УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВХОДНОГО СИГНАЛА ПАНОРАМНОГО РАДИОПРИЕМНИКА Российский патент 1994 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в панорамных радиоприемниках, анализаторах спектра и частотомерах.

Целью изобретения является расширение диапазона частотного поиска сигналов.

Структурная схема устройства представлена на фиг.1; частотная диаграмма, поясняющая образование дополнительных (зеркальных) каналов приема, изображена на фиг.2; временные диаграммы, поясняющие работу устройства, показаны на фиг.3,4 и 5.

Устройство (фиг. 1) содержит приемную антенну 1, входную цепь 2, усилитель 3 высокой частоты, первый смеситель 4, первый усилитель 5 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 6, первый видеоусилитель 7, первый осциллографический индикатор 8, блок 9 управления, блок 10 формирования частотной развертки, первый и второй гетеродины 11 и 12, второй смеситель 13, первый перемножитель 14, второй и третий усилители 15 и 16 промежуточной частоты, первый полосовой фильтр 17, второй перемножитель 18, второй полосовой фильтр 19, фазоинвертор 20, сумматор 21, частотный детектор 22, дифференцирующую цепь 23, выпрямитель 24, ключ 25, второй амплитудный детектор 26, второй видеоусилитель 27, второй осциллографический индикатор 28, третий амплитудный детектор 29, третий видеоусилитель 30 и третий осциллографический индикатор 31.

Раздельный прием сигналов по основному каналу на частоте f_o, по первому зеркальному каналу на частоте f_з1 и по второму зеркальному каналу на частоте f_з2 основан на использовании двух гетеродинов 11 и 12, частоты которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты: f_г2 - f_г1 = 2f_пр и выбраны симметричными относительно частоты основного канала
f_г2 - f_o = f_o - f_г1 = fпр.

Это обстоятельство приводит к появлению второго зеркального канала (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

Просмотр заданного частотного диапазона Df осуществляется с помощью блока 9 поиска, который периодически по пилообразному закону изменяет настройку входной цепи 2, усилителя 3 высокой частоты и гетеродинов 11 и 12, а также через блок 10 формирования частотной развертки управляет горизонтальной разверткой осциллографических индикаторов 8,28 и 31. При этом линия развертки индикаторов используется как ось частот, длина которой соответствует диапазону просматриваемых частот.

Принимаемый импульсный сигнал (фиг.3а).

U_o(t) = V_ocos(2 πf_ot + ϕ_o); 0 ≅t≅ τ_n, где V_o, f_o, ϕ_o и τ_n - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала, с выхода приемной антенны 1 через входную цепь 2 и усилитель 3 высокой частоты поступает на первые входы смесителей 4 и 13, на вторые входы которых подаются напряжения с выхода гетеродинов 11 и 12 соответственно
U_г1(t) = V_г1cos(2π f_г1t + πγt² + ϕ_г1);
U_г2(t) + V_г2cos(2π f_г2t + πγt² + ϕ_г2);
0≅t≅ T_n, где V_г1, V_г2, f_г1, f_г2 и ϕ_г1, ϕ_г2 - амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов;
γ = - скорость изменения частот гетеродинов (скорость перестройки);
Т_n - период перестройки.

Причем частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 11 и 12 разнесены на удвоенные значения промежуточной частоты:
f_г2 - f_г1 = 2f_пр и выбраны симметричными относительно частоте fo основного канала приема
f_г2 - f_o = f_o - f_г1 = f_пр
Это обстоятельство приводит к появлению второго зеркального канала на частоте f_з2 (фиг.2).

Частота настройки f_н1 и полоса пропускания Δf₁ усилителя 15 промежуточной частоты выбраны следующим образом:
f_н1 = f_пр; Δf₁ = f_пр.

Частота настройки f_н2 и полоса пропускания Δf₂ полосового фильтра 17 выбраны следующим образом:
f_н2 = 2f_пр; Δf₂ = f_пр.

Частота настройки f_н3 и полоса пропускания Δf₃ усилителей 5 и 16 промежуточной частоты и полосового фильтра 19 выбраны следующим образом:
f_н3 = 3f_пр; Δf₃ = f_пр.

В смесителях 4 и 13 принимаемый сигнал преобразуется в напряжения следующих частот (фиг.3а):
f_o1 = f_o - f_г1 - γt = f_пр - γt;
f_o2 = f_г2 + γt - f_o = f_пр + γt, где первый индекс обозначает канал, по которому принимается сигнал, второй индекс - номер гетеродина, участвующего в преобразовании частоты принимаемого сигнала.

Однако только напряжение с частотой f_o2 попадает в полосу пропускания Δf₁ усилителя 15 промежуточной частоты:
U_пр1(t) = V_пр1cos(2πf_прt + πγt² + ϕ_пр1);
0≅ t≅ τ_n, где V_пр1= K₁V₀V_г2;
К₁ - коэффициент передачи смесителя;
f_пр = f_г2 - f_o - промежуточная частота;
ϕ_пр1 = ϕ_г2 - ϕ_о.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 18.

Напряжения U_г1(t) и U_г2(t) с выходов гетеродинов 11 и 12 одновременно поступают на два выхода перемножителя 14, на выходе которого образуется напряжение
U_г(t) = V_гcos(4 πf_прt + ϕ_г) где V_г= K₂ V_г1V_г2;
К₂ - коэффициент передачи перемножителя;
ϕ_г =ϕ_г2 - ϕ_г1;
f_г2 = f_г1 = 2f_пр.

Это напряжение выделяется полосовым фильтром 17 и поступает на второй вход перемножителя 18. На выходе последнего полосовым фильтром 19 выделяется напряжение
U₁(t) = V₁cos (6 πf_прt + πγt² + ϕ₁);
0≅ t≅ τ_n, где V₁= K₂ V_пр1V_г;
ϕ₁= ϕ_пр1 + ϕ_г, и поступает на первый вход сумматора 21.

Так как в полосу пропускания усилителя 5 промежуточной частоты напряжение не попадает, то на втором входе сумматора 21 напряжение отсутствует. Напряжение U₁(t) (фиг.4а) с выхода сумматора 21 поступает на вход частотного детектора 22, на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг.4б), форма которого соответствует закону изменения частоты f_o2 (фиг.4в). Указанный видеоимпульс поступает на вход дифференцирующего звена 23, на выходе которого образуется прямоугольный положительный импульс (фиг.4г), который через выпрямитель 24 (фиг.4д) поступает на управляющий вход ключа 25 и открывает его. Ключ 25 в исходном состоянии всегда закрыт. Выпрямитель 24 пропускает на свой выход только положительный импульс. При этом напряжение U₁(t) с выхода сумматора 21 через открытый ключ 25 поступает на вход амплитудного детектора 26, который выделяет его огибающую. Последняя через видеоусилитель 27 поступает на вертикальные пластины осциллографического индикатора 28. В результате на экране осциллографического индикатора 28 образуется частотная метка, положение которой на горизонтальной развертке однозначно определяет несущую частоту f_o принимаемого сигнала.

Если на вход устройства поступает сигнал по первому зеркальному каналу на частоте f_з1 (фиг.3б)
U_з1(t)=V_з1cos(2πf_з1t +ϕ_з1); 0≅ t≅ τ_n, то в смесителях 4 и 13 он преобразуется в напряжения следующих частот:
f₁₁ = f_г1 + γt - f_з1 = f_пр + γt;
f₁₂ = f_г2 + γt - t_з1 = 3f_пр + γt. Однако только напряжение с частотой f₁₂ попадает в полосу пропускания Δf₃ усилителя 16 промежуточной частоты:
U_пр2(t) = V_пр2cos(6 πf_прt + πγt² + ϕ_пр2);
0≅ t≅ τ_n, где V_пр2= K₁V_з1V_г2;
3f_пр = f_г2 - f_з1; ϕ_пр2 =ϕ_г2 - ϕ_з1.

Это напряжение поступает на вход амплитудного импульсного детектора 29, где выделяется его огибающая, которая через видеоусилитель 30 подается на вертикальные пластины осциллографического индикатора 31. На экране последнего образуется частотная метка, положение которой на горизонтальной развертке однозначно определяет несущую частотуf_з1принимаемого сигнала.

Если на вход устройства поступает сигнал по второму зеркальному каналу на частоте f_з2 (фиг.3в)
U_з2(t)=V_з2cos(2πf_з2t +ϕ_з2); 0≅ t≅ τ_n, то в смесителях 4 и 13 он преобразуется в напряжения следующих частот:
f₂₁ = f_з2 - f_г1 - γt = 3f_пр - γt;
f₂₂ = f_з2 - f_г2 - γt = f_пр - γt.

Напряжение с частотой f₂ попадает в полосу пропускания Δf₃усилителя 5 промежуточной частоты:
U_пр3(t) = V_пр3cos(2πf_прt + πγt² + ϕ_пр3);
0≅ t≅ τ_n, где V_пр3= K₁V_з2V_г1;
3f_пр= f_з2- f_г1;
= ϕ_з2- ϕ_г1.

Это напряжение поступает на вход амплитудного детектора 6, где выделяется его огибающая, которая через видеоимпульс 7 подается на вертикальные пластины осциллографического индикатора 8. На экране последнего образуется частотная метка, положение которой на горизонтальной развертке однозначно определяет несущую частоту f_з2принимаемого сигнала.

Напряжение U_пр3(t) одновременно поступает на вход физоинвертора 20, на выходе которого образуется напряжение
U_пр4(t) = V_пр3cos(6πf_прt + πγt² + ϕ_пр3);
0≅ t≅ τ_n, которое поступает на второй вход сумматора 21.

Напряжение с частотой f₂₂ попадает в полосу пропускания Δf₁усилителя 15 промежуточной частоты:
U_пр5(t) = V_пр5cos(2πf_прt + πγt² + ϕ_пр5);
0≅ t≅ τ_n, где V_пр5= K₁V_з2V_г2;
ϕ_пр5= ϕ_з2- ϕ_г2 ; f_пр= f_з2- f_г2
Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 18, на второй вход которого подается напряжение U_г(t) с выхода полосового фильтра 17. На выходе перемножителя 18 образуется напряжение
U₂(t) = V₂cos(6πf_прt + πγt² + ϕ₂);
0≅ t≅ τ_n, где V₂= K₂V_пр5V_г;
ϕ₂= ϕ_пр5+ ϕ_г.

Это напряжение выделяется полосовым фильтром 19 и поступает на первый вход сумматора 21. Напряжения U₂(t) и U_пр4(t) поступающие на два входа сумматора, на его выходе образуют постоянное напряжение. Это напряжение поступает на вход частотного детектора 22, на выходе которого напряжение отсутствует. Ключ 25 не открывается. В исходном состоянии ключ 25 всегда закрыт.

Если сигналы одновременно принимаются по основному каналу на частоте f_o, по первому зеркальному каналу на частоте f_з1 и по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, то в работе участвуют все блоки устройства. В этом случае в полосу пропускания усилителя 15 промежуточной частоты попадают напряжения U_пр1(t) и U_пр5(t), которые поступают на первый вход перемножителя 18, на второй вход которого подается напряжение U_г(t) с выхода полосового фильтра 17. На выходе перемножителя 18 образуются напряжения U₁(t) и U₂(t), которые поступают на первый вход сумматора 21, на второй вход которого подается напряжение U_пр4(t) с выхода фазоинвертора 20. На выходе сумматора 21 образуется напряжение U₁(t) (фиг.4а), которое поступает на вход частотного детектора 22. На выходе последнего образуется напряжение (фиг. 4в), форма которого соответствует закону изменения частоты (фиг.4б). Это напряжение поступает на вход дифференцирующего звена 23, на выходе которого образуется прямоугольный положительный импульс (фиг. 4г), который через выпрямитель 24 (фиг. 4д) поступает на управляющий вход ключа 25, открывая его. Дальнейшая работа устройства уже описана.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает расширение диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов. Это достигается использованием первого и второго зеркальных каналов на частотах f_з1 и f_з2 за счет использования первого и второго гетеродинов 11 и 12, частоты которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты:
f_г2 - f_г1 = 2f_пр, и выбрав симметричными относительно частоты f_o основного канала
f_г2 - f_o = f_o - f_г1 = f_пр.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в панорамных радиоприемниках, анализаторах спектра и частотомерах. Устройство содержит приемную антенну 1, входную цепь 2, усилитель 3 высокой частоты, смесители 4, 13, видеоусилители 7, 27, 30, усилители 5, 15, 16 промежуточной частоты, амплитудные детекторы 6, 26, 29, осциллографические индикаторы 8, 28, 31, блок 9 управления, блок 10 формирования частотной развертки, первый и второй гетеродины 11 и 12, перемножители 14, 18, полосовые фильтры 17, 19, фазоинвертор 20, сумматор 21, частотный детектор 22, дифференцирующее звено 23, выпрямитель 24, ключ 25. 5 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВХОДНОГО СИГНАЛА ПАНОРАМНОГО РАДИОПРИЕМНИКА, содержащее последовательно включенные приемную антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор и первый видеоусилитель, подключенный к вертикальным пластинам первого осциллографического индикатора, последовательно включенные блок формирования частотной развертки и горизонтальные пластины первого осциллографического индикатора, а также последовательно включенные частотный детектор, дифференцирующее звено, выпрямитель и ключ, выходы блока управления соединены с управляющими входами входной цепи, усилителя высокой частоты, первого гетеродина и блока формирования частотной развертки, а второй вход первого смесителя соединен с выходом первого гетеродина, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона частотного поиска сигналов, в него введены второй гетеродин, второй смеситель, второй и третий усилители промежуточной частоты, первый и второй перемножители, первый и второй полосовые фильтры, фазоинвертор, сумматор, второй и третий амплитудные детекторы, второй и третий видеоусилители, второй и третий осциллографические индикаторы, причем горизонтальные пластины первого осциллографического индикатора соединены с выходом первого видеоусилителя, к выходу первого гетеродина последовательно подключены первый перемножитель, первый полосовой фильтр, второй перемножитель, второй полосовой фильтр, сумматор, ключ, второй амплитудный детектор, второй видеоусилитель и вертикальные пластины второго осциллографического индикатора, горизонтальные пластины которого соединены с выходом блока формирования частотной развертки, к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены второй смеситель, третий усилитель промежуточной частоты, третий амплитудный детектор, третий видеоусилитель и вертикальные пластины третьего осциллографического индикатора, горизонтальные пластины которого соединены с выходом блока формирования частотной развертки, при этом второй вход первого перемножителя соединен с выходом второго гетеродина, второй вход второго перемножителя через второй усилитель промежуточной частоты соединен с выходом второго смесителя, второй вход сумматора через фазоинвертор соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а второй вход второго смесителя через второй гетеродин соединен с четвертым выходом блока управления.