Преобразователь частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в панорамных приемниках и анализаторах спектра. Преобразователь частоты содержит два смесителя, два усилителя промежуточной частоты, два сумматора, четыре ключа, гетеродин, два фазовращателя на +90^o, фазовращатель на -90^o, два перемножителя, четыре узкополосных фильтра, четыре амплитудных детектора. Достигаемый технический результат - расширение диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина. 2 ил.

Предлагаемый преобразователь частоты относится к радиотехнике и может использоваться в панорамных устройствах (панорамных приемниках и анализаторах спектра).

Известны преобразователи частоты (авт. свид. СССР 187097, 234466, 566300, 571871, 794712, 1713082; патент США 3070747; Справочник по радиолокации/ Под ред. М.Скольника. Т. 3. М.: Сов. радио, 1979, с. 144-145, рис. 3в и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Преобразователь частоты" (авт. свид. 1713082, Н 03 D 7/16, 1989), который и выбран в качестве прототипа. Указанный преобразователь обеспечивает повышение помехозащищенности приема сигналов. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальному и комбинационным) каналам.

Однако в ряде случаев целесообразно не подавлять, а использовать дополнительные каналы приема, что приводит к расширению диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина.

Задачей изобретения является расширение диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина за счет использования дополнительных (зеркального и комбинационных) каналов приема.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователь частоты, содержащий последовательно включенные первый смеситель, первый вход которого является входом преобразователя частоты, а второй вход соединен с первым выходом гетеродина, первый усилитель промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход является первым выходом преобразователя частоты, последовательно подключенные к входу преобразователя частоты второй смеситель, второй вход которого через первый фазовращатель на +90^o соединен с вторым выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на +90^o, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, введены фазовращатель на -90^o, второй сумматор, второй перемножитель, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры, второй, третий и четвертый амплитудные детекторы, второй, третий и четвертый ключи, причем к выходу первого перемножителя последовательно подключены второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход является вторым выходом преобразователя частоты, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на -90^o, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход является третьим выходом преобразователя частоты, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход является четвертым выходом преобразователя частоты.

Структурная схема предлагаемого преобразователя частоты представлена на фиг. 1. Частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных (зеркального и комбинационных) каналов приема, изображена на фиг. 2.

Преобразователь частоты содержит первый смеситель 1, гетеродин 2, первый усилитель 3 промежуточной частоты, первый сумматор 4, первый ключ 5, второй смеситель 6, первый фазовращатель 7 на +90^o, второй усилитель 8 промежуточной частоты, второй фазовращатель 9 на +90^o, первый перемножитель 10, первый узкополосный фильтр 11, первый амплитудный детектор 12, фазовращатель 13 на -90^o, второй сумматор 14, второй перемножитель 15, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры 16, 17 и 18, второй, третий и четвертый амплитудные детекторы 19, 20 и 21, второй, третий и четвертый ключи 22, 23 и 24. К входу преобразователя частоты последовательно подключены первый смеситель 1, второй вход которого соединен с первым входом гетеродина 2, первый усилитель 3 промежуточной частоты, первый сумматор 4, первый перемножитель 10, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, первый узкополосный фильтр 11, первый амплитудный детектор 12 и первый ключ 5, второй вход которого соединен с выходом сумматора 4, а выход является первым I выходом преобразователя частоты. К входу преобразователя частоты последовательно подключены второй смеситель 6, второй вход которого через первый фазовращатель 7 на +90^o соединен с вторым выходом гетеродина 2, второй усилитель 8 промежуточной частоты и второй фазовращатель 9 на +90^o, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 4. К выходу первого перемножителя 10 последовательно подключены второй узкополосный фильтр 16, второй амплитудный детектор 19 и второй ключ 22, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 4, а выход является вторым II выходом преобразователя частоты. К выходу второго усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель 13 на -90^o, второй сумматор 14, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 3 промежуточной частоты, второй перемножитель 15, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, третий узкополосный фильтр 17, третий амплитудный детектор 20 и третий ключ 23, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 14, а выход является третьим III выходом преобразователя частоты. К выходу второго перемножителя 15 последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр 18, четвертый амплитудный детектор 21 и четвертый ключ 24, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 14, а выход является четвертым IV выходом преобразователя частоты.

Принцип использования зеркального канала приема основан на применении фазокомпенсационного метода, а комбинационных каналов приема - на применении метода узкополосной фильтрации. При этом частота настройки ω_н1 узкополосных фильтров 11 и 17 выбрана равной частоте гетеродина ω_г(ω_н1 = ω_г), а частота настройки ω_н2 узкополосных фильтров 16 и 18 выбрана равной второй гармонике частоты гетеродина (ω_н2 = 2ω_г). Преобразователь частоты работает следующим образом.

Для упрощения аналитических выражений рассмотрим простой гармонический сигнал, без модуляции.

Принимаемый сигнал u_c(t) = U_c•cos(ω_ct+ϕ_c), 0 ≤ t ≤ T_c, где U_c, ω_c, ϕ_c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала, одновременно поступает на первые входы смесителей 1, 6 и перемножителей 10 и 15.

На вторые входы смесителей 1 и 6 подаются напряжения гетеродина 2: u_г1(t) = U_г•cos(ω_гt+ϕ_г), u_г2(t) = U_г•cos(ω_гt+ϕ_г+90°), где U_г, ω_г, ϕ_г- амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.

На выходах смесителей 1 и 6 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 3 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты: u_пр1(t) = U_пр1•cos(ω_прt+ϕ_пр1), u_пр2(t) = U_пр1•cos(ω_прt+ϕ_пр1-90°), где 0≤t≤Т_с, U_пр1= l/2K₁•U_c•U_г; K₁ - коэффициент передачи смесителей; ω_пр= ω_c-ω_г - промежуточная частота; ϕ_пр= ϕ_c-ϕ_г.
Напряжение u_пp2(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 9 и 13 на +90^o и на -90^o, на выходах которых образуются напряжения:


Напряжения u_пр1(t) и u_пp4(t), поступающие на два входа сумматора 14, на его выходе компенсируются. Напряжения u_пр1(t) и u_пp3(t) поступают на два входа сумматора 4, на выходе которого образуется напряжение
u_Σ1(t) = U_Σ1•cos(ω_прt+ϕ_пр1), 0 ≤ t ≤ T_c,
где U_Σ1 = 2U_пр1.
Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 10, на выходе которого образуется напряжение

где 0≤ t ≤ T_c, U₁ = 1/2K₂•U_cU_Σ1; K₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Частота настройки ω_н1 узкополосного фильтра 11 выбирается равной частоте ω_г гетеродина 2 (ω_н1 = ω_г). Поэтому в полосу пропускания узкополосного фильтра 11 попадает напряжение
u₂(t) = U₁•cos(ω_гt+ϕ_г),
которое после детектирования в амплитудном детекторе 12 поступает на управляющий вход ключа 5 и открывает его. В исходном состоянии ключи 5, 22, 23, и 24 всегда закрыты. При этом напряжение u_Σ1(t) с выхода сумматора 4 через открытый ключ 5 поступает на I выход устройства.

Описанная выше работа преобразователя частоты соответствует случаю приема сигналов по основному каналу на частоте ω_c (фиг. 2).

Если сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте ω_з
u_з(t) = U_з•cos(ω_зt+ϕ_з), 0 ≤ t ≤ T_з,
то усилителями 3 и 8 выделяются следующие напряжения:
u_пр5(t) = U_пр2•cos(ω_прt+ϕ_пр2),

где U_пp2=l/2K_l•U₃•U_г; ω_пр= ω_г-ω_з - промежуточная частота;
Напряжение u_пp6(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 9 и 13 на +90^o и на -90^o, на выходах которых образуются напряжения:


Напряжения u_пp5(t) и u_пр7(t) поступают на два входа сумматора 4, на его выходе компенсируются.

Напряжения u_пp5(t) и u_пр8(t) поступают на два входа сумматора 14, на выходе которого образуется суммарное напряжение
u_Σ2(t) = U_Σ2•cos(ω_прt+ϕ_пр2), 0 ≤ t ≤ T_з,
где U_Σ2 = 2U_пр2.
Напряжение u_Σ2(t) с выхода сумматора 14 поступает на второй вход перемножителя 15, на выходе которого образуется напряжение

где U₃ = 1/2K₂•U_з•U_Σ2.
Частота настройки ω_н1 узкополосного фильтра 17 выбирается равной частоте ω_г гетеродина 2 (ω_н1 = ω_г). Поэтому в полосу пропускания узкополосного фильтра 17 попадает напряжение
u₄(t) = U₃•cos(ω_гt+ϕ_г), 0 ≤ t ≤ T_з,
которое после детектирования в амплитудном детекторе 20 поступает на управляющий вход ключа 23 и открывает его. При этом напряжение u_Σ2(t) с выхода сумматора 14 через открытый ключ 23 поступает на II выход устройства.

Если сигнал принимается по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1
u_к1(t) = U_к1•cos(ω_к1t+ϕ_к1), 0 ≤ t ≤ T_к1,
то усилителями 3 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения:
u_пр9(t) = U_пр3•cos(ω_прt+ϕ_пр3),
u_пр10(t) = U_пр3•cos(ω_прt+ϕ_пр3+90°), 0 ≤ t ≤ T_к,
где U_пp3=1/2К₁•U_к1•U_г; ω_пр = 2ω_г-ω_к1 - промежуточная частота; ϕ_пр3= ϕ_г-ϕ_к1.
Напряжение u_пр10(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 9 и 13 на +90^o и на -90^o, на входах которых образуются напряжения:


Напряжения u_пp9(t) и u_пp11(t), поступают на два входа сумматора 4, на его выходе компенсируются.

Напряжения u_пp9(t) и u_пp12(t), поступают на два входа сумматора 14, на выходе которого образуется суммарное напряжение
u_Σ3(t) = U_Σ3•cos(ω_прt+ϕ_пр3), 0 ≤ t ≤ T_к1,
где U_Σ3 = 2U_пр3.
Напряжение u_Σ3(t) с выхода сумматора 14 поступает на второй вход перемножителя 15, на выходе которого образуется напряжение

где U₅ = 1/2K₂•U_к1•U_Σ3.
Частота настройки ω_н2 узкополосного фильтра 18 выбирается равной второй гармонике частоты гетеродина 2 (ω_н2 = 2ω_г). Поэтому в полосу пропускания узкополосного фильтра 18 попадает напряжение

которое после детектирования в амплитудном детекторе 21 поступает на управляющий вход ключа 24 и открывает его. При этом напряжение u_Σ3(t) с выхода сумматора 14 через открытый ключ 24 поступает на IV выход устройства.

Если сигнал принимается по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, то напряжение u_Σ4(t) с выхода сумматора 4 через открытый ключ 22 поступает на II выход устройства.

Если сигналы одновременно принимаются по основному каналу на частоте ω_c, по зеркальному каналу на частоте ω_з, по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1 и по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, то в работе участвуют все блоки преобразователя частоты.

Вид модуляции (манипуляции) не влияет на принцип функционирования преобразователя частоты.

Таким образом, предлагаемый преобразователь частоты по сравнению с прототипом обеспечивает расширение диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина. Это достигается за счет использования дополнительных (зеркального и комбинационных) каналов приема.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий последовательно включенные первый смеситель, первый вход которого является входом преобразователя частоты, а второй вход соединен с первым выходом гетеродина, первый усилитель промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход является первым выходом преобразователя частоты, последовательно подключенные к входу преобразователя частоты второй смеситель, второй вход которого через первый фазовращатель на +90^o соединен с вторым выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на +90^o, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что в него введены фазовращатель на -90^o, второй сумматор, второй перемножитель, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры, второй, третий и четвертый амплитудные детекторы, второй, третий и четвертый ключи, причем к выходу первого перемножителя последовательно подключены второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход является вторым выходом преобразователя частоты, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на -90^o, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход является третьим выходом преобразователя частоты, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход является четвертым выходом преобразователя частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2