Супергетеродинный приемник-частотомер

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве панорамного супергетеродинного приемника с частотным анализом, работающим в условиях приема в широком динамическом и частотном диапазонах. Супергетеродинный приемник-частотомер содержит усилитель входных сигналов, к выходу которого подсоединены два приемных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных смесителя, полосового фильтра промежуточной частоты, усилителя промежуточной частоты и измерителя промежуточной частоты, два гетеродина на основе цифрового синтезатора частоты, схему управления частотой гетеродинов, схему сравнения кодов и решающее устройство. Использование гетеродинов с фиксированным сдвигом по частоте при их перестройке, выбор соотношения полос фильтров промежуточной частоты позволяет отказаться от использования специализированного канала защиты от приема на зеркальной частоте и осуществить прием и измерение параметров сигнала одновременно как в основной, так и зеркальной полосе частот. Технический результат - увеличение полосы одновременного приема и измерения параметров сигналов при заданной полосе тракта промежуточной частоты. 4 ил.

 

Предлагаемый супергетеродинный приемник-частотомер относится к радиотехнике и может использоваться в качестве панорамного супергетеродинного приемника с частотным анализом, работающим в условиях приема в широком динамическом и частотном диапазонах.

Известные супергетеродинные приемники, осуществляющие перенос сигналов в полосу промежуточных частот с помощью смесителя и гетеродина, помимо измерительного канала, как правило, формируют специальный канал защиты от приема на зеркальной частоте, поскольку прием сигналов в зеркальной полосе частот вносит неопределенность и грубую ошибку в измерение таких основных параметров сигнала, как частота и фаза. Сложность канала защиты от приема на зеркальной частоте возрастает по мере расширения диапазона частот и динамического диапазона принимаемых сигналов, см. Ball D.M., Disman R.I., Receiver system including spurious signal detector, патент США 3396395, 06.08.1968 г.

Известен супергетеродинный приемник, см. патент США 3936753, 03.02.1976 г., в котором реализован фазовый способ защиты от приема на зеркальной частоте. Устройство содержит измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных усилителя, смесителя, ко второму входу которого подключен гетеродин, усилителя промежуточной частоты и измерителя промежуточной частоты, дополнительный фазовый канал защиты от приема на зеркальной частоте и решающее устройство, запрещающее прием при попадании сигнала в зеркальную полосу частот.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является супергетеродинный приемник мгновенного измерения частоты (МИЧ), приведенный в статье Щербак В.И. и Водянина И.И. "Приемные устройства систем радиоэлектронной борьбы". Зарубежная радиоэлектроника, 1987 г., №5. Устройство содержит последовательно соединенные усилитель, смеситель (преобразователь), ко второму входу которого подключен гетеродин, измеритель промежуточной частоты, дополнительный амплитудный канал защиты от приема на зеркальной и комбинационных частотах и решающее устройство - формирователь выходного сигнала.

Недостатком устройства, кроме сложного канала защиты, является прием и измерение параметров сигнала только в основной полосе приема, образующейся на выходе преобразователя.

Задачей изобретения является упрощение супергетеродинного приемника моноимпульсного измерения частоты и удвоение широкой полосы одновременного приема и измерения параметров сигнала. Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель входных сигналов, первый смеситель, первый полосовой фильтр промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый измеритель промежуточной частоты, выход которого подключен к первому входу решающего устройства, причем ко второму входу смесителя подсоединен выход первого гетеродина, вход которого соединен с первым выходом схемы управления частотой гетеродинов, третий выход которой соединен со вторым входом решающего устройства, введены второй гетеродин и последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр промежуточной частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй измеритель промежуточной частоты и схема сравнения кодов, второй вход которой соединен с выходом второго измерителя промежуточной частоты, первый вход схемы сравнения кодов подсоединен к выходу первого измерителя промежуточной частоты, а выход схемы сравнения кодов подключен к третьему входу решающего устройства, вход второго гетеродина соединен со вторым выходом схемы управления частотой гетеродинов, а выход подключен ко второму входу второго смесителя.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема цифрового синтезатора частоты гетеродина; на фиг.3 - частотная диаграмма, иллюстрирующая прием в основной и зеркальной полосе; на фиг.4 - структурная схема моноимпульсного измерителя частоты.

Супергетеродинный приемник-частотомер содержит усилитель 1 входных сигналов, первый 2 и второй 3 смесители, первый 4 и второй 5 гетеродины, первый 6 и второй 7 полосовые фильтры промежуточной частоты, первый 8 и второй 9 усилители промежуточной частоты, первый 10 и второй 11 измерители промежуточной частоты, схему сравнения кодов 12, схему управления частотой гетеродинов 13 и решающее устройство 14. Причем к выходу усилителя входных сигналов 1 последовательно подключены первый смеситель 2, ко второму входу которого подключен первый гетеродин 4, первый полосовой фильтр промежуточной частоты 6, первый усилитель промежуточной частоты 8, первый измеритель промежуточной частоты 10 и первый вход схемы сравнения кодов 12. Дополнительно к выходу усилителя 1 последовательно подключены второй смеситель 3, ко второму входу которого подсоединен второй гетеродин 5, второй полосовой фильтр промежуточной частоты 7, второй усилитель промежуточной частоты 9, второй измеритель промежуточной частоты 11 и второй вход схемы сравнения кодов 12. Ко входу первого гетеродина 4 подключен первый выход схемы управления частотой гетеродинов 13, второй выход которой подключен ко входу второго гетеродина 5. К выходу схемы сравнения кодов 12 подключен третий вход решающего устройства 14, первый вход которого подсоединен к выходу первого измерителя частоты 10, а второй вход решающего устройства 14 подсоединен к третьему выходу схемы управления частотой гетеродинов 13.

Супергетеродинный приемник-частотомер работает следующим образом. Сигнал с антенны А поступает на вход усилителя 1, с выхода усилителя 1 сигнал подается на вход смесителя 2 (3), на второй вход которого подается сигнал гетеродина 4 (5). На выходе смесителя 2 (3) выделяется сигнал разностной (промежуточной) частоты с помощью полосового фильтра промежуточной частоты 6 (7). Поиск входных сигналов в полосе приема

где f_В - верхняя частота приема;

f_Н - нижняя частота приема;

осуществляется за счет перестройки гетеродина 4 (5), на вход которого поступает сигнал управления из схемы управления частотой гетеродинов 13. Гетеродин 4 (5) выполняется как цифровой синтезатор частоты, структурная схема которого показана на фиг.2. Сигнал частотой f_ОБР с выхода генератора образцовой частоты 15 поступает на первый вход интегральной схемы 16, выход которой через фильтр низкой частоты 17 поступает на вход генератора, управляемого напряжением (ГУН) 18. Второй вход интегральной схемы 16 подсоединен к выходу ГУН 18, который является выходом гетеродина 4 (5). На третий вход интегральной схемы 16 поступает сигнал управления с коэффициентом деления, соответствующим заданной частоте гетеродина f_Г. Тип интегральной схемы (ИС) 16, которая включает в себя частотно-фазовый детектор, делитель образцовой частоты и программируемый делитель частоты гетеродина, выбирается в зависимости от диапазона входных частот приемника Δf_С. При работе в диапазоне частот до нескольких ГГц удовлетворяет, например, ИС типа AD4153 фирмы Analog Devices. Работу до 900 МГц обеспечивает отечественная ИС типа КН1015ПЛ5А (см. Радио, 1999, №5, с.45-46).

Полоса одновременного приема (ΔF) всего устройства формируется с помощью полосового фильтра 6 (7), ширина полосы (ΔF_ПЧ) которого равна

Ширина спектра (ΔFc) любого из входных сигналов не превышает полосы пропускания тракта промежуточной частоты, т.е.

Частота f₁ первого гетеродина 4 выбирается выше частоты f_Г2 второго гетеродина 5, так что при поиске сигналов в полосе Δf_С всегда сохраняется условие f_Г1>f_Г2 и

На фиг.3 представлена частотная диаграмма, иллюстрирующая прием в основной полосе, когда выполняется условие

и в зеркальной полосе приема, когда выполняется условие

В рассматриваемом случае широкополосного приема выполняется также условие

Как следует из диаграммы на фиг.3, при приеме сигналов в основной полосе с частотой f_OCH величина промежуточной частоты в первом канале

получается меньше величины промежуточной частоты во втором канале

т.е. f_ПЧ1<f_ПЧ2. При этом справедливо равенство

При приеме сигналов в зеркальной полосе с частотой f_ЗЕРК, наоборот, f_ПЧ1>f_ПЧ2 и выполняется равенство

Сравнение промежуточных частот на выходе первого и второго каналов позволяет определить полосу приема (основная или зеркальная) и найти частоту сигнала при приеме в основной полосе как

а при приеме в зеркальной полосе как

Полосовые фильтры 6 и 7 промежуточной частоты выполняются практически одинаковыми. Средняя частота этих фильтров одна и та же. Ширина полосы фильтра 7 второго канала делается на величину 2Δf_Г больше, чем ширина полосы (ΔF_ПЧ) фильтра 6 первого канала. Сигнал с выхода фильтра 6 (7) усиливается усилителем промежуточной частоты 8 (9) и поступает на измеритель промежуточной частоты 10 (11).

Измеритель промежуточной частоты 10 (11) выполняется по известной схеме приемника мгновенного (моноимпульсного) измерения частоты (см. Stein К.J. - Aviation Week & Space Technology, 1981, v.115, №1).

На фиг.4 изображена структурная схема моноимпульсного измерителя промежуточной частоты с одной линией задержки (с однобазовым измерителем разности фаз), реализация которого значительно проще, чем реализация приемника МИЧ на основной частоте сигнала. Сигнал промежуточной частоты f_ПЧ1(2) разветвляется на два синфазных сигнала с помощью разветвителя 19. Первый выход разветвителя 19 поступает на первый вход моноимпульсного измерителя разности фаз 21, а второй выход разветвителя 19 подается на второй вход измерителя разности фаз 21 через широкополосную линию задержки 20. С выхода измерителя разности фаз 21 параллельный двоичный код разности фаз (ϕ) подается на преобразователь 22 кода ϕ в код частоты (f_ПЧ). С выхода преобразователя 22 код промежуточной частоты (код ПЧ) подается дальше на первый вход решающего устройства 14. Величина разности фаз ϕ сигналов, подаваемых на входы измерителя разности фаз 21, при заданной (постоянной) величине задержки второго сигнала по времени, создаваемой линией задержки 20, прямо пропорционально зависит от величины промежуточной частоты F_ПЧ сигнала на выходе первого усилителя промежуточной частоты 8.

На второй вход решающего устройства 14 поступает текущий код частоты первого гетеродина 4 с третьего выхода схемы управления (контроллера) 13. Решающее устройство осуществляет сложение этих кодов согласно уравнению (12), если на третий вход решающего устройства поступает команда с выхода схемы сравнения кодов 12, соответствующая приему сигнала f_С в основной полосе, когда выполняется условие (5). Когда выполняется условие (6) и осуществляется прием сигнала в зеркальной полосе частот, соответствующая команда с выхода схемы сравнения кодов 12 приводит к вычитанию кодов согласно уравнению (13), выполняемому решающим устройством 14. На выходе решающего устройства получаем код частоты сигнала f_С, независимо от того, в какой полосе (основной или зеркальной) осуществляется прием сигнала в данный момент.

Таким образом, вместо использования сложного канала защиты от приема на зеркальной частоте предлагаемое устройство путем введения второго гетеродина и последовательно соединенных второго смесителя, второго полосового фильтра, второго усилителя промежуточной частоты, второго измерителя промежуточной частоты и схемы сравнения кодов позволяет осуществлять прием одновременно как в основной, так и в зеркальной полосе частот, что приводит при заданной полосе промчастотного тракта к увеличению полосы одновременного приема и измерения параметров сигналов в два раза по сравнению с традиционной схемой супергетеродинного приемника.

Супергетеродинный приемник-частотомер, содержащий последовательно соединенные усилитель входных сигналов, первый смеситель, первый полосовой фильтр промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый измеритель промежуточной частоты, выход которого подключен к первому входу решающего устройства, к второму входу смесителя подсоединен выход первого гетеродина, вход которого соединен с первым выходом схемы управления частотой гетеродинов, отличающийся тем, что введены второй гетеродин, вход которого соединен с вторым выходом схемы управления частотой гетеродинов, и последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр промежуточной частоты, второй усилитель промежуточной частоты и второй измеритель промежуточной частоты и схема сравнения кодов, первый и второй входы схемы сравнения подключены к выходам первого и второго измерителей промежуточной частоты соответственно, а ее выход - к третьему входу решающего устройства, второй вход которой подключен к выходу второго измерителя промежуточной частоты, при этом решающее устройство выполнено с возможностью при поступлении на третий вход команды с выхода схемы сравнения, соответствующей приему сигнала в основной полосе, вычислить код частоты принимаемого сигнала в основной полосе приема по формуле где f_г1 - текущий код частоты первого гетеродина, f_пч1 - текущий код промежуточной частоты на выходе первого измерителя частоты, а при поступлении на третий вход команды с выхода схемы сравнения, соответствующей приему сигнала в зеркальной полосе, вычислить код частоты принимаемого сигнала в зеркальной полосе приема по формуле частота первого гетеродина выбрана выше частоты второго гетеродина, разнос частот Δf_г гетеродинов при их перестройке сохраняется постоянным по величине и знаку, а ширина полосы второго фильтра промежуточной частоты превышает ширину полосы первого полосового фильтра промежуточной частоты на величину 2Δf_г.