Фазокомпенсационный преселектор-смеситель приемника радиосигналов

Изобретение относится к области приема радиосигналов. Достигаемый технический результат - повышение качества приема за счет повышения степени подавления зеркального канала приема до требуемого значения σ₃=80 дБ. Фазокомпенсационный преселектор-смеситель приемника радиосигналов содержит усилитель радиочастоты, четыре смесителя, два гетеродина, два фазовращателя на 90°, фазоинвертор, сумматор, фильтр сосредоточенной селекции. 2 ил.

 

Изобретение относится к области приема радиосигналов.

Известны фазокомпенсационные преселекторы-смесители (преобразователи частоты) приемника радиосигналов, описанные в литературе, например, в:

1. Горелов Г.В., Фомин А.Ф., Волков А.А., Котов В.К. Теория передача сигналов на железнодорожном транспорте. - М:. Транспорт, 2001, с.304-306.

2. Верзунов М.В. и др. Однпополосная модуляция. - М.: Воениздат, 1962, с.95-101.

3. Момот Е.Г. Проблемы и техника синхронного радиоприема. - М.: Наука, 1961, с.59-60.

По технической сущности наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за его прототип. Во втором и третьем источниках описаны аналоги изобретения.

Прототип состоит из двух смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°, полосового фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем входы обоих смесителей соединены между собой накоротко и подключены к выходу усилителя радиочастоты (УРЧ) приемника; выход первого смесителя подключен к одному входу сумматора непосредственно, а выход другого смесителя подключен ко второму входу сумматора через последовательно соединенные полосовой фазовращатель на 90° и фазоинвертор; выход сумматора подключен к входу ФСС; выход гетеродина соединен со вторым вводом первого смесителя непосредственно и со вторым входом второго смесителя - через фазовращатель на 90°.

Основным недостатком прототипа является относительно низкая степень подавления зеркального канала σ_З=30 дБ из-за большой погрешности Δφ=2°-3° фазового сдвига на угол φ=90° в полосовом фазовращателе, что приводит к существенному снижению качества радиоприема.

Техническим результатом изобретения является повышение качества радиоприема за счет повышения степени подавления зеркального канала до требуемого значения σ_З=80 дБ.

Сущность изобретения состоит в том, что в фазокомпенсационный преселектор-смеситель приемника радиосигналов, состоящий из усилителя радиочастоты (УРЧ), первого и второго смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°; фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем сигнальные входы обоих смесителей соединены между собой накоротко и подключены к выходу УРЧ приемника, а гетеродин своим выходом подключен по второму входу первого смесителя непосредственно и ко второму входу второго смесителя - через фазовращатель на 90°; выход сумматора соединен со входом ФСС, введены дополнительно третий и четвертый смесители, второй гетеродин и второй фазовращатель на 90°; причем выход первого смесителя соединен с первым входом сумматора через третий смеситель, а выход второго смесителя соединен со вторым входом сумматора через последовательно включенные четвертый смеситель и второй фазоинвертор; выход второго гетеродина подключен ко второму входу третьего смесителя непосредственно и ко второму входу четвертого смесителя сигнала - через второй фазовращатель на 90°.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого фазокомпенсационного преселектора-смесителя, а на фиг.2 - частоты полезного сигнала ω_с, гетеродина ω_г зеркального канала ω_з, промежуточной частоты ω_пр.

На фиг.1 обозначено:

1 - усилитель радиочастоты (УРЧ);

2, 5, 6, 9 - смесители (преобразователи частоты сигналов);

3, 7 - гетеродины;

4, 8 - фазовращатели на 90°;

10 - сумматор;

11 - фазоинвертор;

12 - фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

13 - усилитель радиочастоты (УРЧ);

14 - детектор.

В целом - это схема радиоприемника. Блоки фазокомпенсационного преселектора-смесителя обведены пунктирной линией, а введенные элементы обведены точками.

Работа схемы происходит следующим образом:

u_c(t)=U_csin[ω_ct+θ_c(λ₀,t)].

С выхода УРЧ 1 сумма сигналов основного и зеркального u_с(t)=U_сsin[ω_сt+θ_с(λ_с,t)] каналов, т.е. u₁(t)=u_c(t)+u_з(t),

поступает на одни входы первого 2 и второго 5 смесителей. Здесь θ(λ,t) - составляющая фаза сигнала, несущая информацию о передаваемом сообщении λ(t).

Колебания гетеродина 3 u_г(t)=U_гsinω_гt подаются на второй вход первого смесителя 2 непосредственно и на второй вход второго смесителя 5 - через фазовращатель 4 на 90°, т.е.

,

где выбрано ω_г>ω_с, как показано на фиг.2. На выходе смесителей 2, 5, представляющих собой в эквиваленте перемножители сигналов с активной нагрузкой, образуются колебания:

u₂(t)=u₁(t)·u_г(t)=0,5U₁U₂{cos[(ω_г-ω_с)t-θ_c(λ_c,t)]+cos[ω_з-ω_г)t+θ_з(λ_з,t)]+в.ч.},

u₅(t)=u₁(t)·u₄(t)=0,5U₁U_г{-sin[(ω_г-ω_с)t-θ_c(λ_c,t)]+sin[ω_з-ω_г)t+θ_з(λ_з,t)]+в.ч.}.

Здесь высокочастотные (в.ч.) составляющие представляют собой не разницу, а сумму частот, которые затем отображаются в ФСС.

Разница частот в обоих случаях равна первой промежуточной частоте

ω_пр1=ω_г-ω_с=ω_з-ω_г.

Видно, что колебания u₂(t) и u₅(t) находятся в квадратуре между собой и поэтому, невзирая на разные знаки сигналов основного и зеркального каналов в u₅(t), исключить зеркальный канал путем вычитания u₅(t) из u₂(t) невозможно.

Для такого исключения зеркального канала и введены указанные выше дополнительные элементы, обведенные точками на фиг.1.

Далее колебание u₂(t) поступает на один вход третьего перемножителя 6, а колебание u₅(t) - на один вход четвертого перемножителя 9. Колебания второго гетеродина 7 u₇(t)=U₇sinω₇t поступают на второй вход перемножителя 6 непосредственно и на второй вход перемножителя 9 - через второй фазовращатель на 90° 8, т.е.

Частота колебания гетеродина 7 ω₇<ω_пр1. Например, для стандартных промежуточных частот, используемых в железнодорожных радиостанциях системы ЖР-У,

f_пр2=1,59 МГц, частота второго гетеродина f_г2=24-1,59=22,41 МГц.

Поэтому на выходе перемножителей 6, 9 с активной нагрузкой будут колебания:

u₆(t)=u₂(t)u₇(t)=0,25U₁U_гU₇{sin[(ω_пр1-ω₇)t-θ_с(λ_с,t)]+sin[(ω_пр1-ω₇)t+θ_з(λ_з,t)]+В.Ч.},

u₉(t)=u₅(t)u₈(t)=0,25U₁U_гU₇{-sin[(ω_пр1-ω₇)t-θ_с(λ_с,t)]+sin[(ω_пр1-ω₇)t+θ_з(λ_з,t)]+В.Ч.}.

Здесь в В.Ч. входит предыдущие в.ч. и суммарные частоты второго преобразования, которые много больше второй промежуточной частоты ω_пp2=ω_пр1-ω₇.

Для приведенного выше примера сумма f_пр1+f₇=24+22,41=46,4 МГц>>1,59 МГц и поэтому ФСС, настроенный на f_пр2=1,59 МГц, не пропускает на свой выход частоту 46,4 МГц.

В результате второго преобразования частоты сигналы основного канала на выходе блоков 6 и 9 находятся в противофазе, а сигналы зеркального канала - в фазе. Теперь можно исключить зеркальный канал путем вычитания u₉(t) из u₆(t).

Для этого колебания u₆(t) подаются на один вход сумматора 10 непосредственно, а колебания u₉(t) - на другой его вход через аналоговый фазоинвертор 11, в результате чего на выходе сумматора 10 имеется только колебание основного канала:

u₁₀(t)=u₆(t)-u₉(t)=0,59U₁U_ГU₇sin[ω_пр2t-θ_c(λ_c,t)]+В.Ч.

Далее сигнал u₁₀(t) поступает на вход ФСС 12, пропускающий на свой выход только основной сигнал второй промежуточной частоты ω_пр и не пропускающий В.Ч. составляющие.

Так фазокомпенсационным способом с помощью введенных элементов подавляется зеркальный канал. Степень этого подавления при одинаковых уровнях сигналов u_σ(t) и u₉(t) определяется выражением: σ_здб=lgsin0,5Δφ.

Так как фазовому сдвигу на 90° подвергается колебание гетеродина только одной частоты, то Δφ можно обеспечить очень малым, вплоть до 7 минут.

В этом случае σ_з=80 дБ вместо 35, как в прототипе. Так как вторая промежуточная частота низкая (ω_пр2<ω_пр1), то существенно упрощается ФСС на выходе сумматора. Но при втором преобразовании частоты появляется второй зеркальный канал, отстоящий от частоты ω_пр1 полезного сигнала на 2ω_пр2.

Второй зеркальный канал автоматически устраняется, как и первый, фазокомпенсационно, что можно показать аналитически, выделив из u_пр1(t) составляющую, частота которой ниже частоты второго гетеродина ω₇ на ω_пр2.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение качества речевых сообщений за счет подавления побочных каналов приема фазокомпенсационным способом с высокой степенью 80 дБ вместо 35 дБ и упрощения и удешевления приемника.

Фазокомпенсационный преселектор-смеситель приемника радиосигналов, состоящий из усилителя радиочастоты (УРЧ), первого и второго смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем сигнальные входы обоих смесителей соединены между собой и подключены к выходу УРЧ приемника, а гетеродин своим выходом подключен ко второму входу первого смесителя непосредственно и ко второму входу второго смесителя через фазовращатель на 90°; выход сумматора подключен к входу ФСС, отличающийся тем, что в него введены дополнительно третий и четвертый смесители, второй гетеродин и второй фазовращатель на 90°, причем выход первого смесителя подключен к одному входу сумматора через третий смеситель, а выход второго смесителя подключен к другому входу сумматора через последовательно включенные четвертый смеситель и фазоинвертор; выход второго гетеродина подключен к другому входу третьего смесителя непосредственно и к другому входу четвертого смесителя через второй фазовращатель на 90°.