Способ преобразования частоты с подавлением зеркальной помехи и преобразователь для его осуществления

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при супергетеродинном приеме радиосигналов для подавления зеркальной помехи. Достигаемый технический результат - расширение арсенала технических средств, а также существенное подавление зеркальной помехи. Заявленный способ заключается в том, что входной сигнал смешивают с сигналом встроенного гетеродина и фильтруют фильтром промежуточной частоты. Перед смешиванием входной сигнал разветвляют на два канала, сигналы в которых фазируют таким образом, чтобы полезный сигнал был синфазным, а сигнал зеркальной помехи стал противофазным. Сфазированные сигналы суммируют. Способ осуществляют с помощью преобразователя, содержащего смеситель (3), фильтр промежуточной частоты (4), гетеродин (5), сумматор (2), линию задержки на полпериода колебания несущей зеркальной помехи (1). При этом частоту гетеродина выбирают так, чтобы частота несущей полезного сигнала была в четное число раз выше частоты несущей зеркальной помехи. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы при супергетеродинном приеме радиосигналов для подавления зеркальной помехи.

Обычно в радиоприемных устройствах применяют супергетеродинную схему, центральным звеном которой является преобразователь частоты. Эта схема была предложена для улучшения избирательности по соседнему каналу. Но вместе с ней возникла известная проблема помехи по зеркальному (симметричному) каналу (шумы, промышленные помехи, мешающие радиостанции). Частично зеркальная помеха подавляется фильтрацией во входной цепи приемника.

Применяются иногда также фазовые методы борьбы с зеркальной помехой в балансных преобразователях частоты и в устройствах с разделением и фазированием сигнала.

Известен способ преобразования частоты радиосигнала, применяемый в обычном супергетеродинном радиоприемнике [Чистяков Н.И., Сидоров В.М. Радиоприемные устройства. - М.: Связь, 1974. - 408 с.], выбранный за прототип, заключающийся в том, что радиосигнал смешивают на нелинейном элементе (смесителе) с сигналом встроенного гетеродина и из продуктов преобразования отфильтровывают сигнал промежуточной частоты.

Недостатком этого способа является слабое подавление зеркальной помехи.

Известен преобразователь частоты обычного супергетеродинного радиоприемника [Чистяков Н.И., Сидоров В.М. Радиоприемные устройства. - М.: Связь, 1974. - 408 с.], выбранный за прототип, содержащий смеситель и фильтр промежуточной частоты, соединенные последовательно, а также гетеродин, выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя. Причем наличие преселектора (предварительного усилителя и входного полосового фильтра) в данном случае является непринципиальным, так как воздействие их одинаково во всех случаях.

В прототипе полезный входной сигнал и зеркальная помеха поступают на смеситель, куда подается также сигнал гетеродина. С выхода смесителя составляющие, появившиеся в результате нелинейного преобразования, подаются на фильтр промежуточной частоты для выделения нужного сигнала. Сигнал промежуточной частоты получается как из полезного сигнала, так и из сигнала, частота которого расположена на оси частот симметрично (зеркально) полезному сигналу относительно частоты гетеродина.

Недостатком рассматриваемого устройства является высокий уровень зеркальной помехи.

Задачей изобретений является расширение арсенала технических средств, а также существенное подавление зеркальной помехи.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе преобразования частоты с подавлением зеркальной помехи, так же как в прототипе, входной сигнал смешивают на нелинейном элементе с сигналом встроенного гетеродина и смесь подают на фильтр промежуточной частоты. В отличие от прототипа перед смешиванием входной сигнал разветвляют на два канала, изменяют их так, чтобы полезный сигнал в них остался синфазным, а зеркальная помеха стала противофазной, затем каналы вновь объединяют, суммируя.

В устройстве поставленная задача решена за счет того, что преобразователь частоты с подавлением зеркальной помехи содержит, так же как в прототипе, смеситель и фильтр промежуточной частоты, соединенные последовательно, а также гетеродин, выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя. В отличие от прототипа, на входе смесителя включен сумматор, один вход которого соединен со входом устройства непосредственно, а второй через линию задержки на полпериода колебания несущей зеркальной помехи, при этом значение частоты гетеродина выбирается так, чтобы частота несущей полезного сигнала была в четное число раз выше частоты несущей зеркальной помехи.

В предложенном способе результат достигается благодаря тому, что при суммировании синфазный сигнал удваивается по амплитуде, а противофазная помеха компенсируется.

Технически это осуществимо, так как имеются такие фазовращатели, которые позволяют требуемым образом фазировать полезный сигнал и помеху [Малютин Н.Д., Семенов Э.В., Маничкин А.Н. Полосковые устройства коррекции фазовых характеристик ВЧ и СВЧ трактов (фазовые фильтры)// Авионика - 2003: Сб. трудов 2-й всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики, Томск, 15-17 апреля 2003 г. - Томск: ТУСУР, 2003. - С.236-238].

В заявляемом устройстве - преобразователе частоты с подавлением зеркальной помехи - используется тот факт, что современные технологии позволяют свободнее манипулировать конфигурацией тракта и выбором промежуточной частоты. Можно выбрать такое соотношение частот сигнала и гетеродина, при котором роль фазовращателя может выполнить линия задержки.

Результат достигается благодаря выбору времени задержки, равному половине периода помехи. На входах сумматора сигналы помехи будут отличаться на это время, то есть станут противофазными, и на сумматоре они скомпенсируются.

Разность фаз полезного сигнала на входах сумматора зависит от его частоты. При выборе частоты сигнала четно кратно выше частоты зеркальной помехи сигнал на входах сумматора будет синфазен, и на выходе сумматора его амплитуда будет равна удвоенной входной.

Технически это осуществимо, так как возможность создания линии задержки не вызывает сомнения.

Способ можно проиллюстрировать очевидным устройством, в котором до смесителя включен сумматор, входы которого, в свою очередь, соединены со входом устройства через фазовращатели, которые настроены так, чтобы на входах сумматора полезный сигнал был синфазным, а зеркальная помеха противофазной. На выходе сумматора сигнал удвоится, а помеха скомпенсируется. Часто может быть достаточно одного фазовращателя. В таком частном случае другой вход сумматора соединится с общим входом устройства непосредственно, что равносильно включению фазовращателя на 0 градусов.

Подробнее следует рассмотреть предлагаемое устройство с применением линии задержки в качестве фазовращателя.

В устройстве реализован частный случай фазирования, когда роль фазовращателя может выполнить линия задержки. При определенных условиях, а именно при выборе такого соотношения частот сигнала и гетеродина, чтобы период полезного сигнала и зеркальной помехи отличались в четное число раз, в частности при частоте сигнала вдвое выше частоты помехи.

Пояснить процесс компенсации зеркальной помехи на сумматоре в данном устройстве можно следующим образом.

В общем случае напряжение входного сигнала можно представить выражением (фиг.1,а):

где A_С, ω_С, A_З, ω_З - соответственно амплитуды и угловые частоты полезного сигнала (кривая С) и зеркальной помехи (кривая З), t - текущее время.

Этот же сигнал, задержанный на полпериода колебания несущей зеркальной помехи (фиг.1, б), то есть при времени задержки τ=1/2fз,

где f_З и f_C - частоты несущих зеркальной помехи и полезного сигнала.

Выходное напряжение сумматора этих двух сигналов (фиг.1, в)

Относительное значение этого напряжения

Отсюда можно найти относительную амплитуду выходного напряжения сумматора (то же, что коэффициент передачи, К)

Последняя зависимость от соотношения частот f_c и f_З показана на фиг.2. Видно, что максимумы повторяются при четной кратности частоты полезного сигнала частоте помехи, max (U_∑/A_С) = 2.

Следует заметить, что на фиг.1 показаны диаграммы как раз для одного из благоприятных случаев, а именно для f_С/f_З=2. Помеха скомпенсирована.

Приведенные соотношения в точности соответствует режиму несущей. При модулированном сигнале результат несколько отличается, так как суммируются сигналы разных времен, смещенные на полпериода (1/2f_З) (как, впрочем, и в других известных фазовых способах), и полного подавления зеркальной помехи принципиально не может быть. Но, тем не менее, оно будет существенным. Можно показать, что в случае амплитудной модуляции при f_C/f_З=2 подавление зеркальной помехи будет примерно равно

На практике это составляет значительный выигрыш, так как частота модуляции F_З, как правило, значительно меньше частоты несущей f_З.

Таким образом, амплитуда несущей сигнала на выходе сумматора зависит от соотношения частот полезного и зеркального каналов и в наиболее интересном случае, при f_С=2·f_З, принимает один из максимумов. То есть, в результате, - не ослаблен сигнал и подавлена помеха.

Ценным свойством предлагаемого изобретения является то, что оно не исключает дополнительного применения известных способов подавления зеркальной помехи, в том числе фазовых, а также позволяет каскадировать ту предложенную часть схемы устройства, которая включена перед смесителем, повышая тем самым степень подавления зеркальной помехи.

На фиг.1 изображены временные диаграммы сигналов сумматора, где кривые С и З относятся соответственно к полезному сигналу и зеркальной помехе: а) на входе устройства; б) после линии задержки; в) на выходе сумматора.

На фиг.2 показана зависимость коэффициента передачи сумматора в зависимости от соотношения частот сигнала и помехи.

На фиг.3 представлена схема преобразователя частоты с подавлением зеркальной помехи.

Заявленный способ может быть осуществлен с помощью преобразователя частоты с подавлением зеркальной помехи (фиг.3), содержащего линию задержки 1, сумматор 2, смеситель 3 и фильтр промежуточной частоты 4, включенные последовательно, а также гетеродин 5, выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя 3. При этом второй вход сумматора 2 соединен со входом устройства непосредственно.

Все перечисленные элементы стандартные. Так, смеситель, гетеродин и фильтр промежуточной частоты являются элементами любого серийного радиоприемника. Линия задержки и сумматор - тоже распространенные элементы радиотехники и радиоэлектроники.

В общем случае, как уже упоминалось, могут быть включены на входе рассмотренной схемы полосовой фильтр и усилитель (на фиг.3 не показаны), также стандартные элементы.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает на сумматор 2 непосредственно и через линию задержки 1. Благодаря наличию линии задержки на полпериода колебания зеркальной помехи и выбору частоты гетеродина 5 такой, чтобы частота полезного сигнала оказалась в четное число раз выше частоты зеркальной помехи, устанавливаются такие фазовые соотношения, что на входах сумматора 2 сигнал синфазен, а зеркальная помеха противофазна (из этого условия следует, что, например, при f_C=2f_З частота гетеродина f_г=0,75f_С=1,5f_З). Тем самым на выходе сумматора 2 помеха будет отсутствовать, так как скомпенсируется сама собою. Далее сигнал поступает на смеситель 3, куда также (на гетеродинный вход) подается сигнал гетеродина 5. Затем со смесителя 3 продукты нелинейного преобразования поступают на фильтр промежуточной частоты 4 для отфильтровывания полезного сигнала, свободного в идеальном случае от зеркальной помехи.

Как пример устройства, реализованного по предлагаемому способу, упомянутое выше устройство с фазовращателями в особом пояснении не нуждается. Выполнимы фазовращатели, которые можно настроить так, чтобы в выбранных диапазонах частот были нужные сдвиги фаз.

1. Способ преобразования частоты с подавлением зеркальной помехи, заключающийся в том, что входной сигнал смешивают с сигналом встроенного гетеродина и фильтруют фильтром промежуточной частоты, отличающийся тем, что перед смешиванием входной сигнал разветвляют на два канала, сигналы в каналах фазируют между собой так, чтобы полезный сигнал в них остался синфазным, а сигнал зеркальной помехи стал противофазным, затем сигналы каналов суммируют.

2. Преобразователь частоты с подавлением зеркальной помехи, содержащий смеситель и фильтр промежуточной частоты, соединенные последовательно, а также гетеродин, вход которого соединен с гетеродинным входом смесителя, отличающийся тем, что частоту гетеродина выбирают так, чтобы частота несущей полезного сигнала была в четное число раз выше частоты несущей зеркальной помехи, а также тем, что на входе смесителя включен сумматор, один вход которого соединен со входом устройства непосредственно, а второй через линию задержки на полпериода колебания несущей зеркальной помехи.