Способ обработки сигналов в тракте высокой частоты радиоприемных устройств

Авторы патента:

Ананьев Александр Владиславович (RU)

H03F1/26 - Усилители (измерения и испытания G01R; оптические параметрические усилители G02F; схемы на лампах с вторичной эмиссией H01J 43/30; мазеры, лазеры H01S; регулирование усиления H03G; устройства связи, независимые от типа усилителя, делителя напряжения, H03H; усилители, используемые только для усиления импульсов, H03K; промежуточные усилители для линий связи H04B 3/36, H04B 3/58; применение усилителей речи в устройствах телефонной связи H04M 1/60, H04M 3/40)

Владельцы патента RU 2626662:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к средствам обработки сигналов в тракте высокой частоты радиоприемных устройств. В известных устройствах осуществляется фильтрация и усиление сигнала, а в предлагаемом способе вводятся операции усиления в пассивной цепи и суммирования сигналов с выхода усилителя на входе устройства. Технический результат заключается в снижении уровня шумов за счет увеличения уровня сигнала в пассивной цепи, что дает возможность уменьшить коэффициент усиления усилителя. Уменьшение коэффициента усиления усилителя уменьшает уровень шумов на выходе за счет суммирования выходного сигнала со входным значительно, при этом общий коэффициент усиления не уменьшается. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемной технике для построения входных пассивных цепей и усилителей с пониженным уровнем шума на выходе высокочастотного усилителя.

Целью изобретения является уменьшение уровня шумов на выходе избирательного высокочастотного усилителя на основе нового способа фильтрации и усиления входного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности является способ, основанный на фильтрации и усилении (Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др. «Радиоприемные устройства». - 3-е издание, стереотип, - М.: Горячая линия. - Телеком, 2007 стр. 26 рис. 1.6).

Недостатком способа является высокий уровень шумов на выходе усилителя, который определяется как сумма спектральных плотностей шумов фильтра и входных шумов усилителя, умноженная на квадрат коэффициента усиления усилителя (Змий Б.Ф. Синтез линейных устройств обработки сигналов на активных четырехполюсниках высших порядков. Монография. - Воронеж: ВАИУ, 2008. - 325 с., ил, стр. 179):

где, - спектральная плотность шумов фильтра, - коэффициент передачи фильтра, - спектральная плотность шумов на входе усилителя, К - коэффициент усиления усилителя.

Из выражения (1) следует, что чем больше требуемый коэффициент усиления усилителя, тем больше уровень шумов. Уровень собственных шумов усилителя значительно превышает уровень шумов фильтра , поэтому очевидно, что для снижения общего уровня шумов необходимо снижать коэффициент усиления К и уровень собственных шумов усилителя.

Техническим результатом заявляемого способа является снижение уровня шумов в избирательном усилителе высокой частоты за счет повышения уровня сигнала после фильтрации в h₀ раз и уменьшения коэффициента усиления усилителя.

Технический результат достигается тем, что в известном способе обработки сигналов в тракте высокой частоты, основанном на фильтрации и усилении, применено повышение уровня сигнала после фильтрации и суммирование выходного сигнала после усиления с входным сигналом до фильтрации.

На фиг. 1 представлена структурная схема предъявляемого способа обработки сигналов. В блоке 1 выполняется суммирование выходного сигнала после усиления с входным сигналом до фильтрации, в блоке 2 фильтруется сигнал в полосе рабочих частот, в блоке 3 входной сигнал повышается по уровню в h₀ раз, в блоке 4 сигнал усиливается в К раз до требуемого значения усиления Н₀.

Сущность изобретения заключается в следующем: в пассивной LC-цепи повышается уровень входного сигнала в h₀ раз, а результирующий уровень равен произведению коэффициента усиления усилителя К и коэффициента h₀, то есть Н₀=К⋅h₀. Это дает возможность уменьшить коэффициент усиления усилителя, если коэффициент h₀ больше единицы, что дает возможность уменьшить уровень шумов за счет уменьшения коэффициента усиления усилителя К до H₀/H₀. В соответствии с выражением (1) соотношение спектральных плотностей , а при это соотношение всегда будет больше 1, то есть имеет место уменьшение уровня шумов на выходе избирательного высокочастотного усилителя. Применение операции суммирования входного сигнала и сигнала после фильтрации и усиления позволяет еще больше снизить уровень шумов путем вычитания спектральной плотности шумов на выходе из спектральной плотности шумов на входе.

Повышения уровня сигнала можно достичь, применив последовательное включение соединений LC элементов, так как при таком соединении на реактивных элементах накапливается энергия переменного тока пропорционально отношению (Q - добротность последовательного колебательного контура) (В.П. Попов Основы теории цепей: Учебник для вузов. - 3-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2000, стр. 181). Число RLC-цепочек зависит от требуемой величины коэффициента повышения уровня сигнала h₀ в диапазоне рабочих частот и величины коэффициента усиления усилителя К. Чем больше величина h_0, тем больше уровень сигнала на входе усилителя и тем меньше требуется величина усиления К при заданном требовании к общему коэффициенту усиления Н₀=К⋅h₀. В результате общий уровень шумов будет меньше, чем в известном способе обработки, так как степень влияния на уровень шумов меньше, чем квадрат коэффициента усиления усилителя К².

При суммировании сигнала с выхода усилителя с сигналом на входе фильтра уровень шумов еще больше снижается, так как происходит вычитание уровня шумов на входе сумматора с уровнем шумов на выходе усилителя:

где β - некоторый коэффициент, характеризующий долю выходного сигнала подключаемого ко входу. То есть на некоторых частотах уровень спектральной плотности шумов может достигать нулевых значений. Следовательно, повышение уровня в пассивной RLC-цепи и суммирование выходного усиленного сигнала в усилителе с входным позволяют значительно снизить уровень шумов на выходе избирательного высокочастотного усилителя радиоприемного устройства.

На фиг. 2 представлены результаты моделирования (уровень спектральной плотности шумов) частной реализации предлагаемого способа при Н₀=10, h₀=1,81, К=5,5 (график 2) и реализации известного способа обработки сигналов при Н₀=10, h₀=1, К=10 (график 1). Из графиков видно, что в полосе пропускания (от 500 кГц до 1 МГц) уровень спектральной плотности шумов при реализации предлагаемого способа в несколько раз меньше спектральной плотности шумов при реализации известного способа обработки сигналов в тракте высокой частоты.

Способ обработки сигналов в тракте высокой частоты радиоприемных устройств, основанный на фильтрации входного сигнала в полосе рабочих частот фильтра и усилении входных сигналов в усилителе, отличающийся тем, что после фильтрации повышают уровень входного сигнала в пассивной LC-цепи в h₀ на входе усилителя, так чтобы результирующий уровень сигнала на выходе усилителя был равен произведению коэффициента усиления усилителя K и коэффициента h₀, после чего осуществляют операцию суммирования входного сигнала на входе фильтра и выходного сигнала усилителя путем вычитания спектральной плотности шумов на указанном выходе из спектральной плотности шумов на указанном входе.

Похожие патенты:

Усилитель мощности свч // 2625019

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи, использующих различные виды модуляции. Технический результат - линеаризация амплитудной характеристики и защита выходного каскада усилителя от превышения пиковой мощности, стабилизация мощности выходного каскада.

Система управления усилителем мощности // 2617508

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к средствам управления коэффициентом усиления и фазой сигнала на входе усилителя мощности. Устройство содержит контур управления коэффициентом усиления, сконфигурированный с возможностью управления коэффициентом усиления входного сигнала на основе уровней мощности входного сигнала и усиленного сигнала, выводимого усилителем мощности, и контур управления фазой, сконфигурированный с возможностью выработки сигнала ошибки.

Селективный усилитель мощности // 2615331

Изобретение относится к области связи. Технический результат – эффективность радиопередачи и управления радиопередачей.

Неинвертирующий повторитель напряжения // 2604879

Изобретение относится к схемотехнике, автоматике, промышленной электронике и измерительной технике. Оно может быть использовано, в частности, в виде буферных (развязывающих) каскадов и согласующих устройств.

Способ усиления радиосигналов путем управляемой регенерации // 2595921

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к регенеративным и сверхрегенеративным усилителям радиосигналов. Техническим результатом способа является обеспечение требуемого усиления с исключением перехода усилительного элемента в режим генерации за счет перегрузки его входным сигналом либо одновременного усиления реализаций сигнала, принадлежащих разным временным интервалам.

Усилительное устройство для управляемого возврата мощности потерь // 2580025

Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть использовано в мощных передатчиках. Достигаемый технический результат - уменьшение модуляционных нелинейностей и уменьшение нелинейных искажений.

Малошумящий приемно-усилительный модуль // 2573195

Изобретение относится к элементам приемных систем и предназначено для усиления принимаемых СВЧ сигналов с одновременным обеспечением защиты по входу от синхронных и несинхронных помех.

Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов // 2568317

Изобретение относится к области усилителей аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот цепи смещения статического уровня.

Усилитель и способ коррекции амплитудно-частотной характеристики // 2568314

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в усилителях мощности звуковой частоты, которые нагружены на акустические системы. Технический результат - расширение линейной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) по звуковому давлению в области низких частот.

Способ определения коэффициентов внесения предыскажений и тракт передачи // 2564680

Изобретение относится к коррекции искажений, вносимых в сигнал усилителем радиочастоты. Технический результат заключается в определении коэффициентов устройства внесения предыскажений с учетом характеристик усилителя для всего занятого частотного спектра.

Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания // 2626665

Изобретение относится к аналоговой микроэлектронике и радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства усиления малых сигналов ВЧ и СВЧ диапазонов. Технический результат заключается в повышении качества амплитудно-частотной характеристики устройства без увеличения напряжения питания и потребляемого тока в статическом режиме. Технический результат достигается за счет RLC-избирательного усилителя с малым напряжением питания, который содержит источник входного сигнала, связанный с эмиттером первого входного транзистора, эмиттер которого подключен к первой шине источника питания через первый токостабилизирующий двухполюсник, база соединена с базой вспомогательного транзистора и подключена к источнику напряжения смещения, коллектор через резистор коллекторной нагрузки соединен со второй шиной источника питания и подключен к коллектору вспомогательного транзистора, частотозадающий конденсатор, выход устройства, второй токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером вспомогательного транзистора и первой шиной источника питания, частотозадающий конденсатор, который включен между выходом устройства и объединенными коллекторами первого входного и вспомогательного транзисторов. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство и способ усиления электрических сигналов (варианты) // 2639948

Изобретение относится к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Задачей и техническим результатом является в способе и устройстве увеличение коэффициента усиления и снижение зависимости параметров от величины нагрузки с увеличением добротности резонансных контуров за счет однонаправленной передачи электрической энергии от источника питания к нагрузке, исключения сопротивления нагрузки из электрической цепи, обеспечивающей параметрическое усиление электрических колебаний, и использования энергии электрического поля уединенных емкостей, что приводит к параметрическому изменению емкости в резонансных контурах высоковольтных обмоток трансформаторов Тесла. Предлагается усиление электрических сигналов путем параметрического возбуждения колебаний в резонансном контуре и преобразование электрической энергии в энергию колебаний с частотой f1 в резонансном контуре низковольтной обмотки трансформатора Тесла, а также усиление электрических колебаний тока и напряжения путем периодического изменения потенциала за счет поляризации молекул воздуха и паров воды в электрическом поле уединенной емкости и параметрического резонанса в резонансном контуре высоковольтной обмотки трансформатора Тесла с частотой f2=f1. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Широкополосный дифференциальный операционный усилитель // 2641445

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в повышении верхней граничной частоты коэффициента усиления по напряжению без увеличения тока потребления. Усилитель содержит: первый входной дифференциальный каскад с первым и вторым токовыми выходами, общая эмиттерная цепь которого связана с первой шиной источника питания, первый вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен с первым токовым выходом входного дифференциального каскада, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения, а коллектор соединен с эмиттером первого выходного транзистора и через первый токостабилизирующий двухполюсник соединен со второй шиной источника питания, второй вспомогательный транзистор, эмиттер которого соединен со вторым токовым выходом входного дифференциального каскада, база подключена к вспомогательному источнику напряжения смещения, а коллектор соединен с эмиттером второго выходного транзистора и через второй токостабилизирующий двухполюсник подключен ко второй шине источника питания, цепь нагрузки, первый выход устройства, связанный с первым входом цепи нагрузки и коллектором первого выходного транзистора, второй выход устройства, связанный со вторым входом цепи нагрузки и коллектором второго выходного транзистора, а база первого выходного транзистора соединена с эмиттером первого вспомогательного транзистора, база второго выходного транзистора подключена к эмиттеру второго вспомогательного транзистора. 7 ил.

Устройство и способ усиления электрических сигналов (варианты) // 2644119

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления и снижении зависимости параметров от величины нагрузки. Технический результат в группе изобретений достигается за счет того, что прибор для изменения параметров резонансного контура выполнен в виде двух естественных уединенных емкостей из проводящего материала, установленных над повышающим и понижающим трансформатором Тесла, и соединен со свободным выводом высоковольтной обмотки с образованием резонансного контура. Также указанный прибор может быть выполнен в виде n+2 уединенных емкостей из проводящего материала, одна из которых установлена над повышающим трансформатором Тесла и n+1 уединенных емкостей установлены над n+1 понижающим трансформаторами Тесла, каждая уединенная емкость соединена со свободным выводом высоковольтной обмотки с образованием резонансного контура, все 2(n+2) резонансные контуры имеют одинаковую резонансную частоту. Также в одном из вариантов обеспечивается усиление электрических колебаний путем параметрического изменения емкости резонансного контура высоковольтной обмотки понижающего трансформатора Тесла, передачи усиленных колебаний тока и напряжения в резонансный контур низковольтной обмотки понижающего трансформатора Тесла с частотой f3=f2=f1=f0, выпрямления тока и напряжения и преобразования электрической энергии по частоте и напряжению в инверторе и передачи в нагрузку и частично по цепи обратной связи через блок питания на вход источника питания. Усиление электрических колебаний может быть достигнуто путем параметрического изменения емкости n+1 резонансных контуров высоковольтных обмоток n+1 понижающих трансформаторов Тесла, передачи усиленных колебаний тока и напряжения в n+1 резонансных контуров низковольтной обмотки n+1 понижающих трансформаторов Тесла с резонансной частотой, одинаковой для всех 2(n+2) резонансных контуров, выпрямления тока и напряжения в n+1 выпрямителе. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Ультралинейный двухтактный ламповый каскад с управлением по второй сетке и методика его настройки // 2647647

Изобретение относится к высококачественным ламповым усилителям напряжения и мощности, модуляторам передатчиков, линейных генераторов синусоидальных сигналов. Технический результат заключается в повышении линейности двухтактного лампового каскада с уменьшением уровня нелинейных искажений. Каскад состоит из пары ламп тетродов или пентодов VL1, VL2, включенных по схеме Фиг. 1, трансформатор Tr1 с подключенной ко вторичной обмотке L3 нагрузкой Zn и заданным коэффициентом трансформации обеспечивает заданное положение нагрузочной прямой на статических характеристиках лампы двухтактного каскада, при этом первые (управляющие) сетки ламп заземлены, что расширяет полосу пропускания усилителя в верхней части звукового диапазона, а по вторым (экранным) сеткам осуществляется более линейное управление. Во вторые (экранные) сетки ламп включены дополнительные ультралинейные обмотки L4, L5, что дополнительно повышает линейность управления каскадом и снижает уровень гармонических и интермодуляционных искажений.Настройка каскада сводится к установке потенциала 2 (экранной) сетки, в соответствии с графиком зависимости тока анода от потенциала второй (экранной) сетки, в пределах 20-30% для класса АВ, В, и середине линейного участка характеристики для класса А. Смещение на первой (управляющей) сетке ламп каскада устанавливается любым известным способом, но максимальная линейность каскада достигается заданием смещения по 1 (управляющей) сетке источниками тока в катодах, шунтированными конденсаторами для устранения ООС. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.