Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией

 

Использование: в радиотехнике в системах связи и радиотелеметрии, где широко применяются широкополосные сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Сущность изобретения: устройство содержит приемник 1, два смесителя 2 и 3, два гетеродина 4 и 5, два перемножителя 6 и 21, узкополосный фильтр 7, четыре широкополосных фильтра 8,9,10 и 22, три сжимающих фильтра 11,16 и 25, три частотных детектора 12,17 и 26, три дифференцирующих блока 13,18 и 27, три формирователя импульсов 14,19 и 28, три решающих блока 15,20 и 29, фазоинвертор 23, сумматор 24. Устройство обеспечивает расширение диапазона рабочих частот за счет использования первого и второго зеркальных каналов приема. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах радиосвязи и радиотелеметрии, где широко применяются широкополосные сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией [1] .

Указанное устройство обеспечивает подавление зеркального канала приема.

Однако с точки зрения расширения диапазона рабочих частот целесообразно не подавлять зеркальный канал приема, а использовать его.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона устройства.

Цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные первый перемножитель, к входам которого подключены вторые входы первого и второго гетеродинов, узкополосный фильтр, второй перемножитель, к второму входу которого подключен выход второго широкополосного фильтра, третий широкополосный фильтр, сумматор, второй частотный детектор, второй дифференцирующий блок, второй формирователь импульсов и второй решающий блок, фазоинвертор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого широкополосного фильтра, который подключен к входу первого частотного детектора, и с вторым входом сумматора, третий сжимающий фильтр, вход и выход которого соединены соответственно с выходом сумматора и с вторым входом второго решающего блока, и последовательно соединенные четвертый широкополосный фильтр, к входу второго подключен выход второго смесителя, третий частотный детектор, третий дифференцирующий блок, третий формирователь импульсов, и третий решающий блок, к второму входу которого подключен выход, второго сжимающего фильтра, вход которого соединен с выходом четвертого широкополосного фильтра.

На фиг. 1 представлена структуpная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией содержит приемник 1, первый и второй смесители 2 и 3, первый и второй гетеродины 4 и 5, первый перемножитель 6, узкополосный фильтр 7, первый, второй и третий широкополосные фильтры 8, 9 и 10, первый сжимающий фильтр 11, первый частотный детектор 12, первый дифференцирующий блок 13, первый формирователь 14 импульсов, первый решающий блок 15, второй сжимающий фильтр 16, второй частотный детектор 17, второй дифференцирующий блок 18, второй формирователь 19 импульсов, второй решающий блок 20, второй перемножитель 21, четвертый широкополосный фильтр 22, фазоинвертор 23, сумматор 24, третий сжимающий фильтр 25, третий частотный детектор 26, третий дифференцирующий блок 27, третий формирователь 28 импульсов и третий решающий блок 29. Причем к выходу приемника 1 последовательно подключены смеситель 2, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 4, широкополосный фильтр 8, частотный детектор 12, дифференцирующий блок 13, формирователь 14 импульсов и решающий блок 15, второй вход которого через сжимающий фильтр 11 соединен с выходом широкополосного фильтра 8. К выходу приемника 1 последовательно подключены смеситель 3, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 5, широкополосный фильтр 10, частотный детектор 17, дифференцирующий блок 18, формирователь 19 импульсов и решающий блок 20, второй вход которого через сжимающий фильтр 16 соединен с выходом широкополосного фильтра 10. К второму выходу гетеродина 4 последовательно подключены перемножитель 6, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 5, узкополосный фильтр 7, перемножитель 21, второй вход которого через широкополосный фильтр 9 соединен с выходом смесителя 3, широкополосный фильтр 22, сумматор 24, второй вход которого через фазоинвертор 23 соединен с выходом широкополосного фильтра 8, частотный детектор 26, дифференцирующий блок 27, формирователь 28 импульсов и решающий блок 29, второй вход которого через сжимающий фильтр 25 соединен с выходом сумматора 24.

Устройство работает следующим образом.

С выхода приемника 1 на первые входы смесителей 2 и 3 поступает принимаемый сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) U_o(t)= V_o˙cos(2πf_ot+πγt²+ϕ_o), 0≅t≅T_o, где V_o, f_o, ϕ_o, T_o - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и длительность сигнала; γ= - скорость изменения частоты внутри импульса; Δf_g - девиация частоты.

На вторые входы смесителей 2 и 3 с первых выходов гетеродинов 4 и 5 подаются напряжения U_г1(t)= V_г1˙cos(2πf_г1t+ϕ_г1), U_г2(t)= V_г2˙cos(2πf_г2t+ϕ_г2), где V_г1, V_г2, f_г1, f_г2, ϕ_г1, ϕ_г2 - амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов.

Причем частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 4 и 5 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты (см. фиг. 2) f_г2 - f_г1= 2f_пр и выбраны симметричными частоте f_o основного канала f_o - f_г1= f_г2-f_o= f_пр. Это обстоятельство приводит к появлению второго зеркального канала на частоте f_g2.

Частота настройки f_н1 и полоса пропускания Δ f₁широкополосного фильтра 9 выбраны из выражений (см. фиг. 3а) f_н1= f_пр; Δf₁= 2f_пр.

Частота настройки f_н2 и полоса пропускания Δ f₂ широкополосных фильтров 8, 10 и 22 выбраны из выражений f_н2= 3f_пр; Δf₂= 2f_пр.

Частота настройки f_н и полоса пропускания Δ f узкополосного фильтра 7 выбраны из выражений f_н= 2f_пр ; Δf= f_пр. В смесителях 2 и 3 принимаемый ЛЧМ сигнал преобразуется в напряжения следующих частот (см. фиг. 3а):
f_o1= f_o+γt-f_г1= f_пр+γt;
f_o2= f_г2-f_o-γt= f_пр-γt. где первый индекс обозначает канал, по которому принимается сигнал:
второй индекс обозначает номер гетеродина, участвующего в преобразовании несущей частоты принимаемого сигнала. Однако только напряжение с частотой f_o2 попадает в полосу пропускания Δ f₁широкополосного фильтра 9:
U_пр1(t)= V_пр1˙cos(2πf_прt-
-πγt²+ϕ_пр1); 0≅t≅T_o где U= K₁U_o·U,
К₁ - коэффициент передачи смесителей;
f_пр= f_г2-f_o - промежуточная частота;
ϕ_пр1= ϕ_г2-f_o. Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 21. Напряжение U_г1(t) и U_г2(t) с вторых выходов гетеродинов 4 и 5 одновременно поступают на два входа перемножителя 6, на выходе которого образуется напряжение U_г(t)= V_г˙cos(4πf_прt+ϕ_г), где U_г= K₂·UU,
К₂ - коэффициент передачи перемножителя;
2f_пр= f_г2-f_г1;
ϕ_г= ϕ_г2-ϕ_г1, которое выделяется узкополосным фильтром 7 и подается на второй вход перемножителя 21, на выходе которого образуется напряжение
U₁(t)= V₁˙cos(6πf_прt-
-πγt²+ϕ₁);
0≅t≅T_o, где U₁= K₂·U_пр·U_г,
ϕ₁= ϕ_пр1+ϕ_г, которое выделяется широкополосным фильтром 22 и подается на первый вход сумматора 24. Так как в полосу пропускания Δ f₂ широкополосного фильтра 8 напряжение не попадает, то на втором входе сумматора 24 напряжение отсутствует. Напряжение U₁(t) с выхода широкополосного фильтра 22 через сумматор 24 одновременно поступает на входы сжимающего фильтра 25 и частотного детектора 26. На выходе частотного детектора 26 образуется напряжение соответствующей формы, которое подается на вход дифференцирующего блока 27. На выходе последнего образуются прямоугольные импульсы. На выходе формирователя 28 импульсов образуются короткие импульсы в моменты времени, соответствующие моментам смены знака наклона функции частотной модуляции ЛЧМ-сигнала. Эти импульсы вместе с информационными импульсами с выхода сжимающего фильтра 25 поступают на соответствующий вход решающего блока 29, обеспечивая тактовую синхронизацию при приеме решения.

Описанная работа устройства соответствует случаю приема ЛЧМ сигналов по основному каналу на частоте f_o.

Если ЛЧМ-сигнал принимается по первому зеркальному каналу на частоте f_з1, U_з1(t)= V_з1˙cos(2πf_з1t+πγt²+ϕ_з1); 0≅t≅T_з1, то в смесителях 2 и 3 он преобразуется в напряжения следующих частот (см. фиг. 3б):
f₁₁= f_г1-f_з1-γt= f_пр-γt;
f₁₂= f_г2-f_з1-γt= 3f_пр-γt.

Однако только напряжение с частотой f₁₂ попадает в полосу пропускания Δ f₂ широкополосного фильтра 10: U_пр2(t)= V_пр2˙cos(6πf_прt-πγt²+
+ϕ_пр2); 0≅t≅T_з1, где U= K₁·UU,
ϕ_пр2= ϕ_г2-ϕ_з1.
Это напряжение через сжимающий фильтр 16 поступает на информационный вход решающего блока 20 и через последовательно включенные частотный детектор 17, дифференцирующий блок 18 и формирователь 19 импульсов на вход синхронизации решающего блока 20.

Если ЛЧМ-сигнал принимается по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, U_з2(t)= V_з2˙cos(6πf_з2t+πγt²+
+ϕ_з2); 0≅t≅T_з1, то в смесителях 2 и 3 он преобразуется в напряжения следующих частот (см. фиг. 3в):
f₂₂= f_з2+γt-f_г2= f_пр+γt;
f₂₁= f_з2+γt-f_г1= 3f_пр+γt. Эти напряжения попадают в полосы пропускания Δf₁ и Δf₂широкополосных фильтров 9 и 8 соответственно:
U_пр3(t)= V_пр3cos(2πf_прt+πγt²+
+ϕ_пр3); U_пр4(t)= V_пр4˙cos(6πf_прt+πγt²+
+ϕ_пр4); 0≅t≅T_з2, где U K₁·UU
U= K₁·UU
ϕ_пр3= ϕ_з2-ϕ_г2;
ϕ_пр4= ϕ_з2-ϕ_г1. Напряжение U_пр3(t) с выхода широкополосного фильтра 9 поступает на первый вход перемножителя 21, на второй вход которого подается напряжение U_г(t) с выхода узкополосного фильтра 7. На выходе перемножителя 21 образуется напряжение
U₂(t)= V₂˙cos(6πf_пр+πγt²+
+ϕ₂); 0≅t≅T_з2, где U₂ = K₂·UU_г;
ϕ₂= ϕ_пр3+ϕ_г, которое выделяется широкополосным фильтром 22 и подается на первый вход сумматора 24.

Напряжение U_пр4(t) с выхода широкополосного фильтра 8 через сжимающий фильтр 11 поступает на информационный вход решающего блока 15 и через последовательно включенные частотный детектор 12, дифференцирующий блок 13 и формирователь 14 импульсов - на вход синхронизации решающего блока 15. Напряжение U_пр4(t) с выхода широкополосного фильтра 8 одновременно поступает на вход фазоинвертора 23, на выходе которого образуется напряжение U_пр5(t)= -V_пр4˙cos(6πf_прt+πγt²+
+ϕ_пр4), которое поступает на второй вход сумматора 24. Напряжения U₂(t) и U_пр5(t), поступающие на два входа сумматора 24, на его выходе компенсируются.

Если ЛЧМ-сигналы одновременно поступают по основному каналу на частоте f_о, по первому зеркальному каналу на частоте f_з1 и по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, то в смесителях 2 и 3 они преобразуются в напряжения следующих частот:
f_o1= f_o+γt-f_г1= f_пр+γt;
f_o2= f_г2-f_o-γt= f_пр-γt;
f₁₁= f_г1-f_з1-γt= f_пр-γt;
f₁₂= f_г2-f_з1-γt= 3f_пр-γt;
f₂₂= f_з2+γt-f_г2= f_пр+γt;
f₂₁= f_з2+γt-f_г1= 3f_пр+γt, которые попадают в полосы пропускания Δf₁ и Δf₂ широкополосных фильтров 9, 8 и 10. В этом случае в работе участвуют все блоки устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает расширение диапазона рабочих частот в 3 раза за счет использования первого и второго зеркальных каналов приема. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1109936, кл. Н 04 L 27/00, 1983.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее приемник, выход которого подключен к первым входам первого и второго смесителей, вторые входы и выходы которых соединены соответственно с первыми выходами первого и второго гетеродинов и со входами первого и второго широкополосных фильтров, последовательно соединенные первый частотный детектор, первый дифференцирующий блок, первый формирователь импульсов и решающий блок, ко второму входу которого подключен выход первого сжимающего фильтра, а также второй сжимающий фильтр, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона устройства, введены последовательно соединенный первый перемножитель, ко входам которого подключены вторые выходы первого и второго гетеродинов, узкополосный фильтр, второй перемножитель, ко второму входу которого подключен выход второго широкополосного фильтра, третий широкополосный фильтр, сумматор, второй частотный детектор, второй дифференцирующий блок, второй формирователь импульсов и второй решающий блок, фазоинвертор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого широкополосного фильтра, который подключен ко входу первого частотного детектора, и со вторым входом сумматора, третий сжимающий фильтр, вход и выход которого соединены соответственно с выходом сумматора и со вторым входом второго решающего блока и последовательно соединенные четвертый широкополосный фильтр, ко входу которого подключен выход второго смесителя, третий частотный детектор, третий дифференцирующий блок, третий формирователь импульсов и третий решающий блок, ко второму входу которого подключен выход второго сжимающего фильтра, вход которого соединен с выходом четвертого широкополосного фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3