Способ демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов и устройство его реализации

Группа изобретений относится к области радиосвязи и радиолокации. Технический результат изобретения заключается в расширении области физической реализуемости изменения действительной и мнимой составляющих сопротивлений источника сигнала и нагрузки, в пределах которых одновременно обеспечивается требуемое значение модулей и фаз коэффициентов передачи. Отличие способа демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов состоит в том, что в качестве нелинейного элемента используют трехполюсный нелинейный элемент, четырехполюсник выполняют комплексным из реактивных и резистивных элементов, трехполюсный нелинейный элемент включают между источником фазомодулированного или частотно-модулированного сигнала и входом четырехполюсника по схеме с общим одним из трех электродов, между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот включают в поперечную цепь введенную высокочастотную нагрузку. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Группа изобретений относится к области радиосвязи и радиолокации и может быть использована для демодуляции фазоманипулированных, фазомодулированных, частотно-манипулированных и частотно-модулированных сигналов.

Известен способ демодуляции фазомодулированных сигналов (ФМС), состоящий в том, что на два нелинейных элемента одновременно подаются в противофазе высокочастотный ФМС и в фазе высокочастотное опорное колебание с частотой, равной несущей частоте ФМС. В результате происходит сравнение изменяемой во времени фазы ФМС и постоянной фазы опорного колебания, в следствие чего осуществляется преобразование ФМС в амплитудно-модулированный и фазомодулированный сигнал (АФМС). При этом амплитуда изменяется по закону изменения фазы. Этот сигнал далее испытывает такие же преобразования, как и в амплитудном демодуляторе [Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988, стр.286-292]. Это означает, что на нелинейных элементах спектр АФМС разрушается (разлагается) на низкочастотные и высокочастотные составляющие. Далее с помощью фильтра нижних частот выделяется низкочастотная составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения фазы входного ФМС. Затем, с помощью разделительной емкости, включенной в продольную цепь (последовательно), устраняется постоянная составляющая, возникшая на нелинейных элементах в результате взаимодействия с АФМС. После этого низкочастотные колебания, содержащие полезную информацию, выделяются на низкочастотной нагрузке.

Этот способ и устройство можно использовать и для демодуляции частотно-модулированных сигналов (ЧМС), в которых фаза изменяется по закону интеграла от частоты. Для этого низкочастотные колебания, содержащие полезную информацию, необходимо подать на дифференцирующую цепь.

Недостаток такого способа и устройства его реализации состоит в том, что для выделения низкочастотного сигнала, амплитуда которого изменяется в соответствии с законом изменения фазы высокочастотного ФМС, необходимо наличие генератора опорных колебаний. Другим недостатком является отсутствие возможности коррекции коэффициента амплитудной модуляции АФМС, что при прохождении через резонансные цепи приводит к уменьшению-этой характеристики, то есть к известному явлению частичной демодуляции АФМС или к снижению помехоустойчивости. Основным недостатком является малая величина квазилинейного участка фазовой демодуляционной характеристики из-за использования только реактивных элементов и отсутствия выбора их параметров по критерию преобразования ФМС в АФМС в заданной полосе частот или на заданном количестве частот. В режиме частотной демодуляции основным недостатком является малая величина квазилинейного участка частотной демодуляционной характеристики из-за использования только реактивных элементов и отсутствия выбора их параметров по критерию преобразования ЧМС в амплитудно-модулированный и ЧМС (АЧМС) в заданной полосе частот или на заданном количестве частот.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов, состоящий в том, что для демодуляции ФМС и ЧМС используют частотный детектор, состоящий из каскадно-соединенных амплитудного ограничителя, преобразователя ЧМС АЧМС в виде параллельного колебательного контура и обычного амплитудного демодулятора. Далее процесс выделения низкочастотной составляющей осуществляется так же, как описано выше. Особенность использования этого частотного детектора для демодуляции ФМС состоит в том, что если частота несущего сигнала ФМС расположена на правом склоне амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) контура, то низкочастотную составляющую подают на дифференцирующую цепь. Если частота несущего сигнала ФМС расположена на левом склоне АЧХ контура, то низкочастотную составляющую подают на интегрирующую цепь. В результате на выходе устройства имеем низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону изменения фазы входного высокочастотного фазомодулированного колебания.

Особенность использования этого частотного детектора для демодуляции ЧМС состоит в том, что если частоту несущего сигнала ЧМС располагают на левом склоне АЧХ контура. При этом амплитуда АЧМС изменяется по закону изменения частоты [Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988, стр.286-292]. При необходимости между источником модулированных сигналов и нелинейным элементом или между нелинейным элементом и нагрузкой включают реактивный или резистивный четырехполюсник для согласования и дополнительной селекции сигнала и помехи. В результате на выходе устройства имеем низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты входного высокочастотного частотномодулированного колебания.

Недостаток способа и устройства его реализации состоит в том, что после преобразования ФМС в АФМС коэффициент амплитудной модуляции АФМС не контролируется и, как правило, бывает незначительным по величине, что ухудшает помехоустойчивость [Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988, стр.286-292. Гоноровский И.С.Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986, стр.247-252]. Основным недостатком является малая величина квазилинейного участка демодуляционной характеристики из-за использования только реактивных элементов и отсутствия выбора их параметров по критерию преобразования ФМС в АФМС в заданной полосе частот или на заданном количестве частот. В режиме частотной демодуляции основным недостатком является малая величина квазилинейного участка частотной демодуляционной характеристики из-за использования только реактивных элементов и отсутствия выбора их параметров по критерию преобразования ЧМС в амплитудно-модулированный и ЧМС (АЧМС) в заданной полосе частот или на заданном количестве частот.

Кроме того, классическая теория радиотехнических цепей предполагает, что нелинейный элемент является чисто резистивным и безынерционным, в связи с чем он никак не реагирует на изменение частоты и фазы входного сигнала, а реагирует только на изменение амплитуды. Между тем, повседневный опыт показывает, что нелинейные элементы имеют внутренние емкости и индуктивности, которые оказывают существенное влияние на формирование зависимости их проводимости (сопротивления или элементов матрицы проводимостей или сопротивлений) от частоты и фазы. Особенно существенно это проявляется с повышением частоты, к чему в настоящее время в основном стремятся проектировщики новых систем и средств радиосвязи.

Следующим важным недостатком всех перечисленных способов и устройств является то, что все элементы четырехполюсников (согласующих устройств) выполнены реактивными, что связано со стремлением разработчиков не вносить дополнительных потерь путем использования комплексных двухполюсников на основе как реактивных, так и резистивных элементов. При использовании в согласующих устройствах только реактивных или только резистивных элементов не всегда удается обеспечить условия согласования по критерию обеспечения требуемых значений модулей и фаз коэффициентов передачи в двух состояниях управляемого нелинейного элемента, определяемых двумя частотами входного ФМС или входного ЧМС, в интересах формирования заданного склона АЧХ, поскольку они имеют определенные области физической реализуемости (области изменения действительной и мнимой составляющих сопротивлений источника сигнала и нагрузки), в пределах которых реализуются эти условия согласования (Головков А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. М.: Радио и связь, 1996. - 128 с.).

Техническим результатом изобретения является расширение областей физической реализуемости как областей изменения действительной и мнимой составляющих сопротивлений источника сигнала и нагрузки, в пределах которых одновременно обеспечивается требуемые значения модулей и фаз коэффициентов передачи в двух состояниях, определяемых двумя частотами входного ФМС или ЧМС, в интересах формирования заданного склона АЧХ для преобразования ФМС в АФМС или ЧМС в АЧМС за счет оптимизации схемы и значений параметров комплексного четырехполюсника при одновременном увеличении полосы частот, в которой это преобразование возможно, что повышает помехоустойчивость приемника. Возможность изменения варианта включения нелинейного элемента относительно согласующего комплексного четырехполюсника еще более расширяет области физической реализуемости.

1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов, состоящем в том, что фазомодулированный или частотно-модулированный сигнал подают на демодулятор, выполненный из четырехполюсника, нелинейного элемента, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, фазомодулированный сигнал преобразовывают в амплитудно-фазомодулированный сигнал, частотно-модулированный сигнал преобразуют в амплитудно-частотно-модулированный сигнал, преобразование фазомодулированного сигнала в амплитудно-фазомодулированный сигнал и частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал осуществляют путем подачи этих сигналов на левый склон АЧХ демодулятора, с помощью нелинейного элемента разрушают спектр амплитудно-фазомодулированного сигнала и амплитудно-частотно-модулированного сигнала на высокочастотные и низкочастотные составляющие, низкочастотную составляющую подают на интегрирующую цепь-фильтр нижних частот, с помощью фильтра нижних частот выделяют информационный низкочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону изменения фазы фазомодулированного входного сигнала или по закону изменения частоты частотно-модулированного сигнала, с помощью разделительной емкости устраняют постоянную составляющую, дополнительно в качестве нелинейного элемента используют трехполюсный нелинейный элемент, четырехполюсник выполняют комплексным из реактивных и резистивных элементов, трехполюсный нелинейный элемент включают между источником фазомодулированного или частотно-модулированного сигнала и входом четырехполюсника по схеме с общим одним из трех электродов, между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот включают в поперечную цепь введенную высокочастотную нагрузку, заданные зависимости модуля передаточной функции высокочастотной части демодулятора от частоты в интересах формирования заданного склона амплитудно-частотной характеристики обеспечивают за счет выбора зависимости элемента z22 матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника от частоты с помощью следующего математического выражения:

где ; z21, z11 - заданные зависимости соответствующих элементов матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника от частоты в заданной полосе частот; m21, φ21 - заданные зависимости модуля и фазы передаточной функции от частоты в заданной полосе частот; , , , - заданные зависимости комплексных элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента от частоты в заданной полосе частот; z0, zn - заданные зависимости комплексных сопротивлений источника фазомодулированного или частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки от частоты в заданной полосе частот.

2. Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов, состоящем из источника фазомодулированного и частотно-модулированного сигнала, четырехполюсника, нелинейного элемента, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, дополнительно четырехполюсник выполнен комплексным в виде Г-образного соединения двух комплексных двухполюсников, в качестве нелинейного элемента использован трехполюсный нелинейный элемент, нелинейный элемент включен между источником фазомодулированного или частотно-модулированного сигнала и входом четырехполюсника по схеме с общим одним из трех электродов, между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот в поперечную цепь включена введенная высокочастотная нагрузка, первый двухполюсник Г-образного соединения сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первого конденсатора с емкостью C1, реактивного двухполюсника с заданными сопротивлениями X01, X02 на двух заданных частотах и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второго конденсатора с емкостью C2, а значения параметров первого двухполюсника Г-образного соединения определены в соответствии со следующими математическими выражениями:

;

;

; '

где A=(x1-X01)2[(r1-r2)2+(x1-X01)2]; B=-2(x1-X01)(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x1-X01)2]; D=-2(x1-X01)(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x2-X02)2]; E=(x2-X02)[(r1-r2)2+(x2-X02)2]; r1, r2, x1, x2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения на двух частотах; - оптимальные значения комплексного сопротивления первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения на двух частотах; ; ; Z2n - заданные значения комплексного сопротивления второго комплексного двухполюсника Г-образного соединения на двух частотах; m21n, φ21n - заданные значения модулей и фаз передаточной функции высокочастотной части демодулятора на двух частотах; , , , - заданные значения комплексных элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента на двух частотах; z0n, znn - заданные значения комплексных сопротивлений источника фазомодулированного и частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на двух частотах; ω1,2=2πƒ1,2; n=1, 2 - номера заданных двух частот ƒ1,2.

На фиг.1 показана схема устройства демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.

На фиг.2 показана структурная схема предлагаемого устройства по п.2, реализующего предлагаемый способ по п.1.

На фиг.3 приведена схема комплексного четырехполюсника предлагаемого устройства по п.2.

На фиг.4 приведена схема первого комплексного двухполюсника, входящего в состав комплексного четырехполюсника предлагаемого устройства по п.2

Устройство-прототип (фиг.1) содержит источник 1 фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов, четырехполюсник 2, нелинейный элемент 3, фильтр нижних частот 4 на элементах R, C, разделительная емкость 5 на элементе Cp и низкочастотную нагрузку 6 на элементах Rн, Cн.

Принцип действия устройства демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов (прототипа) состоит в следующем.

Фазомодулированный или частотно-модулированный сигнал от источника 1 подают на демодулятор (фиг.1). Принцип действия устройства, реализующего этот способ состоит в том, что с помощью реактивного четырехполюсника 2, представляющего собой параллельный колебательный контур и включенного между источником ФМС или ЧМС и нелинейным элементом, преобразовывают ФМС в АФМС или ЧМС в АЧМС, с помощью нелинейного элемента 3 разрушают спектр АФМС или АЧМС на высокочастотные и низкочастотные составляющие. Последние выделяются с помощью фильтра нижних частот (интегрирующей цепи) 4 и поступают в низкочастотную нагрузку 6. Разделительная емкость 5 устраняет постоянную составляющую. В результате на выходе устройства имеем низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону изменения огибающей высокочастотного АФМС (АЧМС), то есть по закону изменения фазы входного ФМС (частоты входного ЧМС), изменяющейся по закону изменения амплитуды первичного сигнала. Недостатки способа и устройства его реализации описаны выше.

Высокочастотная часть (до фильтра нижних частот) структурной схемы обобщенного предлагаемого устройства по п.2 (фиг.2) состоит из каскадно-соединенных источника ФМС и ЧМС 1, трехэлектродного нелинейного элемента 3 (включен по схеме с общим одним из трех электродов), комплексного четырехполюсника 2, и высокочастотной нагрузки 7. Низкочастотная часть структурной схемы содержит фильтр нижних частот 4, разделительную емкость 5 и низкочастотную нагрузку 6. Комплексный четырехполюсник (КЧ) 2 выполнен в виде Г-образного соединения двух комплексных двухполюсников с сопротивлениями Z1-8, Z2-9 (фиг.3). Частотные зависимости элемента z22 матрицы сопротивлений КЧ 2 выбраны из условия формирования квазилинейного склона АЧХ высокочастотной части демодулятора с заданными значениями модулей передаточной функции на двух заданных частотах требуемой полосы частот. Реализация этих зависимостей осуществлена выбором схемы КЧ в виде Г-образного звена, оптимальной частотной зависимости первого комплексного двухполюсника-8 этого звена и реализацией этой частотной зависимости выбором схемы первого комплексного двухполюсника из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1-10, первого конденсатора с емкостью C1-11, произвольного реактивного двухполюсника с сопротивлением X0-12 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2-13 и второго конденсатора с емкостью C2-14 (фиг.4) и выбором значений параметров R1, R2, C1, C2 из условия обеспечения операции преобразования ФМС в АФМС и ЧМС в АЧМС путем формирования квазилинейного склона АЧХ высокочастотной части демодулятора в заданной полосе частот с помощью определенных математических выражений.

Принцип действия данного устройства состоит в том, что при подаче ФМС или ЧМС от источника 1 с сопротивлением z0 в результате специального выбора значений параметров R1, R2, C1, C2 элементов первого комплексного двухполюсника Г-образного звена будет сформирован левый склон АЧХ демодулятора с заданными значениями модулей передаточной функции на двух заданных частотах требуемой полосы частот. Это обеспечивает заданный коэффициент амплитудной модуляции АФМС и АЧМС в большей полосе частот, что повышает помехоустойчивость приемника. Одновременно спектр АФМС или АЧМС разрушается при помощи нелинейного элемента 3, включенного между источником ФМС или ЧМС и четырехполюсником. В результате низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону изменения фазы входного ФМС или частоты входного ЧМС, выделяется на низкочастотной нагрузке 6, то есть осуществляется фазовая или частотная демодуляция. При этом сопротивления источника ФМС или ЧМС и нагрузки могут быть выбраны произвольно.

Докажем возможность реализации указанных свойств. Пусть известны зависимости комплексных сопротивлений нагрузки zн, источника высокочастотного сигнала (ФМС и ЧМС) z0 и элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента , , , от частоты при заданной амплитуде постоянного напряжения. Для простоты записи аргументы ω=2πƒ (круговая частота) и U, I (напряжение или ток постоянной амплитуды источника питания) опущены.

Таким образом, известна матрица сопротивлений транзистора:

и соответствующая ей классическая матрица передачи:

где -определитель матрицы (1). Знак * введен в интересах обеспечения отличия элементов матрицы сопротивлений трехполюсного элемента от соответствующих элементов матриц сопротивлений комплексного четырехполюсника или КЧ:

и соответствующей классической матрицы передачи:

где - определитель матрицы (3) с учетом условия взаимности четырехполюсника z12=-z21.

Перемножим матрицы (2) и (4). С учетом условий нормировки (Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. С.34-36) получим общую нормированную классическую матрицу передачи высокочастотной части демодулятора:

Используя известные соотношения между элементами классической матрицы передачи и элементами матрицы рассеяния (там же) с учетом (5), получим выражение для коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора:

Физически реализуемая передаточная функция связана с коэффициентом передачи следующим образом: .

Пусть требуется определить схему комплексного четырехполюсника и значения комплексных сопротивлений двухполюсников, входящих в него, при которых возможно обеспечить заданные зависимости модуля m21 и фазы φ21 передаточной функции высокочастотной части демодулятора от частоты:

После подстановки (6) в (7) получим комплексное уравнение, решение которого имеет вид взаимосвязи между элементами искомой матрицы сопротивлений КЧ, оптимальной по критерию обеспечения формирования заданного квазилинейного склона АЧХ высокочастотной части демодулятора (7) во всем частотном диапазоне:

где ;

Полученная взаимосвязь (8) между элементами матрицы передачи комплексного четырехполюсника означает, что фазовые демодуляторы должны содержать не менее одного независимого двухполюсника с комплексным сопротивлением, значение которого должно удовлетворять уравнению, сформированному на основе этой взаимосвязи. Для отыскания оптимальных значений параметров комплексного четырехполюсника необходимо выбрать какую-либо схему из М≥1 двухполюсника с комплексным сопротивлением, найти ее матрицу сопротивлений, элементы которой выражены через параметры схемы комплексного четырехполюсника, и подставить их в (8). Сформированное таким образом уравнение должно быть решено относительно сопротивления выбранного комплексного двухполюсника. Значения параметров остальных М-1 комплексных двухполюсников могут быть заданы произвольно или выбраны из каких-либо других физических соображений. В соответствии с описанным алгоритмом получена оптимальная по критерию (7) зависимость сопротивления первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения двух комплексных двухполюсников (фиг.3) от частоты:

где ; ; n=1, 2… - номера частот интерполяции. Сопротивление Z2n может быть выбрано произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. Индекс n необходимо ввести и в другие обозначения физических величин, явным образом зависящих от частоты.

При частотной характеристике (9) первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения обеспечивались бы заданные зависимости модуля m21 фаз φ21 коэффициентов передачи от частоты на всем диапазоне частот. Однако реализация (9) в сплошной, даже очень узкой полосе частот, не возможна.

Для реализации оптимальной аппроксимации (9) на конечном числе частот методом интерполяции необходимо сформировать двухполюсник с сопротивлением z1n из не менее чем 2N (N - число частот интерполяции) элементов типа R, L, C, найти выражения для его сопротивления, приравнять их оптимальным значениям сопротивлений двухполюсника на заданных частотах, определенным по формулам (9), и решить сформированную таким образом систему 2N уравнений относительно 2N выбранных параметров R, L, C. Значения параметров остальных элементов могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений, например, из условия физической реализуемости. Пусть первый двухполюсник КЧ с сопротивлением z1n сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первого конденсатора с емкостью С1, произвольного реактивного двухполюсника с заданными сопротивлениями X01, X02 на двух частотах и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второго конденсатора с емкостью C2 (фиг.4). Комплексное сопротивление первого двухполюсника КЧ:

Разделим в (10) между собой действительную и мнимую части и для N=2 составим систему четырех уравнений:

Решение:

;

; '

где A=(x1-X01)2[(r1-r2)2+(x1-X01)2]; B=-2(x1-X01)(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x1-X01)2]; D=-2(x1-X01)(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x2-X02)2]; E=(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x2-X02)2]; r1, r2, x1, x2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления четвертого комплексного двухполюсника комплексного четырехполюсника на двух частотах, определенные по формулам (9).

Реализация оптимальных аппроксимаций частотных характеристик КЧ (8) с помощью Г-образного соединения двух комплексных двухполюсников и частотных характеристик первого комплексного двухполюсника (9) этого соединения с помощью (10), (12) обеспечивает увеличение полосы частот, в пределах которой с определенными отклонениями обеспечиваются заданные зависимости модуля m21 и фазы φ21 передаточной функции высокочастотной части демодулятора от частоты (7). Это позволяет при разумном выборе положений заданных частот ω1, ω2 относительно друг друга расширить полосу частот, в пределах которой обеспечивается заданный склон АЧХ в заданной полосе частот в интересах преобразования ФМС в АФМС и ЧМС в АЧМС. Дополнительное варьирование значений элементов, формирующих произвольный реактивный двухполюсник с сопротивлением Хon, еще более увеличивает квазилинейный участок склона АЧХ высокочастотной части демодулятора. Частотные характеристики сопротивлений источника сигнала и нагрузки могут быть заданы любыми.

Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений неизвестны способ и устройство демодуляции фазомодулированных сигналов, обеспечивающие преобразование ФМС в АФМС и ЧМС в АЧМС на заданном квазилинейном склоне АЧХ высокочастотной части демодулятора в заданной полосе частот за счет использования трехполюсного нелинейного элемента, специального выбора частотной зависимости элемента z22 матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника, реализуемой выполнением этого четырехполюсника в виде Г-образного соединения двух комплексных двухполюсников, формированием первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первого конденсатора с емкостью C1, произвольного реактивного двухполюсника и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второго конденсатора с емкостью C2 и выбором указанных параметров по соответствующим математическим выражениям в интересах дальнейшей амплитудной демодуляции и выделением низкочастотной составляющей, амплитуда которой изменяется по закону изменения фазы входного ФМС или частоты входного ЧМС.

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (выполнение четырехполюсника комплексным в виде указанной выше схемы, включение трехполюсного нелинейного элемента между источником ФМС или ЧМС и четырехполюсником по схеме с общим одним из трех электродов, подключение высокочастотной нагрузки к выходу четырехполюсника, реализация оптимальной частотной зависимости элемента z22 матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника выполнением этого четырехполюсника в виде Г-образного соединения двух комплексных двухполюсников, формированием первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первого конденсатора с емкостью C1, произвольного реактивного двухполюсника и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второго конденсатора с емкостью C2 и выбором указанных параметров по соответствующим математическим выражениям) обеспечивают заданные зависимости модуля и фазы передаточной функции высокочастотной части демодулятора от частоты в заданной полосе частот, в пределах которой обеспечивается заданный склон АЧХ в интересах преобразования ФМС в АФМС и ЧМС в АЧМС.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью транзисторы (p-n-p или n-p-n), индуктивности и емкости, сформированные в заявленную схему устройства демодуляции. Частотные характеристики КЧ и первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения, значения сопротивлений резистивных элементов и емкостей могут быть определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа и устройства заключается в одновременном обеспечении заданных зависимостей модуля и фазы передаточной функции высокочастотной части демодулятора от частоты, что способствует формированию заданного квазилинейного участка склона АЧХ в интересах преобразования ФМС в АФМС и ЧМС в АЧМС в большей полосе частот при увеличенных областях физической реализуемости как областей изменения действительной и мнимой составляющих сопротивлений источника ФМС или ЧМС и нагрузки с целью дальнейшей амплитудной демодуляции и выделением низкочастотной составляющей, амплитуда которой изменяется по закону изменения фазы входного ФМС или частоты входного ЧМС, то есть для обеспечения демодуляции ФМС и ЧМС.

1. Способ демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов, состоящий в том, что фазомодулированный или частотно-модулированный сигнал подают на демодулятор, выполненный из четырехполюсника, нелинейного элемента, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, фазомодулированный сигнал преобразовывают в амплитудно-фазомодулированный сигнал, частотно-модулированный сигнал преобразуют в амплитудно-частотно-модулированный сигнал, преобразование фазомодулированного сигнала в амплитудно-фазомодулированный сигнал и частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал осуществляют путем подачи этих сигналов на левый склон АЧХ демодулятора, с помощью нелинейного элемента разрушают спектр амплитудно-фазомодулированного сигнала и амплитудно-частотно-модулированного сигнала на высокочастотные и низкочастотные составляющие, низкочастотную составляющую подают на интегрирующую цепь-фильтр нижних частот, с помощью фильтра нижних частот выделяют информационный низкочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону изменения фазы фазомодулированного входного сигнала или по закону изменения частоты частотно-модулированного сигнала, с помощью разделительной емкости устраняют постоянную составляющую, отличающийся тем, что в качестве нелинейного элемента используют трехполюсный нелинейный элемент, четырехполюсник выполняют комплексным из реактивных и резистивных элементов, трехполюсный нелинейный элемент включают между источником фазомодулированного или частотно-модулированного сигнала и входом четырехполюсника по схеме с общим одним из трех электродов, между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот включают в поперечную цепь введенную высокочастотную нагрузку, заданные зависимости модуля передаточной функции высокочастотной части демодулятора от частоты в интересах формирования заданного склона амплитудно-частотной характеристики обеспечивают за счет выбора зависимости элемента z22 матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника от частоты с помощью следующего математического выражения:

где z21; z11 - заданные зависимости соответствующих элементов матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника от частоты в заданной полосе частот;
m21, φ21 - заданные зависимости модуля и фазы передаточной функции от частоты в заданной полосе частот;
, , , - заданные зависимости комплексных элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента от частоты в заданной полосе частот;
z0, zn - заданные зависимости комплексных сопротивлений источника фазомодулированного или частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки от частоты в заданной полосе частот.

2. Устройство демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов, состоящее из источника фазомодулированного и частотно-модулированного сигнала, четырехполюсника, нелинейною элемента, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, отличающееся тем, что четырехполюсник выполнен комплексным в виде Г-образного соединения двух комплексных двухполюсников, в качестве нелинейного элемента использован трехполюсный нелинейный элемент, нелинейный элемент включен между источником фазомодулированного или частотно-модулированного сигнала и входом четырехполюсника по схеме с общим одним из трех электродов, между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот в поперечную цепь включена введенная высокочастотная нагрузка, первый двухполюсник Г-образного соединения сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первого конденсатора с емкостью C1, реактивного двухполюсника с заданными сопротивлениями X0, X02 на двух заданных частотах и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второго конденсатора с емкостью C2, а значения параметров первого двухполюсника Г-образного соединения определены в соответствии со следующими математическими выражениями:

где A=(x1-X01)2[(r1-r2)2+(x1-X01)2]; B=-2(x1-X01)(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x1-X01)2];
D=-2(x1-X01)(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x2-X02)2]; E=(x2-X02)[(r1-r2)2+2(x2-X02)2];

r1, r2, x1, x2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения на двух частотах;
- оптимальные значения комплексного сопротивления первого комплексного двухполюсника Г-образного соединения на двух частотах;
Z2n - заданные значения комплексного сопротивления второго комплексного двухполюсника Г-образного соединения на двух частотах;
m21n, φ21n - заданные значения модулей и фаз передаточной функции высокочастотной части демодулятора на двух частотах;
, , , - заданные значения комплексных элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента на двух частотах;
z0n, znn - заданные значения комплексных сопротивлений источника фазомодулированного и частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на двух частотах;
ω1,2=2πf1,2; n=1, 2 - номера заданных двух частот f1,2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиосвязи и радиолокации и может использоваться для демодуляции фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов. .

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для формирования частотно-манипулированных, а также частотно-модулированных сигналов или их демодуляции с одновременными фильтрацией и усилением.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для формирования частотно-манипулированных, а также частотно-модулированных сигналов или их демодуляции с одновременными фильтрацией и усилением.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для модуляции амплитуды и фазы высокочастотных гармонических колебаний, а также для демодуляции частотно-модулированных и амплитудно-модулированных сигналов с одновременными фильтрацией и усилением.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для формирования фазоманипулированных, а также фазомодулированных сигналов и их демодуляции. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации, в диагностических, а также других разнообразных информационных системах передачи, приема и извлечения информации, а именно изобретение может иметь широкий класс применений как при приеме, обнаружении одиночных радиоимпульсов и их разнообразных последовательностей, так и измерении их неизвестных несущих частот.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для формирования требуемых амплитудно-манипулированных или амплитудно-модулированных сигналов, а также для демодуляции указанных сигналов.

Изобретение относится к средствам формирования требуемых амплитудно-манипулированных или амплитудно-модулированных сигналов, а также для демодуляции указанных типов сигналов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в информационных системах передачи, приема, извлечения информации. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости фильтрации и обнаружение флуктуирующей пачки радиоимпульсов на фоне шума, обнаружение более широкого класса импульсных сигналов. Способ фильтрации и обнаружения импульсных сигналов робастной системой парциальных каналов включает наблюдение аддитивной смеси импульсных видео- или радиосигналов на фоне шума, канальную робастную и результирующую синфазную фильтрацию импульсов, при этом после предварительного одномерного функционального преобразования с соответствующим нормированием наблюдаемой аддитивной смеси для импульсного сигнала формируют парциальные оценки путем робастной нелинейной фильтрации в каждом из каналов в робастной системе парциальных каналов, затем на основе этих оценок производят многомерную робастную обработку выходных сигналов парциальных каналов когнитивными методами или методами распознавания образов как для видеосигналов, так и для радиосигналов, реализуя при этом когерентное и синфазное суммирование, являющееся синфазным для сигналов и не синфазным для шума, затем осуществляют обнаружение и оценку параметров сигналов.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот. Техническим результатом является повышение диапазона генерируемых колебаний при использовании комплексных четырехполюсников с сосредоточенными параметрами. Предложен способ генерации высокочастотных сигналов, который состоит в том, что энергию источника постоянного напряжения преобразуют в энергию высокочастотного сигнала за счет скачкообразного изменения амплитуды источника постоянного напряжения в момент его включения, усиливают и ограничивают амплитуду высокочастотного сигнала с помощью организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него активного двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Далее, согласно способу, выполняют условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условия согласования нелинейного элемента с нагрузкой с помощью четырехполюсника. При этом условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет того, что осуществляют взаимодействие высокочастотных сигналов с радиотехнической цепью в виде двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, включенного между введенным дополнительным комплексным двухполюсником и входом комплексного четырехполюсника в продольную цепь. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом является повышение диапазона генерируемых колебаний при использовании комплексных четырехполюсников. Предложен способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Способ основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, изменении частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала. Нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, последовательно подключенный к цепи прямой передачи. Цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора и частотного модулятора в режиме усиления, и нагрузкой. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к областям радиосвязи и может быть использовано для создания устройств усиления и частотной демодуляции с увеличенным линейным участком частотной демодуляционной характеристики и увеличенным динамическим диапазоном. Техническим результатом является усиление и частотная демодуляция высокочастотного сигнала с помощью устройства с увеличенным динамическим диапазоном и квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики благодаря наличию резистивного четырехполюсника. Предложен способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов. Способ основан на использовании энергии источника постоянного напряжения, взаимодействии частотно-модулированного сигнала с устройством, которое выполняют из цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки. Способ также основан на выполнении условий согласования цепи прямой передачи с цепью внешней обратной связи, условий согласования цепи внешней обратной связи с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, условий согласования цепи прямой передачи и цепи внешней обратной связи с остальной частью устройства с заданным допуском. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к областям радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом является повышение диапазона генерируемых колебаний в заданном диапазоне изменения амплитуды управляющего сигнала. Предложен способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Способ основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, изменении частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания устройств усиления и частотной демодуляции с увеличенным линейным участком частотной демодуляционной характеристики. Техническим результатом является усиление и частотная демодуляция высокочастотного сигнала с помощью устройства с увеличенным динамическим диапазоном и квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики благодаря наличию резистивного четырехполюсника и согласования с помощью двух реактивных двухполюсников, включаемых последовательно сопротивлениям нагрузки и источника входного сигнала. Предложен способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов, основанный на использовании энергии источника постоянного напряжения, взаимодействии частотно-модулированного сигнала с устройством, которое выполняют из цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки. Четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по последовательно-параллельной схеме. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи и радиолокации. Технический результат изобретения заключается в обеспечении модуляции амплитуды и фазы высокочастотного сигнала при заданных зависимостях отношения модулей и разности фаз передаточной функции модулятора в двух состояниях управляемого нелинейного элемента, определяемых двумя уровнями управляющего низкочастотного сигнала, от частоты в заданной полосе частот за счет оптимизации схемы и значений параметров комплексного четырехполюсника. Способ амплитудно-фазовой модуляции высокочастотного сигнала состоит в том, что сигнал подают на модулятор, выполненный из четырехполюсника, управляемого двухэлектродного нелинейного элемента, источника управляющего низкочастотного сигнала и нагрузки, амплитуду и фазу сигнала изменяют путем изменения амплитуды управляющего низкочастотного сигнала на нелинейном элементе, нелинейный элемент включают в продольную цепь между источником высокочастотного сигнала и входом четырехполюсника, к выходу которого подключают нагрузку. Заданные зависимости отношения модуля и фазы передаточной функции модулятора обеспечивают за счет выбора зависимости элемента матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника от частоты. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к усилению и демодуляции частотно-модулированных сигналов. Технический результат - увеличение линейного участка частотной демодуляционной характеристики и увеличение динамического диапазона при произвольных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи и нагрузки. Для этого устройство выполнено из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, при этом четырехполюсник выполнен резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по последовательно-параллельной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включена высокочастотная нагрузка в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, резистивный четырехполюсник выполнен в виде T-образного соединения трех резистивных двухполюсников. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх