Результат интеллектуальной деятельности: ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в радиотехнических системах, предназначенных для организации линии связи в режиме приема сигналов с различным типом модуляции, а также с псевдослучайной перестройкой частоты.

Часто приемные устройства имеют двойное преобразование частоты. Например, в книгах [1], стр.296 и [2], стр.200, приведены подробные блок-схемы приемников с двойным преобразованием частоты. В первой - на рис 4.8, стр.141, во второй - на рис.1.15, стр.30.

Достоинством такого построения приемника является выбор первой частоты из условия подавления зеркальной частоты приема, а второй - из условия выделения полосы основной селекции. Однако такое построение имеет и существенные недостатки, а именно: необходимость наличия двух гетеродинов и двух смесителей, а также неизбежные взаимные наводки гетеродинов, которые приводят к возникновению «самопораженных» точек в полосе приема, к появлению ложных каналов приема. Эти недостатки существенно снижают качество радиоприемного устройства.

Существуют приемные устройства и радиостанции с одним преобразованием частоты, в которых упомянутые недостатки отсутствуют, например функциональная схема, приведенная в [3] рис.7.12, стр.236.

В случае выполнения приемного устройства по функциональной схеме на рис.7.12 [3] подавление зеркальной частоты приема может обеспечиваться двумя путями:

а) входным избирательным усилителем, что не только сложно технически, но противоречит требованиям быстрой перестройки или приему широкополосных сигналов,

б) смесителем, в котором реализуется преобразование с подавлением зеркального канала фазокомпенсационным способом [2], стр.240.

Существуют и другие реализации смесителей с подавлением зеркальной частоты. Математически подавление основано на проведении в параллель двух преобразований сигнала по частоте: одно обычное перемещение по оси частот, а другое - преобразование одновременно с осуществлением преобразования Гильберта входного сигнала, а затем:

- первый вариант - сигнал, преобразованный по Гильберту, поворачивается на 90°,

- второй вариант - сигнал, не преобразованный по Гильберту, поворачивается на 90°.

Результаты двух преобразований складываются. В зависимости от варианта выбора знака при сложении, знака при повороте на 90° и знака в преобразовании Гильберта происходит подавление сигнала на одной из двух промежуточных частот. Условно один из двух сигналов промежуточной частоты называют основным (полезная комбинация), а другой зеркальным.

Как можно предположить, вариантов реализации смесителей с подавлением зеркальной частоты много, например, [3], рис.7.12 и [2], стр.240.

Однако все эти варианты основаны на физической реализации ряда математических действий, которые выполняются с конечной точностью. По этой причине подавление зеркальной частоты практически ограничено 30 дБ, что является недостатком.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство с преобразователем частоты, реализующим подавление зеркального канала фазокомпенсационным способом [2], стр.149, принятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - усилитель;

2 - преобразователь частоты без зеркального канала;

3 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

4 - детектор;

5 - усилитель звуковых частот;

6 - источник напряжения гетеродина;

7, 10 - первый и второй фазовращатель на π/2;

15, 16 - первый и второй смеситель;

17 - сумматор.

Как указывалось выше, возможны различные реализации преобразователя частоты без зеркального канала. По этой причине логично считать "идеальный преобразователь частоты без зеркального канала" законченным блоком, который может быть выполнен в нескольких вариантах. Не меняя сути, будем называть этот блок «преобразователь частоты с подавлением зеркального канала».

Работает преобразователь частоты с подавлением зеркального канала таким образом.

Входное гармоническое напряжение cosα, где α фазовый угол, подается на первый смеситель 15 непосредственно, а на второй смеситель 16 через фазовращатель 7. На второй вход первого смесителя 15 подается гармоническое напряжение cosβ от источника напряжения гетеродина 6 непосредственно, а на второй вход второго смесителя 10 подается гармоническое напряжение через фазовращатель 10, т.е. sinβ. Таким образом, на выходе первого смесителя 15 имеем напряжение в виде произведения cosα cosβ, а на выходе второго - sinα sinβ. На выходе сумматора 17 получаем гармоническое напряжение cos(α-β).

Следует отметить очевидный факт зависимости подавления помехи на зеркальной частоте от равенства коэффициентов передачи в смесителях 15 и 16 и точности поворота фазы на π/2 в фазовращателях 7 и 10. Как отмечено в [1] реально подавление достигало 30 дБ. В настоящее время появление интегральных микросхем и возможности поворота фазы цифровыми методами позволяет увеличить подавление в несколько раз или даже на порядок.

Укрупним функциональную схему устройства-прототипа и представим на фиг.2, где обозначено:

1 - усилитель;

2 - преобразователь частоты с подавлением зеркального канала;

3 - усилитель промежуточной частоты;

4 - детектор;

5 - усилитель звуковых частот;

6 - источник напряжения гетеродина.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные усилитель 1, преобразователь частоты с подавлением зеркального канала 2, УПЧ 3, детектор 4 и усилитель звуковых частот 5. Кроме того, выход источника напряжения гетеродина 6 соединен со вторым входом преобразователя частоты с подавлением зеркального канала 2. При этом антенна подключена к входу усилителя.

Работает приемное устройство следующим образом.

Сигнал и помехи, в том числе и помеха на зеркальной частоте, с антенны подаются на вход усилителя 1, усиливаются в нем и поступают на вход преобразователя частоты 2, на второй вход которого подается напряжение от источника гетеродина 6. В преобразователе частоты 2 напряжение на частотах выше частоты на величину (значение) промежуточной частоты и на частотах ниже частоты на величину (значение) промежуточной частоты образуются сигналы промежуточной частоты, причем одна из них считается сигналом и в преобразователе 2 усиливается, а другая зеркальной помехой и в преобразователе 2 подавляется (ослабляется). Выходное напряжение преобразователя частоты с подавлением зеркального канала 2 последовательно фильтруется по частоте и усиливается в усилителе промежуточной частоты 3, детектируется в детекторе 4 и усиливается в усилителе низкой частоты 5 и выводиться с выхода последнего.

Таким образом, входной сигнал заданной частоты принимается с антенны, преобразуется на промежуточную частоту, фильтруется, усиливается, детектируется и усиливается по низкой частоте и подается на выход приемника, а помеха на зеркальной частоте подавляется в преобразователе 2 и на выход не проходит.

Графическое представление подавления зеркальной частоты приведено на фиг.3а. На графике "а" по оси Y отложено напряжение на входе, по оси Х - зависимость этого напряжения от частоты (спектры), а также точками обозначены следующие частоты: средняя точка ω₀ - частота гетеродина, точка справа ω₀+ω_ПЧ - средняя частота сигнала, точка слева ω₀-ω_ПЧ - средина спектра зеркальной частоты. На графике "б" показаны те же спектры, но повернутые по фазе на π/2. На графике "в" показан результат обычного преобразования спектров графика "а" в промежуточную частоту.

На графике "г" показан результат преобразования спектров графика "б" в промежуточную частоту, причем напряжение гетеродина во втором случае сдвигается по фазе на π/2. Этим сдвигом достигается преобразование Гильберта. Если сравнить графики "в" и "г", легко заметить, что спектры сигнала в обоих случаях положительны, а спектры зеркальной частоты имеют разные знаки. На графике "д" представлена сумма спектров "в" и "г", из графика "д" видно, что спектр сигнала удваивается, а спектр от зеркальной частоты равен нулю, так как взаимно компенсируется.

Представленный вариант не является единственным, на фиг.3б представлен второй вариант. На графике "а" по оси Y отложено напряжение на входе, по оси Х - зависимость этого напряжения от частоты, а также точками обозначены следующие частоты: средняя точка ω₀ - частота гетеродина, точка справа ω₀+ω_ПЧ - средняя частота сигнала, точка слева ω₀-ω_ПЧ - средина спектра зеркальной частоты. На графике "б" показаны те же спектры без поворота по фазе на π/2. Этот вариант отличается от первого тем, что на входе фазовращатель отсутствует и после преобразований в первом и втором смесителях спектры на промежуточных частотах имеют вид «в» и «г». Для выделения сигнала на промежуточной частоте после первого смесителя (верхний ряд) производиться поворот фазы на π/2, и спектр принимает вид «д». Разность спектров «д» и «г» имеет вид «е».

Возможны и другие варианты, например поворот гетеродина не на 0 и π/2, -π/4 и π/4.

Недостатком прототипа является неэффективное значение величины подавления зеркального канала.

Для устранения указанных недостатков в приемное устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель, преобразователь частоты с подавлением зеркального канала и первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ), а также первый источник напряжения гетеродина, последовательно соединенные детектор и усилитель звуковых частот, выход которого является выходом устройства, согласно изобретению введены преобразователь частоты основного канала, N-1 источников напряжения гетеродина на различные частоты, выходы которых соединены с соответствующими входами блока коммутации напряжения гетеродина, выход которого соединен со вторыми входами преобразователей частоты, первая группа параллельно соединенных по входу N-1 УПЧ, выходы которых и выход первого УПЧ соединены с соответствующими входами первого управляемого блока коммутации, выход которого соединен с первым входом решающего блока и входом ключа, вторая группа параллельно соединенных по входу N УПЧ, выходы которых соединены с соответствующими входами второго управляемого блока коммутации, выход которого соединен со вторым входом решающего блока, выход которого соединен с управляющим входом ключа и входом блок управления коммутаторами, выход которого соединен с управляющими входами блока коммутации напряжения гетеродина, первого и второго управляемых блоков коммутации, кроме того, выход первого источника напряжения гетеродина соединен с соответствующим входом блока коммутации напряжения гетеродина, выход усилителя соединен с первым входом преобразователя частоты основного канала, выход которого соединен с входами второй группы N УПЧ, входы первой группы N-1 УПЧ подсоединены к выходу преобразователь частоты с подавлением зеркального канала, антенна подсоединена к входу усилителя, причем все УПЧ имеют различное значение центральной частоты.

Предлагается приемное устройство свободное от данного недостатка, функциональная схема которого приведена на фиг.4, где обозначено:

1 - усилитель;

2 - преобразователь частоты с подавлением зеркального канала;

3.1-3.N - первая группа N усилителей промежуточной частоты (УПЧ) с различным значением центральной частоты;

4 - детектор;

5 - усилитель звуковых частот;

6.1.-6.N - N источников напряжения гетеродина на N различных частот;

7 - блок коммутации напряжения гетеродина;

8, 11- первый и второй управляемый блок коммутации;

9 - преобразователь частоты с подавлением основного канала;

10.1.-10.N - вторая группа N (УПЧ) с различным значением центральной частоты.

12 - решающий блок;

13 - блок управления коммутаторами;

14 - ключ.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные усилитель 1 и преобразователь 2, выход которого соединен с входами первой группы N параллельно соединенных по входу УПЧ с различным значением центральной частоты 3.1-3.N, выходы которых подсоединены к соответствующим входам первого управляемого блока коммутации 8, выход которого соединен с входом ключа 14 и с первым входом решающего блока 12, выход которого соединен с входом блока управления коммутаторами 13 и управляющим входом ключа 14, выход которого через детектор 4 соединен с входом усилителя звуковых частот 5, выход которого является выходом устройства. Кроме того, выходы N источников напряжения гетеродина на N различных частот 6.1-6.N соединены с соответствующими входами блока коммутации напряжения гетеродина 7, выход которого соединен со вторыми входами преобразователя частоты с подавлением зеркального канала 2 и преобразователя частоты с подавлением основного канала 9, выход которого соединен с входами второй группы параллельно соединенных по входу N УПЧ с различным значением центральной частоты 10.1-10.N, выходы которых соединены с соответствующими входами второго управляемого блока коммутации 11, выход которого соединен со вторым входом решающего блока 12.

Выход блока управления коммутаторами 13 соединен с управляющими входами блока коммутации напряжения гетеродина 7, первого 8 и второго 11 управляемых блоков коммутации. При этом вход усилителя 1 соединен с антенной, а выход - с первым входом преобразователя частоты с подавлением основного канала 9.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Сигнал с антенны поступает на усилитель 1 и после усиления одновременно подается на входы преобразователя с подавлением зеркального канала 2 и входы преобразователя с подавлением основного канала 9. На вторые входы преобразователей 2 и 9 через блок коммутации напряжения гетеродина 7 подается напряжение от соответствующего источника напряжения гетеродина 6. На выходе преобразователя 2 вырабатывается напряжение промежуточной частоты сигнала, а напряжение промежуточной частоты от зеркального канала подавляется. Смесь зеркальной и подавленной составляющей основного сигнала, вырабатываемая вторым преобразователем частоты с подавлением основного канала 9, подается через соответствующий УПЧ 10 и второй управляемый блок коммутации 11 на второй вход решающего блока 12.

Смесь составляющей основного сигнала и подавленной зеркальной помехи, вырабатываемая преобразователем 2, подается на первый вход решающего блока 12. В решающем блоке 12 при условии превышения напряжением на первом входе u₁ напряжения на втором входе u₂ в заданное количество раз L вырабатывается команда «0», по которой срабатывает ключ 14, и выходное напряжение промежуточной частоты с преобразователя 2 подается через соответствующий блок первой группы УПЧ 3.1-3.N и первый управляемый блок коммутации 8 на ключ 14 и детектор 4 на усилитель звуковых частот 5, а затем на выход. Если превышение сигнала на втором входе над напряжением на первом входе решающего блока 12 будет ниже заданного значения L, то в решающем блоке 12 вырабатывается команда «1». По этой команде ключ 14 не замыкается, а блок коммутации напряжения гетеродина 7 подключает ко вторым входам преобразователей 2 и 9 соответствующий источник напряжения гетеродина 6, а первый 8 и второй 11 управляемые блоки коммутации подключают к выходам преобразователей 2 и 9 УПЧ 3 и 10 с различным значением центральной частоты из первой и второй групп соответственно.

Таким образом, изменяется частота гетеродина и номинал промежуточной частоты и, следовательно, значение зеркальной частоты. Если во втором случае, при новых значениях частоты гетеродина и промежуточной частоты напряжение в решающем блоке 12 на первом входе в заданное количество раз L превышает напряжение на втором входе, то вырабатывается команда «0», по которой срабатывает ключ 14 и выходное напряжение промежуточной частоты с преобразователя 2 подается через соответствующий блок первой группы УПЧ 3.1-3.N и первый управляемый блок коммутации 8 на ключ 14 и детектор 4 на усилитель звуковых частот 5, а затем на выход устройства.

Если во втором случае в решающем блоке 12 напряжение на втором входе в заданное количество раз L не превышает напряжение на втором входе, то вырабатывается команда «1», по этой команде ключ 14 не замыкается, а блок коммутации напряжения гетеродина 7 подключает ко вторым входам преобразователей частоты 2 и 9 соответствующий источник напряжения гетеродина 6, первый 8 и второй 11 управляемые блоки коммутации подключают к выходам преобразователей 2 и 9 УПЧ 3 и 10 первой и второй групп соответственно. Таким образом, изменяется частота гетеродина и номинал промежуточной частоты и, следовательно, значение зеркальной частоты.

Начинается третий шаг, при котором u₁/u₂ больше L, и тогда решающим блоком 12 вырабатывается команда «0» и начинается прием полезного сигнала, или u₁/u₂ меньше L и процесс повторяется: происходит переключение частоты гетеродина и изменение промежуточной частоты и т.д. до N раз.

Технический результат - эффективное устранение помехи на зеркальном канале.

Источники информации

1. Верзунов М.В. «Однополосная модуляция в радиосвязи». Воениздат, М., 1972.

2. Голубев В.Н. «Частотная избирательность радиоприемников AM сигналов», Связь, М., 1970.

3. «Справочник радиоинженера». Лэнди Р., Дэвис Д., Албрехт А., Государственное энергетическое издательство, Москва-Ленинград, 1961.