Способ синхронизма частоты гетеродина и частоты сигнала в радиоканале

 

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может использоваться при организации радиоканалов связи. Способ синхронизма частоты гетеродина и частоты сигнала в радиоканале заключается в преобразовании в пункте передачи и пункте передачи питающего напряжения единой энергосистемы промышленной частоты F в напряжение требуемой гармоники частоты с равными фазами. Достигаемый технический результат - повышение частоты и обеспечение синхронизма сигналов в пункте передачи и пункте приема. 2 ил.

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может найти применение при организации радиоканалов связи, при использовании синхронного детектирования (см., например, И.С.Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Советское радио, 1967, с. 146). Известно, что реализация способа синхронного детектирования имеет значительные трудности, т.к. обеспечение синхронизма частоты гетеродина и частоты принимаемого сигнала является сложной проблемой. (См. там же, с. 147).

Известен способ передачи и приема сигналов, который реализован в "Системе передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети" (Патент RU 2143785 С1, кл. 6 Н 04 В 3/54, БИ 36 от 27.12.99) Недостатком известного способа является организация синхронного канала в тональном диапазоне частот (500-2000) Гц.

Наиболее близким к заявленному способу является способ, который реализован в "Системе передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети" (Патент RU 2144730 С1, кл. 7 Н 04 В 3/54, БИ 2 от 20.01.2000) - прототип, который имеет те же недостатки.

Заявленный способ решает задачу повышения несущей частоты сигнала до частот, которые находятся в радиодиапазоне. В заявленном способе синхронизма частоты гетеродина и частоты принимаемого сигнала в радиоканале, в соответствии с которым в пункте передачи преобразуют питающее напряжение U(t) единой энергосистемы промышленной частоты F в напряжение сигнала U_o(t) = U_mocos(ω_ot+ϕ_o), (1) где ω_o= nΩ; Ω = 2πF; U_m0 - амплитуда, ϕ_o- начальная фаза, в пункте приема преобразуют питающее напряжение U(t) единой энергосистемы промышленной частоты F в напряжение гетеродина U_r(t) = U_mrcos(ω_rt+ϕ_r), (2) где ω_r= ω₀; U_mr - амплитуда; ϕ_r= ϕ₀, в пунктах передачи и приема получают соответственно напряжения (1) и (2) при значениях n>>40, путем введения следующих операций: преобразуют, в пунктах передачи и приема сигналов, питающее напряжение U(t) = U_msinΩt, где амплитуда, при помощи двухполупериодного выпрямления, в напряжение 0≤U(t)≤π, (3) после разложения (3) в ряд Фурье имеют выделяют из (4), при помощи фильтрации, напряжение k-й гармоники частоты Ω при k=20
где ω_k= k•Ω, напряжение (5) трансформируют с усилением амплитуды в α раз, при α = 24 имеют
U_тр(t) = U_mтрsinω_kt = 12sinω_kt, (6)
U_mтр = 0,5•α = 0,5•24 = 12 B - амплитуда равна стандартному значению питающего напряжения для ряда микросхем, напряжение (6) преобразуют, при помощи двухполупериодного выпрямления, в напряжение
0≤U_тр(t)≤π, (7)
после разложения (7) в ряд Фурье имеют

выделяют из (8), при помощи фильтрации, напряжение γ -й гармоники частоты ω_k при γ = 10 имеют

где ω_γ= γ•ω_k, усиливают амплитуду напряжения (9) в 120 раз, при этом получают

где U_my= 12 В - амплитуда, напряжение (10) преобразуют, при помощи двухполупериодного выпрямления, в напряжение

после разложения (11) в ряд Фурье имеют

выделяют из (12), при помощи фильтрации, напряжение β -й гармоники частоты ω_γ, при β = 10 имеют

где ω₀ = β•ω_γ, усиливают амплитуду напряжения (13) в 120 раз, при этом получают напряжение в пункте передачи
U_o(t) = U_mocos(ω_ot+ϕ_o) =12cos(ω_ot+ϕ_o). (14)
Выражение (14) соответствует выражению (1), где U_m0=12 В - амплитуда. По аналогии с получением выражения (14), в пункте приема, имеют
U_r(t) = U_mrcos(ω_rt+ϕ_r) =12cos(ω_rt+ϕ_r), (15)
где ω_r= ω_o; U_mr=12 B - амплитуда, выражение (15) соответствует выражению (2), с помощью изменения начальной фазы ϕ_o в пункте передачи, или с помощью изменения начальной фазы ϕ_r в пункте приема, получают выполнение заданного условия
ϕ_o= ϕ_r (16)
при ω_o= ω_r, где ω_o= 2πf_o, при f₀=100 кГц имеют: n = k•γ•β = 20•10•10 = 2000, n>>40, или в связи с тем, что F=F(t)≠const согласно ГОСТ 13109-97 считают, что значение промышленной частоты F(t) в пунктах передачи и приема имеет одно и то же значение, т.к. эти пункты получают электропитание от единой энергосистемы, где частота F(t) в любых ее точках имеет одинаковое значение, в выражениях (3)-(13) начальные фазы не учитывали, т.к. они были учтены в выражениях (14)-(15).

Система, реализующая заявленный способ, имеет в пунктах передачи фиг.2 и приема фиг.1 питающее напряжение U(t) = U_msinΩt, промышленной частоты F, где амплитуда, Ω = 2ΠF,
1 - фильтр нижних частот (ФНЧ),
2 - диодный двухполупериодный мост (мост),
3 - резистор,
4 - конденсатор,
5 - повышающий трансформатор,
6 - узкополосный фильтр (УПФ),
7 - первый двухполупериодный выпрямитель (выпрямитель),
8 - первый полосовой фильтр (ПФ),
9 - первый усилитель (усилитель),
10 - второй двухполупериодный выпрямитель (выпрямитель),
11 - второй полосовой фильтр (ПФ),
12 - второй усилитель (усилитель),
13 - фазовращатель (ФВ).

Система, реализующая заявленный способ, работает следующим образом.

Напряжение U(t) в пунктах передачи фиг.2 и приема фиг.1 подают на ФНЧ 1, который имеет частоту среза F_cp=50 Гц. На выходе ФНЧ 1, имеют напряжение, которое не содержит гармоник частоты F. Это напряжение подают на мост 2, на выходе которого имеют напряжение
0≤U(t)≤Π, (17)
после разложения (17) в ряд Фурье имеют

Пусть потенциал в т.1 моста 2 будет выше, чем потенциал в т. 2.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения U(t), будет протекать по цепи: точка 1 - диод Д1 - резистор 3 - диод Д3 - точка 2. Ток k-й гармоники частоты Ω будет протекать по цепи: точка 1 - диод Д1 - конденсатор 4 - первичная обмотка повышающего трансформатора 5 - диод Д3 - точка 2, напряжение, вызванное этим током, будет трансформировано во вторичную обмотку повышающего трансформатора 5. Это напряжение подают на УПФ 6, который имеет коэффициент передачи, равный единице, и настроен на k-ю гармонику частоты Ω. Конденсатор 4 и обмотки повышающего трансформатора 5 настраивают в резонанс на частоту ω_k = k•Ω, где k=20. Повышающий трансформатор 5 имеет коэффициент трансформации α = 24. С учетом вышесказанного, напряжение на выходе УПФ 6 будет равно

где - амплитуда напряжения на входе моста 2, α = 24, U_m6= 12 В - амплитуда напряжения U₆(t).

Напряжение (19) подают на выпрямитель 7, с выхода которого имеют напряжение

после разложения (20) в ряд Фурье имеют

Напряжение (21) подают на ПФ 8. Напряжение на выходе ПФ 8, который настроен на частоту ω_γ = γ×ω_k при γ = 10, равно

где U_m8= 0,1 В - амплитуда напряжения U₈(t). Считаем коэффициенты передачи ПФ равными единице. Напряжение U₈(t) подают на вход усилителя 9, где усиливают амплитуду в 120 раз напряжение, на выходе которого равно

где к₉=120 - коэффициент усиления усилителя 9.

U_m9=0,1•120=12 В - амплитуда.

Напряжение U₉(t) подают на вход выпрямителя 10, на выходе которого имеют напряжение
0≤U₉(t)≤π (24)
После разложения (24) в ряд Фурье имеют

Напряжение U₉(t) подают на ПФ 11, который настроен на частоту ω₀ = β•ω_γ, при β = 10 напряжение на выходе ПФ 11 равно

Усиливают усилителем 12 амплитуду напряжения (26) в 120 раз, при этом получают напряжение в пункте передачи фиг.2, которое равно
U₀(t) = U_mocos(ω_ot+ϕ_o) = 12cos(ω_ot+ϕ_o), (27)
где U_m0(t)=12 В - амплитуда, ϕ_o- начальная фаза.

По аналогии с получением выражения (27) в пункте приема имеют фиг.1
U_r(t) = U_mrcos(ω_rt+ϕ_r) = 12cos(ω_rt+ϕ_r), (28)
где U_mr=12 В, ϕ_r- начальная фаза.

ФВ 13 производят изменение начальной фазы ϕ_o в пункте передачи фиг.2 или производят изменение начальной фазы ϕ_r в пункте приема фиг.1 при этом получают равенство
ϕ_o = ϕ_r (29)
частота F=F(t)≠const, согласно ГОСТ 13109-97, имеет предельно допустимые отклонения от частоты 50 Гц ± 0,4 Гц. С учетом ГОСТ 13109-97 определяют необходимые полосы пропускания УПФ 6, ПФ 8, ПФ 11.

УПФ 6 настроен на k-ю гармонику частоты Ω = 2ΠF при k=20, т.е. с учетом предельно-допустимых значений по ГОСТ 13109-97 имеют: 49,6 Гц≤F(t)≤50,4 Гц, для 20-й гармоники частоты F имеют:
992 Гц≤F(t)20≤1008 Гц. (30)
С учетом (30) полосу УПФ 6 принимают равной: F_(УПФ)6=20 Гц.

ПФ 8 настроен на γ-ю гармонику частоты 1000 Гц, при γ = 10, т.е. он настроен на 200-ю гармонику частоты F
9920 Гц≤F(t)200≤10080 Гц. (31)
С учетом (31) полосу ПФ 8 принимают равной: F(ПФ)8=200 Гц.

ПФ 11 настроен на β-ю гармонику частоты 10 кГц при β = 10, т.е. он настроен на 2000-ю гармонику частоты F
99200≤F(t)2000≤100800 Гц. (32)
С учетом (32) полосу ПФ 11 принимают равной: F(ПФ)11=2000 Гц.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает синхронизм частоты гетеродина и частоты принимаемого сигнала в радиоканале, что и было целью изобретения при n>>40.

Формула изобретения

Способ синхронизма частоты гетеродина и частоты сигнала в радиоканале, в соответствии с которым в пункте передачи преобразуют питающее напряжение U(t) единой энергосистемы промышленной частоты F в напряжение сигнала
U_o(t) = U_mocos(ω_ot+ϕ_o), (1)
где ω_o= nΩ; Ω = 2πF;
U_mo - амплитуда;
ϕ_o- начальная фаза;
10≤n≤40,
в пункте приема преобразуют питающее напряжение U(t) единой энергосистемы промышленной частоты F в напряжение гетеродина
U_r(t) = U_mrcos(ω_rt+ϕ_r), (2)
где ω_r= ω₀;
U_mr - амплитуда;
ϕ_r= ϕ₀,
отличающийся тем, что в пункте передачи и приема получают соответственно напряжения (1) и (2) при значениях n>>40 путем введения следующих операций: преобразуют в пунктах передачи и приема сигналов питающее напряжение U(t) = U_msinΩt, единой энергосистемы, где амплитуда, при помощи двухполупериодного выпрямления в напряжение
0≤U(t)≤π, (3)
после разложения (3) в ряд Фурье имеют

выделяют из (4), при помощи фильтрации напряжение k-й гармоники частоты Ω при k= 20

где ω_k= k•Ω,
напряжение (5) трансформируют с усилением амплитуды в α раз, при α = 24 имеют
U_тр(t) = U_mтрsinω_kt = 12sinω_kt, (6)
где U_mтр= 0,5•α= 0,5•24= 12 В - амплитуда, которая равна стандартному значению питающего напряжения,
напряжение (6) преобразуют при помощи двухполупериодного выпрямления в напряжение
0≤U_тр(t)≤π, (7)
после разложения (7) в ряд Фурье имеют

выделяют из (8) при помощи фильтрации, напряжение γ -й гармоники частоты ω_k при γ = 10 имеют

где ω_γ= γ•ω_k,
усиливают амплитуду напряжения (9) в 120 раз,
при этом получают

где U_my= 12 В - амплитуда,
напряжение (10) преобразуют при помощи двухполупериодного выпрямления, в напряжение

после разложения (11) в ряд Фурье имеют

выделяют из (12) при помощи фильтрации напряжение β-й гармоники частоты ω_γ, при β = 10 имеют

где β = 10, ω₀ = β•ω_γ,
усиливают амплитуду напряжения (13) в 120 раз, при этом получают напряжение в пункте передачи
U_o(t) = U_mocos(ω_ot+ϕ_o) = 12cos(ω_ot+ϕ_o), (14)
выражение (14) соответствует выражению (1), где U_mo = 12В - амплитуда, по аналогии с полученным выражением (14) в пункте приема имеют
U_r(t) = U_mrcos(ω_rt+ϕ_r) = 12cos(ω_rt+ϕ_r), (15)
где ω_r = ω_o; U_mr = 12 В - амплитуда,
выражение (15) соответствует выражению (2), с помощью изменения начальной фазы ϕ_o в пункте передачи или с помощью изменения начальной фазы ϕ_r в пункте приема получают выполнение заданного условия
ϕ_o = ϕ_r (16)
при ω_o = ω_r, где ω_o = 2πf_o, при f_o = 100 кГц имеют n = k•γ•β = 20•10•10 = 2000, n>>40, или
где f₀ - частота сигнала в пункте приема.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2