Детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией на 180о
Владельцы патента RU 2745852:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) (RU)
Изобретение относится к области приема радиосигналов. Технический результат заключается в реализации когерентного детектора, позволяющего реализовать абсолютную ФМн на 180°. Предлагается детектор сигналов с абсолютной ФМн на 180°, состоящий из последовательно введенных когерентного частотного детектора (ЧД) на расстроенных контурах и триггера. Когерентный ЧД состоит из кольцевого балансного диодного перемножителя (КБП) и фильтра нижних частот (ФНЧ), в котором перемножаются между собой преобразованные контурами ФМн в АМн и колебание несущей частоты с ФМн, при этом введены дополнительно два диода и одна вторичная обмотка. 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области приема радиосигналов.
Уровень техники
Известны детекторы сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, описанные в источниках, например, в:
1. А.с. СССР №100138. Прием фазовой телеграфии без синхронного гетеродина / Ярославский Л.И. и др. Приоритет от 1951 г.
2. Под редакцией Н.Н.Фомина Радиоприемные устройства. - М: Радио и связь, 1996. - С. 330-332.
3. Зюко А.Г., Коробов Ю.Ф. Теория передачи сигналов. - М.: Связь, 1972. - С. 96-100.
По технической сущности наиболее близким к данному изобретению является детектор, описанный в первом источнике [1], который по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках раскрыты аналоги изобретения.
Прототип-детектор состоит из последовательно включенных частотного детектора и триггера. Частотный детектор выполнен в виде двух параллельных резонансных контуров [2], соединенных между собой последовательно и расстроенных симметрично и противоположно относительно частоты входного сигнала, преобразующих фазовую манипуляцию (ФМн) в амплитудную (АМн). К каждому контуру подключен однополупериодный диодный детектор АМн колебаний с нагрузкой в виде параллельной RC-цепочки в качестве фильтра нижних частот (ФНЧ) и обе RC-цепочки соединены между собой последовательно. RC-цепочки выделяют огибающую AM колебания в виде фронтов и срезов передаваемых импульсов, которые в триггере опять преобразуются в передаваемые импульсы. Преобразование ФМн в АМн в расстроенных контурах и связанных трансформаторно с нагрузочным контуром последнего УПЧ приемника происходит потому, что круговая частота ω(t) есть производная по времени от фазы ϕ(t) сигнала, т.е. ω(t)=dϕ(t)/dt, что и порождает фронты и срезы передаваемых импульсов.
Основным недостатком прототипа является малая длительность фронтов и срезов импульсов, т.е. малая их энергия, отчего помехи их искажают так, что триггер не сработает. Именно поэтому прототип не нашел практического применения.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является реализация когерентного частотного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180° с триггером на его выходе, увеличивающего помехоустойчивость приема таких сигналов минимум в 4 раза по сравнению с некогерентным частотным детектированием в прототипе.
Сущность изобретения состоит в том, что детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн на 180°), состоящий из последовательно включенных частотного детектора (ЧД) и триггера, где ЧД выполнен в виде двух параллельных резонансных контуров, соединенных между собой последовательно и расстроенных симметрично и противоположено относительно частоты входного сигнала, преобразующих ФМн в АМн, и к каждому контуру подключен однополупериодный диодный детектор АМн колебаний с нагрузкой в виде параллельной RC-цепочки в качестве фильтра нижних частот (ФНЧ) и обе RC-цепочки соединены между собой последовательно, выделяя огибающую АМн колебания в виде фронтов и срезов передаваемых импульсов, которые в триггере опять преобразуются в переданные импульсы, при этом в ЧД дополнительно введены два диода и одна вторичная трансформаторная обмотка, питаемая одним электромагнитным полем с контурами, причем введенные диоды включены таким образом, что они вместе и имеющимися двумя диодами образуют кольцевой балансный перемножитель (КБП), который в сумме с ФНЧ в виде двух RC-цепочек образует когерентный детектор преобразованного ФМн сигнала в АМн колебание; введенная вторичная обмотка с колебанием несущей частоты в виде ФМн сигнала одним концом подключена к точке соединения двух контуров, а другим концом - к точке соединения двух RC-цепочек, что в итоге преобразует некогерентный ЧД в когерентный ЧД, а вместе с триггером - в когерентный детектор сигналов с абсолютной ФМн на 180° без обратной работы.
Существенным отличием изобретения от прототипа являются введенные 2 диода и вторичная обмотка, преобразовавшие некогерентный частотный детектор в когерентный частотный детектор. В источнике [3] на с. 96-100 показано, что отношение мощности сигналов к мощности помех на выходе когерентного детектора qквых=2qвх, а на выходе некогерентного детектора на основании чего авторы данного изобретения получили точную формулу выигрыша в помехоустойчивости когерентного детектора по отношению к некогерентному детектору:
где qвx - отношение мощности сигнала к мощности помех на входе указанных детекторов. Расчетная кривая γ=f(qвx) представлена на Фиг. 1. Видно, что при qвx=0,1, когда большой уровень помех, γ=24 раза, а когда помех практически нет, то γmin=4 раза. Это значит, что при когерентном частотном детекторе триггер всегда будет работать, пусть даже через усилитель напряжения.
Краткое описание чертежей
Расчетная кривая γ=f/(qвх) представлена на Фиг. 1. На Фиг. 2 представлена структурная схема когерентного детектора сигналов с абсолютной ФМн на 180°, состоящая из последовательно включенных когерентного частотного детектора 1 и триггера 2, на Фиг. 3 представлена принципиальная схема когерентного частотного детектора на расстроенных контурах, а на Фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
Осуществление изобретения
Видно, что когерентный частотный детектор отличается от прототипа-некогерентного частотного детектора дополнительно введенными двумя диодами VD3 и VD4 и дополнительной вторичной обмоткой L3. Эти два дополнительных диода вместе с двумя диодами прототипа VD1 и VD2 образуют кольцевой балансный перемножитель (КБП); введенная обмотка L3 одним концом подключена к точке соединения резонансных контуров, а другим концом - к точке соединения двух параллельных RC-цепочек в качестве ФНЧ КБП. Перемножаются между собой преобразованные контурами ФМн в АМн колебание с колебанием его несущей частоты на обмотке L3. Подробнее этот процесс показан на Фиг. 4 с учетом ω(t)=dϕ(t)/dt.
Технико-экономическим эффектом изобретения является увеличение помехоустойчивости радиосвязи до максимально возможной, которую обеспечивает абсолютная ФМн на 180°, что позволит увеличить безопасность подвижных объектов. Простая реализация предложенного когерентного детектора сигнала с абсолютной ФМн на 180°, не имеющего обратной работы, в принципе выгодна и экономически.
Детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, состоящий из последовательно включенных частотного детектора (ЧД) и триггера, где ЧД выполнен в виде двух параллельных резонансных контуров, соединенных между собой последовательно и расстроенных симметрично и противоположно относительно частоты входного сигнала, преобразующих ФМн в амплитудную манипуляцию (АМн), и к каждому контуру подключен однополупериодный диодный детектор АМн колебаний с нагрузкой в виде параллельной RC-цепочки в качестве фильтра нижних частот (ФНЧ) и обе RC-цепочки соединены между собой последовательно с выделением огибающей АМн колебания в виде фронтов и срезов передаваемых импульсов, выполненные с возможностью повторного преобразования в переданные импульсы, отличающийся тем, что в ЧД дополнительно введены два диода и одна вторичная трансформаторная обмотка, питаемая одним электромагнитным полем с контурами, причем введенные диоды включены таким образом, что они вместе с имеющимися двумя диодами образуют кольцевой балансный перемножитель (КБП), который в сумме с ФНЧ в виде двух RC-цепочек образует когерентный детектор преобразованного ФМн сигнала в АМн колебание; введенная вторичная обмотка с колебанием несущей частоты в виде ФМн сигнала одним концом подключена к точке соединения двух контуров, а другим концом - к точке соединения двух RC-цепочек, что в итоге обеспечивает преобразование некогерентного ЧД в когерентный ЧД, а вместе с триггером - в когерентный детектор сигналов с абсолютной ФМн на 180° без обратной работы.
