ₁ и φ₂, можно убедиться в том, что первое и третье слагаемые есть высокочастотные составляющие тока, а второе слагаемое - составляющая частоты биений.

Существенно то, что в выражении (3.33) в отличие от выражения (3.29) отсутствует составляющая вида которая собственно и явилась причиной появления составляющей тока с частотой 2Ω_м. Однако это будет только в том случае, когда обеспечена полная симметрия схемы балансного детектора. Плохо отрегулированный балансный детектор будет работать не лучше, чем простой однотактный детектор.

Необходимо отметить, что при применении однотактного детектора способ связи его с генератором высокой частоты не играет существенной роли. Обычно в этом случае прямой сигнал поступает на детектор за счет связи приемной и передающей антенн. Но при применении балансного детектора этот способ исключается. В самом деле, из схемы балансного детектора (рис. 3.17) видно, что одно из напряжений на детекторы подается в фазе, а другое в противофазе. Поэтому напряжение прямого сигнала следует подавать на балансный детектор по специальному фидеру или волноводу. Одновременно необходимо принять меры, которые позволили бы свести к минимуму связь между передающей и приемной антеннами.