Мультипликативное устройство защиты от широкополосных частотно-модулированных помех
Владельцы патента RU 2336632:
Общество с ограниченной ответственностью "ВТФ-Плюс" (RU)
Устройство относится к радиотехнике и может найти применение в приемных устройствах. Достигаемый технический результат - повышение эффективности работы устройства при использовании частотно-модулированных (ЧМ) сигналов в условиях воздействия ЧМ-помех. Устройство содержит усилитель промежуточной частоты, разветвитель, блок умножения, первый полосовой фильтр нижних частот, усилитель, смеситель, второй полосовой фильтр, первый частотный детектор, первый амплитудный детектор, блок вычитания, второй частотный детектор, второй амплитудный детектор и гетеродин. 2 ил.
Устройство относится к радиотехнике и может найти применение в приемных устройствах.
Известны устройства подавления узкополосных помех, описанные в а.с. №1688416, Н04В 1/10, в патентах РФ №2034403, Н04В 1/10, №2204203, Н04В 1/10, а также устройства подавления широкополосных помех, описанные в патентах RU 2115234 С1, 10.07.1998, RU 2143783 С1, 29.06.1999, RU 2190297 С2, 19.07.2000, недостатком которых является невысокая степень подавления помех.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является мультипликативное устройство защиты от узкополосных помех, описанное в патенте №2287899, Н04В 1/10, опубл. 20.11.2006 г., бюл. №32, принятое за прототип.
Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:
1 - усилитель промежуточной частоты;
2 - разветвитель;
3 - блок умножения;
4 - полосовой фильтр нижних частот;
5 - усилитель.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты 1, разветвитель 2, блок умножения 3, полосовой фильтр нижних частот 4, усилитель 5, причем второй выход разветвителя 2 соединен со вторым входом блока умножения 3, вход усилителя промежуточной частоты 1 является входом устройства, выход усилителя 5 является выходом устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Поступающая с выхода усилителя промежуточной частоты 1 аддитивная смесь сигнала и помехи разделяется на два одинаковых сигнала в разветвителе 2 и поступает на входы умножителя 3. Результат перемножения аддитивной смеси сигнала и помехи самой на себя (комбинационные составляющие) поступает на полосовой фильтр 4.
Полоса фильтра выбирается таким образом, что полосовой фильтр 4 пропускает сигнал в диапазоне частот
fв...fн:
где
В формулах (1), (2) использованы следующие обозначения:
fвс - верхняя частота сигнала;
fнс - нижняя частота сигнала;
fвп - верхняя частота помехи;
fнп - нижняя частота помехи.
То есть полосовой фильтр 4 пропускает комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты
и комбинационные составляющие сигнала разностной частоты
где UС1, UС2, UП, ωС, ωС1, ωС2, ωП, ϕС, ϕС1,ϕС2,ϕП - амплитуда, частота и фаза частотных составляющих сигнала и узкополосной помехи соответственно.
Следовательно, через полосовой фильтр 4 проходят комбинационные составляющие разностной частоты узкополосной помехи и сигнала и не проходят комбинационные составляющие узкополосной помехи, поскольку они находятся вне его полосы пропускания, в случае, когда на входе приемника присутствуют только сигнал и одна узкополосная помеха, или сигнал и несколько узкополосных помех и максимальное «расстояние» по частоте между узкополосными помехами не превосходит значения нижней частоты полосового фильтра 4.
Недостатком устройства-прототипа является низкая эффективность работы устройства при использовании частотно-модулированных (ЧМ) сигналов, поскольку:
- результат перемножения аддитивной смеси сигнала и помехи самой на себя (комбинационные составляющие), прошедший через полосовой фильтр 4, является суммой комбинационных составляющих помехи и сигнала разностной частоты
т.е. низкочастотным сигналом, для которых не существует устройств, эффективно осуществляющих демодуляцию ЧМ-сигналов в низкочастотной области;
- а также напряжение суммы комбинационных составляющих помехи и сигнала разностной частоты, прошедшей через полосовой фильтр 4, пропорционально изменению частоты помехи.
Для устранения указанных недостатков в мультипликативное устройство защиты приемных устройств частотно-модулированных сигналов от широкополосных частотно-модулированных помех, содержащее последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, разветвитель, блок умножения, первый полосовой фильтр нижних частот и усилитель, причем вход усилителя промежуточной частоты является входом устройства, второй выход разветвителя соединен со вторым входом блока умножения, согласно изобретению введены последовательно соединенные смеситель, второй полосовой фильтр, первый частотный детектор, первый амплитудный детектор и блок вычитания, последовательно соединенные второй частотный детектор и второй амплитудный детектор, а также гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, выход усилителя соединен с первым входом смесителя, третий выход разветвителя соединен с входом второго частотного детектора, выход второго амплитудного детектора соединен со вторым входом блока вычитания, выход которого является выходом устройства.
Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - усилитель промежуточной частоты;
2 - разветвитель;
3 - блок умножения;
4 - полосовой фильтр нижних частот;
5 - усилитель;
6 - смеситель;
7 - второй полосовой фильтр;
8 - первый частотный детектор;
9 - первый амплитудный детектор;
10 - блок вычитания;
11 - гетеродин;
12 - второй частотный детектор;
13 - второй амплитудный детектор.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты 1, разветвитель 2, блок умножения 3, полосовой фильтр нижних частот 4, усилитель 5, смеситель 6, второй полосовой фильтр 7, первый частотный детектор 8, первый амплитудный детектор 9, блок вычитания 10, выход которого является выходом устройства. Кроме того, последовательно соединенные второй частотный детектор 12 и второй амплитудный детектор 13, выход которого соединен со вторым входом блока вычитания 10, а также гетеродин 11, выход которого соединен со вторым входом смесителя 6. При этом второй выход разветвителя 2 соединен со вторым входом блока умножения 3, а третий выход разветвителя 2 соединен с входом второго частотного детектора 12. Вход усилителя промежуточной частоты 1 является входом устройства.
Предлагаемое устройство для случая использования частотно-модулированного сигнала и частотно модулированных помех работает следующим образом.
Результирующий сигнал на выходе блока умножения 3 может быть записан следующим образом:
Полосовой фильтр 4 пропускает комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты:
В смесителе 6 осуществляется перенос спектра сигнала на промежуточную частоту.
Полоса второго полосового фильтра 7 выбирается равной
fвф...fнф:
где 
где fвф, fнф - верхняя и нижняя частота полосы пропускания второго полосового фильтра 7 соответственно;
fвс - верхняя частота сигнала;
fнп - нижняя частота помехи;
fнс - нижняя частота сигнала;
fвп - верхняя частота помехи;
ωС, ωП - частота сигнала и помехи, соответственно;
ωг - частота гетеродина.
Таким образом, на выход второго полосового фильтра 7 проходят только комбинационные составляющие сигнала и помехи.
На выходе первого частотного детектора 8 сигнал может быть записан:
где Uвх - амплитуда сигнала на входе первого частотного детектора 8,
Кчд1 - коэффициент преобразования первого частотного детектора 8,
ωг - частота гетеродина.
На выходе первого амплитудного детектора 9 сигнал может быть записан следующим образом:
где Uвхд1 - амплитуда сигнала на входе первого амплитудного детектора 9;
Кnp1 - коэффициент преобразования первого амплитудного детектора 9.
На вход второго частотного детектора 12 поступает часть аддитивной смеси сигнала и помехи. Во втором частотном детекторе 12 сигнал подавляется мощной помехой. Сигнал на выходе второго частотного детектора 12 записывается в виде
где UП1 - амплитуда помехи на входе второго частотного детектора 12,
Кчд2 - коэффициент преобразования второго частотного детектора 12.
На выходе второго амплитудного детектора 13 помеха может быть записана следующим образом
где UП2 - амплитуда сигнала на входе второго амплитудного детектора 13,
Кпр2 - коэффициент преобразования второго амплитудного детектора 13.
В блоке вычитания 10 помеха компенсируется при условии, что коэффициент усиления усилителя 5 выбран так, что амплитуды составляющей помехи на выходе первого амплитудного детектора 9 и на выходе второго амплитудного детектора 13 достаточно близки. Следовательно, на выходе устройства присутствует напряжение, амплитуда которого пропорциональна изменению частоты только сигнала.
Коэффициент усиления усилителя 5 может, например, регулироваться вручную. При передаче речевого сигнала фактом того, что коэффициент усиления усилителя 5 выставлен правильно, может служить факт правильного прослушивания речи.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает нормальную работу приемника независимо от уровня помех (в пределах динамического диапазона приемника) в случае использования частотно-модулированных сигналов при защите радиоприемных устройств от частотно-модулированных помех, когда ширина полосы частот узкополосных помех и «расстояние» по частоте между ними не превышает значения нижней частоты полосового фильтра нижних частот, а также может использоваться для передачи информации в случае воздействия мощных широкополосных помех, которые представляют собой набор узкополосных частотно-модулированных помех, разнесенных по частоте на расстояние, равное минимальной ширине полосы частот приемных устройств радиостанций.
Мультипликативное устройство защиты приемных устройств частотно-модулированных сигналов от широкополосных частотно-модулированных помех, содержащее последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, разветвитель, блок умножения, первый полосовой фильтр нижних частот и усилитель, причем вход усилителя промежуточной частоты является входом устройства, второй выход разветвителя соединен со вторым входом блока умножения, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные смеситель, второй полосовой фильтр, первый частотный детектор, первый амплитудный детектор и блок вычитания, последовательно соединенные второй частотный детектор и второй амплитудный детектор, а также гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, выход усилителя соединен с первым входом смесителя, третий выход разветвителя соединен с входом второго частотного детектора, выход второго амплитудного детектора соединен со вторым входом блока вычитания, выход которого является выходом устройства.
