Преобразователь частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в панорамных приемниках. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости и избирательности путем подавления ложных сигналов. Преобразователь частоты содержит гетеродин, два смесоителя, два усилителя промежуточной частоты, три сумматора, амплитудный детектор, ключ, два фазовращателя на 90^o, два полосовых фильтра, два фазоинвертора, перемножитель и узкополосный фильтр. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в панорамных устройствах (панорамных приемниках и анализаторах спектра).

Известны преобразователи частоты (авт. свид. СССР 1187097; 234466, 566300, 571871, 794712, 1713082; патенты РФ 2062547, 2067787, 2176128; патент США 3070747; WO 91/18445, ЕР 347761; 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, H 03 D 7/16, 1989), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный преобразователь частоты обеспечивает повышение помехозащищенности приема сигналов. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальному и комбинационным) каналам.

Однако кроме указанных дополнительных каналов приема в известном преобразователе частоты существуют и интермодуляционные каналы приема. Субъективно эти каналы проявляются как появление в свободном канале сразу двух голосов, наложенных друг на друга, хотя прослушиваемые станции работают совсем в других каналах. Понятно, что при работе со слабым корреспондентом интермодуляционные помехи могут его заглушать. В ряде случаев интермодуляционные помехи проявляются настолько сильно, что в условиях большого города работать почти невозможно: эфир кажется сплошь забитым помехами.

Природа интермодуляционных помех такова.

Если на вход преобразователя частоты попадают одновременно два сигнала большой амплитуды с частотами W₁ и W₂, они образуют на любых нелинейных элементах преобразователя частоты ряд интермодуляционных частот по формуле mW₁±nW₂=Wmn Сумма (разность) коэффициентов m и n называется порядком, т.е. интермодуляционная частота Wmn называется частотой порядка m±n.

Если преобразователь частоты настроен на одну из этих частот, в нем будет прослушиваться помеха с двухголосовой модуляцией. Это можно проиллюстрировать фиг.3. На ней частоты сильных внеполосных сигналов W₁ и W₂ условно приняты равными 27,1 и 27,2 МГц соответственно.

Как видно из фиг.3, два мощных сигнала порождают частоты интермодуляционных частот. С повышением порядка амплитуды помехи быстро спадают. Чем более линейным является преобразователь частоты, тем меньше амплитуды интермодуляционных помех и тем быстрее они спадают с повышением их порядка. Линейность преобразователя частоты часто характеризуется также величиной динамического диапазона, т.е. диапазоном амплитуд сигнала от минимального уровня, равного уровню собственных шумов преобразователя частоты, до максимального уровня сигнала, при котором начинает проявляться нелинейность. Поскольку в образовании интермодуляционной помехи участвуют два сигнала, избирательность преобразователя частоты к этим помехам называют "двухсигнальной избирательностью".

Если частота помехи попала в полосу пропускания преобразователя частоты, она принимается на правах полезного сигнала, т.е. никакие фильтры не способны ее устранить.

Использование высокоизбирательных кварцевых фильтров на промежуточной частоте, улучшая избирательность по соседнему каналу, способно помочь в подавлении помехи от одного мощного внеполосного сигнала, но бессильно помочь в подавлении интермодуляционных помех.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по интермодуляционным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и избирательности преобразователя частоты.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и избирательности преобразователя частоты путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по интермодуляционным каналам.

Поставленная задача решается тем, что преобразователь частоты, содержащий последовательно включенные гетеродин, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, первый сумматор, перемножитель, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход является выходом преобразователя частоты, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90^o, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90^o, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, снабжен двумя полосовыми фильтрами, двумя фазоинверторами, вторым и третьим сумматорами, причем к входу преобразователя последовательно подключены первый полосовой фильтр, первый фазоинвертор, второй сумматор, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, второй полосовой фильтр, второй фазоинвертор и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к вторым входам перемножителя, первого и второго смесителей.

Структурная схема предлагаемого преобразователя частоты представлена на фиг. 1. Частотные диаграммы, поясняющие принцип образования дополнительных каналов приема, изображены на фиг.2, 3 и 4.

Предлагаемый преобразователь частоты содержит последовательно подключенные к его входу первый полосовой фильтр 13, первый фазоинвертор 14, второй сумматор 15, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, второй полосовой фильтр 16, второй фазоинвертор 17, третий сумматор 18, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 15, первый смеситель 1, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 2, первый усилитель 3 промежуточной частоты, первый сумматор 4, перемножитель 10, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора 18, узкополосный фильтр 11, амплитудный детектор 12 и ключ 5, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 4, а выход является выходом преобразователя частоты, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина 2 первый фазовращатель 7 на 90^o, второй смеситель 6, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора 18, второй усилитель 8 промежуточной частоты и второй фазовращатель 9 на 90^o, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 4.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте W₃ и по первому комбинационному каналу на частоте Wk₁, обеспечивается "внешним кольцом", состоящим из смесителей 1, 6, гетеродина 2, фазовращателей 7 и 9 на 90^o, усилителей 3 и 8 промежуточной частоты, сумматора 4 и реализующим фазокомпенсационный метод (фиг.2).

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по второму комбинационному каналу на частоте Wk₂ обеспечивается "внутренним кольцом", состоящим из перемножителя 10, узкополосною фильтра 11, амплитудного детектора 12, ключа 5 и реализующим метод узкополосной фильтрации (фиг.2).

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по интермодуляционным каналам в полосе частот ΔWп₁, обеспечивается фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 13, фазоинвертора 14, сумматора 15 и реализующим фазокомпенсационный метод (фиг.3).

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по интермодуляционным каналам в полосе частот ΔWп₂, обеспечивается фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 16, фазоинвертора 17, сумматора 18 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Частота настройки Wн₁ и полоса пропускания полосового фильтра 13 выбирается следующим образом: ΔW_п1=W₂-W₁, где W₁ и W₂ - граничные частоты, определяющие полосу частот ΔWп₁, расположенную "слева" от полосы пропускания ΔWп преобразователя частоты, попадание в которую двух и более сигналов приводит к образованию интермодуляционных помех.

Частота настройки Wнz и полоса пропускания ΔWп₂ полосового фильтра 16 выбираются следующим образом: ΔW_п2=W₄-W₃ где W₃ и W₄ - граничные частоты, определяющие полосу частот, ΔWп₂, расположенную "справа" от полосы пропускания ΔWп преобразователя частоты, попадание в которую двух и более сигналов приводит к образованию интермодуляционных помех.

Частота настройки Wн₃ узкополосного фильтра 11 выбирается равной частоте Wг гетеродина 2 Wнз=Wг.

Преобразователь частоты работает следующим образом. Применяемый сигнал:
Uc(t) = Vc•cos[Wc•t+ϕc], 0≤t≤Tc,
где Vc, Wс, ϕc Tc, - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Через сумматоры 15 и 18, у которых работает только одно плечо, с входа преобразования частоты одновременно поступает на первые входы смесителей 1, 6 и перемножителя 10.

На вторые входы смесителей 1 и 6 подаются напряжения гетеродина 2
Uг₁(t) = Vг(t)•cos(Wг•t+ϕг),
Uг₂(t) = Vг(t)•cos(Wг•t+ϕг+90°).
На выходах смесителей 1 и 6 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 3 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты
Unр₁(t) = Vnp₁•cos[Wnp•t+ϕnp₁];
Unр₂(t) = Vnp₁•cos[Wnp•t+ϕnp₁-90°]; 0≤t≤Tc,
где Vпр₁=1/2K₁•VcVг;
K₁ - коэффициент передачи смесителей;
Wпр=Wс-Wг - промежуточная частота;
ϕnp₁ = ϕc-ϕг.
Напряжение Uпр₂(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 9 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения Uпр₁(t) и Uпр₃(t) поступают на два входа сумматора 4, на выходе которого образуется суммарное напряжение
U_Σ1(t) = V_Σ1•cos(Wnp•t+ϕnp); 0≤t≤Tc,
где V_Σ1 =2Vnp₁.
Это напряжение подается на второй вход перемножителя 10, на выходе которого образуется напряжение

где V₁ = 1/2K₂•VcV_Σ1;
К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Частота настройки Wн₃ узкополосного фильтра выбирается равной частоте Wг гетеродина 2
Wнз=Wг.

Поэтому в полосу пропускания узкополосного фильтра 11 попадает напряжение
U₂(t) = V₁•cos(Wг•t+ϕг),
которое после детектирования в амплитудном детекторе 12 поступает на управляющий вход ключа 5 и открывает его. В исходном состоянии ключ 5 всегда закрыт.

При этом напряжение U_Σ1(t) с выхода сумматора 4 через открытый ключ 5 поступает на выход устройства для дальнейшей обработки.

Описанная выше работа преобразователя частоты соответствует случаю приема сигналов по основному каналу на частоте Wс.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте W₃
Uз(t) = Vз•cos(Wз•t+ϕз), 0≤t≤Tз,
то усилителями 3 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения
Unp₄(t) = Vnp₄•cos(Wnp•t+ϕnp₄),
Unp₅(t) = Vnp₄•cos(Wnp•t+ϕnp₄+90°), 0≤t≤Tз,
где Vпр₄=1/2К₁•VзVг;
Wпр=Wг-Wз - промежуточная частота;
ϕnp = ϕг-ϕз.
Напряжение Uпр₅(t) с выхода усилителя 8 поступает на вход фазовращателя 9 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения Uпр₄(t) и Uпр₆(t), поступающие на два входа сумматора 4, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте Wз, подавляется.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте Wk₁ (фиг.2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте Wк₂
Uк₂(t) = Vк₂•cos(Wк₂•t+ϕк₂), 0≤t≤Tк₂,
то усилителями 3 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения
Unp₇(t) = Vnp₇•cos(Wnp•t+ϕnp₇),
Unp₈(t) = Vnp₇•cos(Wnp•t+ϕnp₇-90°), 0≤t≤Tк₂,
где Vпр₇=1/2К₁•Vк₂Vг;
Wпр=Wк₂-2Wг - промежуточная частота;

Напряжение Uпр₈(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 9 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения Uпр₇(t) и Uпр₉(t) поступают на два входа сумматора 4, на выходе которого образуется суммарное напряжение
U_Σ2(t) = V_Σ2•cos(Wnp•t+ϕnp₇), 0≤t≤Tк₂.
где V_Σ2 = 2Vnp₇.
Это напряжение подается на второй вход перемножителя 10, на первый вход которого поступает принимаемый сигнал Uк₂(t).

На выходе перемножителя 10 образуется следующее напряжение:

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 11. Ключ 5 не открывается, и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте Wк₂, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим комбинационным каналам.

Если ложные сигналы (помехи) принимаются по интермодуляционным каналам в полосе частот ΔWп₁, расположенной "слева" от полосы пропускания ΔWп преобразователя частоты, то они поступают на первый вход сумматора 15, выделяются полосовым фильтром 13, инвертируются по фазе 180^o в фазоинверторе 14 и подаются на второй вход сумматора 15, на выходе которого они компенсируются (фиг.3).

Следовательно, ложные сигналы (помехи), принимаемые по интермодуляционным каналам в полосе частот ΔWп₁, подавляются.

Если ложные сигналы (помехи) принимаются по интермодуляционным каналам в полосе частот ΔWп₂, расположенной "справа" от полосы пропускания ΔWп преобразователя частоты, то они поступают на первый вход сумматора 18, выделяются полосовым фильтром 16, инвертируются по фазе на 180^o в фазоинверторе 17 и подаются на второй вход сумматора 18, на выходе которого они компенсируются (фиг.4).

Следовательно, ложные сигналы (помехи), принимаемые по интермодуляционным каналам в полосе частот ΔWп₂, подавляются.

Таким образом, предлагаемый преобразователь частоты по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых не только по зеркальному каналу на частоте W₃, по комбинационным каналам на частотах Wк₁ и Wк₂, но и по интермодуляционным каналам в полосах частот ΔWп₁ и ΔWп₂, расположенных "слева" и "справа" от полосы пропускания ΔWп преобразователя частоты. Тем самым обеспечивается повышение помехоустойчивости и избирательности преобразователя частоты.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий последовательно включенные гетеродин, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, первый сумматор, перемножитель, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход является выходом преобразователя частоты, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель 90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что он снабжен двумя полосовыми фильтрами, двумя фазоинверторами, вторым и третьим сумматорами, причем к входу преобразователя частоты последовательно подключены первый полосовой фильтр, первый фазоинвертор, второй сумматор, второй полосовой фильтр, второй фазоинвертор и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход третьего сумматора подключен к вторым входам перемножителя, первого и второго смесителей, при этом второй вход второго сумматора соединен с входом преобразователя частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4