Способ преобразования частоты и преобразователь для его осуществления

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при супергетеродинном приеме и демодуляции сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн) с подавлением ложных сигналов, помех, принимаемых по дополнительным каналам. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей путем подавления ложных сигналов, помех, принимаемых по комбинационным каналам, и фазового детектирования принимаемых по основному каналу сигналов с фазовой манипуляцией. Устройство приема и демодуляции сигналов с фазовой манипуляцией, реализуюшее способ, содержит смеситель, встроенный гетеродин, фильтр нижних частот, перемножитель, фазовращатель на 90° и фазовый детектор. 2 н.п. ф-лы. 2 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к радиотехнике и могут быть использованы при супергетеродинном приеме и демодуляции сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн) с подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Известны способы и устройства для преобразования частоты принимаемых сигналов и их демодуляции (авт. св. СССР №№1022330, 1241519, 1713082, 1800622; патенты РФ №№2257679, 2269207, 2277751, 2296420, 2390101, 2413375; патенты США №№3348168, 3786509, 4320345, 4871974; Петрович Н.Т. Передача дискретной информации в каналах фазовой манипуляции. М., Сов. радио, 1965 г. и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ преобразования частоты с подавлением зеркальной помехи и преобразователь для его осуществления» (Патент РФ №2277751, Н03D 7/18, 2004), которые и выбраны в качестве прототипов.

Известные технические решения обеспечивают подавление только зеркальной помехи. Однако, кроме ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте W_з, существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

W_пр=|±m·W_ki±n·W_г|,

где W_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигналов с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность преобразователя частоты по этим каналам близка к чувствительности основного канала приема. Так, двум комбинационным каналам приема при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

W_к1=2·W_г-W_пр и W_к2=2·W_г+W_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости преобразователя частоты.

Кроме того, известные технические решения не обеспечивают фазового детектирования принимаемых сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей известных технических решений путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, и фазового детектирования принимаемых по основному каналу сигналов с фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что способ преобразования частоты, заключающийся, в соответствии с ближайшими аналогами, в том, что входной сигнал смешивают с напряжением встроенного гетеродина, отличается от ближайшего аналога тем, что фильтруют напряжение низкой частоты и используют его в качестве продетектированного напряжения, причем частоту W_г гетеродина выбирают равной частоте W_c принимаемого сигнала W_г=W_c и поддерживают указанное равенство путем фазовой автоматической подстройки частоты W_г гетеродина.

Поставленная задача решается тем, что преобразователь частоты, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные гетеродин и смеситель, второй вход которого является входом преобразователя частоты, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен фильтром нижних частот, перемножителем, фазовым детектором и фазовращателем на 90°, причем к выходу смесителя последовательно подключены фильтр нижних частот, перемножитель, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, и фазовый детектор, второй вход которого через фазовращатель на 90° соединен со вторым выходом гетеродина, а выход подключен к входу гетеродина, выход фильтра нижних частот является выходом преобразователя частоты.

Преобразователь частоты, реализующий предлагаемый способ преобразования частоты, представлен на фиг.1. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов, изображена на фиг.2.

Преобразователь частоты содержит последовательно включенные гетеродин 2, смеситель 1, второй вход которого является входом преобразователя частоты, фильтр 3 нижних частот, выход которого является выходом преобразователя частоты, перемножитель 5, второй вход которого соединен с входом преобразователя частоты, и фазовый детектор 7, второй вход которого через фазовращатель 6 на 90° соединен со вторым выходом гетеродина 2, а выход подключен к входу гетеродина 2. Перемножитель 5, фазовращатель 6 на 90° и фазовый детектор 7 образуют систему 4 фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) гетеродина 2.

Предлагаемый способ преобразования частоты реализуют следующим образом.

Принимаемый сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

u_c(t)=U_c·cos[W_c·t+φ_к(t)+φ_с], 0≤t≤τ_c,

где U _c, W _c, φ_с, τ_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

φ_К(t)={0, π} - манипулируемая фаза сигнала, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t);

с выхода преобразователя частоты поступает на первые входы смесителя 1 и перемножителя 5.

На второй вход смесителя 1 подается напряжение гетеродина 2

u_c(t)=U_г·cos(W_г·t+φ_г),

где U_г, W_г, φ_г - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.

На выходе смесителя 1 образуются напряжения комбинационных частот.

Так как частота W_г гетеродина 2 выбирается равной частоте W_c принимаемого сигнала (W_г=W _c), то фильтром нижних частот выделяется низкочастотное напряжение (напряжение нулевой частоты)

u_н(t)=U_н·cosφ_к(t), 0≤t≤τ_с,

где $$U_{н}=\frac{1}{2}\cdot U_{с}\cdot U_{г}$$ ;

пропорциональное модулирующему коду M(t). Это напряжение поступает на выход преобразователя частоты для дальнейшей обработки.

Следует отметить, что выбор частоты W_г гетеродина 2, равной частоте We принимаемого ФМн-сигнала (W_г=W _c), обеспечивает совмещение двух процедур: преобразование принимаемого ФМн-сигнала на нулевую частоту и выделение низкочастотного напряжения, пропорционального модулирующему коду M(t), т.е. синхронное детектирование принимаемого ФМн-сигнала с помощью смесителя 1, гетеродина 2 и фильтра 3 нижних частот. Такая схемная конструкция позволяет избавиться от дополнительных каналов приема (зеркального канала на частоте W_з, первого W_к1 и второго W_к2 комбинационных каналов).

Так как частота W_c принимаемого ФМн-сигнала может изменяться под воздействием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера, то для выполнения и поддержания равенства W_г=W_c используется система ФАПЧ 4, состоящая из перемножителя 5, фазовращателя 6 на 90° и фазового детектора 7. Причем в перемножителе 5 происходит обратная манипуляция принимаемого ФМн-сигнала, позволяющая сформировать манипулированное колебание, фильтруемое затем системой ФАПЧ. Так как перемножение происходит на высокой частоте, то в качестве перемножителя 5 может применяться обычный балансный модулятор. Система с обратной манипуляцией обладает дополнительными возможностями по улучшению помехоустойчивости за счет последовательной обработки сигнала, используемого для устранения фазовой манипуляции.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство преобразования частоты сложных сигналов с фазовой манипуляцией по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают расширение функциональных возможностей известных способа и устройства. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых не только по зеркальному каналу на частоте W_з, но и по первому комбинационному каналу на частоте W_к1, по второму комбинационному каналу на частоте W_к2 и по любому другому дополнительному каналу.

Кроме того, предлагаемые способ и устройство позволяют осуществлять синхронное детектирование принимаемых сложных ФМн-сигналов за счет выбора частоты W_г гетеродина, равной частоте W_c принимаемого ФМн-сигнала. Это обстоятельство позволяет устранить явление «обратной работы», характерной для известных схем Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина Г.А., которые обеспечивают выделение опорного напряжения, необходимого для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала, непосредственно из самого принимаемого сигнала.

Совмещение двух указанных процедур обеспечивается гетеродином 2, смесителем 1 и фильтром 3 нижних частот при условии равенства частот гетеродина W_г и принимаемого сигнала W_c (W_г=W _c). При этом указанная схемная конструкция выполняет роль преобразователя частоты и синхронного демодулятора принимаемого ФМн-сигнала, свободна от дополнительных каналов приема и явления «обратной работы», а система ФАПЧ 4, состоящая из перемножителя 5, фазовращателя 6 на 90° и фазового детектора 7, обеспечивает автоматическое слежение за изменениями несущей частоты W_c принимаемого ФМн-сигнала, которые могут возникать под влиянием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера.

1. Способ приема и демодуляции сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн), характеризующийся тем, что принимаемый сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) смешивают с напряжением встроенного гетеродина, детектируют напряжение низкой частоты, отличающийся тем, что частоту W_г гетеродина выбирают равной частоте W_с принимаемого сигнала W_г=W_с и поддерживают указанное равенство путем фазовой автоматической подстройки частоты W_r гетеродина.

2. Устройство приема и демодуляции сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее последовательно включенные встроенный гетеродин и смеситель, другой вход которого является входом сигнала с фазовой манипуляцией, отличающееся тем, что содержит фильтр нижних частот, перемножитель, фазовращатель на 90° и фазовый детектор, причем к входу смесителя последовательно подключены фильтр нижних частот, перемножитель, другой вход которого соединен с входом смесителя, и фазовый детектор, второй вход которого через фазовращатель на 90° соединен со вторым выходом встроенного гетеродина, выход которого подключен к входу встроенного гетеродина, выход фильтра нижней частоты является выходом устройства приема и демодуляции сигналов с фазовой манипуляцией.