Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах супергетеродинного типа различного назначения для ослабления помех, принимаемых на частоте зеркального канала (зеркальных помех).
Известны устройства подавления помех зеркального канала (см. патент США N 3 070 747, кл. 325-437, 25.12.62; патент Японии N 58-26700, кл. H 04 B 1/26, H 04 B 1/10), в которых предусмотрен дополнительный (параллельный) канал приема, содержащий дополнительный смеситель. В этих устройствах, благодаря разветвлению входного сигнала, с помощью фазовращателей удается обеспечить на выходах основного и дополнительного каналов приема противофазность зеркальных помех и синфазность полезного сигнала. В результате, при условии идентичности основного и дополнительного каналов, достигается компенсация зеркальных помех. Недостатком этих устройств является ухудшение шумовых свойств преобразователя из-за влияния шумов дополнительного канала.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство по патенту США N 2 964 622, кл. 325-437, 13.12.60, содержащее смесители, гетеродин, фильтры, фазовращатели на 90o, а также сумматор. Полезный сигнал и зеркальная помеха на выходе полосового фильтра разветвляются и поступают на входы первого и второго смесителя. Выход одного смесителя через первый ФПЧ соединен с одним входом сумматора. Выход другого смесителя через последовательно включенные второй фильтр промежуточной частоты (ФПЧ) и первый фазовращатель соединен с другим входом сумматора. Выход гетеродина связан с первым смесителем непосредственно, а со вторым смесителем через второй фазовращатель.
Составляющие зеркальной помехи на входах сумматора оказываются противофазными, тем самым выполняется фазовое условие компенсации. Если коэффициенты передачи основного и дополнительного каналов приема от входа устройства до входов сумматора одинаковы, то уровни зеркальных помех на входах сумматора также одинаковы, т.е. выполняется амплитудное условие компенсации. В результате одновременного выполнения обоих условий зеркальные помехи оказываются подавленными (скомпенсированными).
Однако в известном двухканальном устройстве происходит ухудшение шумовых свойств по сравнению с классическим одноканальным преобразователем частоты, так как такая же мощность полезного сигнала на выходе достигается при вдвое большей мощности выходного шума. В результате коэффициент шума известного устройства в два раза хуже (больше), чем в одноканальном, соответственно в два раза ухудшается (уменьшается) отношение сигнал-шум на выходе.
В изобретении решается задача уменьшения коэффициента шума и увеличения отношения сигнал/шум на выходе.
Этот результат достигается благодаря тому, что в известное устройство, содержащее входной фильтр, первый и второй смесители, гетеродин, первый и второй ФПЧ, первый и второй фазовращатели на 90o и сумматор, дополнительно введен фильтр-пробка на промежуточной частоте и изменены некоторые связи между элементами. В результате возникло новое устройство двухкаскадный преобразователь частоты с подавлением зеркального канала, содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр, преобразователь частоты, первый фильтр промежуточной частоты, фазовращатель на ± 90o и сумматор, последовательно соединенные гетеродин, фазовращатель на 90o, смеситель и второй фильтр промежуточной частоты, выход которого подключен к другому входу сумматора. При этом другой (гетеродинный) вход преобразователя частоты подключен к выходу гетеродина.
От прототипа заявленное устройство отличается тем, что между выходом преобразователя частоты и другим (сигнальным) входом смесителя введен фильтр-пробка, а преобразователь частоты выполнен в виде балансного преобразователя частоты с коэффициентом усиления, превышающим единицу. Коэффициент преобразования смесителя равен отношению коэффициентов преобразования и усиления балансового преобразователя частоты с коэффициентом усиления, превышающим единицу.
Исключение разветвления сигнала на входе преобразователя частоты позволяет, при достаточно большой величине коэффициента усиления последнего, уменьшить коэффициент шума устройства в целом. Этот эффект достигается каскадным, т.е. последовательным, включением смесителя по отношению к преобразователю частоты, а, как известно, в многокаскадной схеме интенсивность шума определяется в основном шумами первого каскада. В известном же устройстве первый и второй смесители включены параллельно, поэтому их шумы равноправно влияют на результирующий коэффициент шума. Кроме того, в заявленном устройстве преобразователь частоты не только осуществляет преобразование частоты входного сигнала, но также и усиление входного сигнала на той же частоте, что эквивалентно увеличению коэффициента передачи устройства в целом. В результате совместного действия обоих факторов коэффициент шума заявленного устройства меньше, чем у известного устройства. Отношение сигнал/шум на выходе соответственно выше.
Выигрыш в величине коэффициента шума по сравнению с известным устройством составляет
,
где K2У коэффициент усиления преобразователя. Следовательно, заявленное устройство имеет преимущество перед известным устройством по коэффициенту шума при K2У > 1/2, когда G > 1. Например, при K2У 1 G ≈ 1,3, при K2У 5 G ≈ 1,8.
С увеличением коэффициента усиления первого смесителя выигрыш увеличивается, но не более, чем в два раза. Соответственно увеличивается отношение сигнал/шум на выходе, но не более, чем в четыре раза.
На чертеже представлена функциональная электрическая схема двухкаскадного преобразователя частоты с подавлением зеркального канала.
Двухкаскадный преобразователь частоты с подавлением зеркального канала содержит полосовой фильтр 1, преобразователь частоты 2, первый фильтр промежуточной частоты (ФПЧ) 3, фазовращатель на ± 90o 4, сумматор 5, гетеродин 6, фазовращатель на 90o 7, смеситель 8, второй ФПЧ 9, фильтр-пробка 10.
Полосовый фильтр 1 является стандартным элементом радиоприемника и, в частном случае, может отсутствовать. Преобразователь частоты 2 выполняется широкополосным по выходу с тем, чтобы на его выходе выделялись составляющие не только на промежуточной частоте, но и на частотах входного полезного сигнала и зеркальной помехи. Для получения максимального выигрыша коэффициент усиления должен быть больше единицы, что может быть реализовано лишь на транзисторах. Кроме того, преобразователь частоты 2 выполняется балансным, чтобы исключить появление на его выходе напряжения с частотой гетеродина. (Необходимость устранения напряжения гетеродина диктуется тем, что напряжение большей величины, не прошедшее через фазовращатель на 90o 7, может изменить фазовое условие компенсации). Первый ФПЧ 3 пропускает напряжение с промежуточной частотой. Фазовращатель на ±90o 4 обеспечивает сдвиг фазы составляющих на промежуточной частоте на 90o при верхней настройке гетеродина и на -90o при нижней. Сумматор 5 суммирует составляющие на промежуточной частоте, образовавшиеся в двух различных цепях, выход сумматора является выходом устройства. Гетеродин 6 является стандартным элементом приемника и, как в известном устройстве, является общим элементом двух преобразовательных цепей. Фазовращатель на +90o 7 осуществляет поворот фазы на 90o. Смеситель 8 осуществляет преобразование полезного сигнала и зеркальной помехи, усиленных в преобразователе частоты 2, на промежуточную частоту. При этом полезно используется как основной, так и зеркальный канал смесителя 8. Коэффициент преобразования смесителя 8 K8п должен быть определенным образом связан с параметрами преобразователя частоты 2, чтобы обеспечить равенство уровней составляющих зеркальной помехи на входах сумматора. А именно:
,
где K2п и K2у коэффициенты преобразования и усиления преобразователя частоты 2 соответственно, т.е. коэффициент преобразования смесителя 8 должен быть равен отношению коэффициентов преобразования и усиления преобразователя частоты 2. Второй ФПЧ 9 выделяет составляющие с промежуточной частотой, по характеристикам идентичен первому ФПЧ 3. Фильтр-пробка 10 не пропускает напряжение с промежуточной частотой на вход смесителя 8 (наличие этого напряжения, не прошедшего через фазовращатель на ± 90o 4, на входе сумматора 5 может нарушить фазовое условие компенсации.
Устройство работает следующим образом.
Полезный сигнал с частотой ωe и фазой Φe и (или) зеркальная помеха с частотой ωз и фазой Φз поступают через полосовой фильтр 1 на вход преобразователя частоты 2, где в результате взаимодействия с колебанием гетеродина 6 с частотой ωг и фазой Φг образуется составляющая полезного сигнала на промежуточной частоте ω
,
где K2п и K2у коэффициент преобразования и коэффициент усиления преобразователя частоты 2 соответственно. Так как K2п < K2у, то
,
например,
. (Следовательно, смеситель 8 может выполняться как на транзисторах, так и на диодах). С учетом (1) коэффициент передачи по мощности устройства в целом
KΣ= 2K2пKф (2),
что вдвое больше, чем у известного устройства.
Оценим шумовые свойства заявленного устройства, используя стандартную методику определения коэффициента шума многокаскадной схемы. Суммарная интенсивность шума на выходе:
h
где H2, H8 интенсивность шума преобразователя частоты 2 и смесителя 8 соответственно. Первое слагаемое это шум преобразователя частоты 2, прошедший через первый ФПЧ 3. Второе слагаемое описывает шум преобразователя частоты 2, прошедший через смеситель 8 и ФПЧ 9. Третье слагаемое это шум смесителя 8 с учетом прохождения через ФПЧ 9. С учетом (1) и того, что K9 K3 Kф, суммарная интенсивность запишется в виде:
(3).
Для известного устройства аналогичная величина
hвых. 2H2K2пKф (4).
С другой стороны для заявленного устройства h
h
а для известного устройства
hвых. H K2пKф (6).
На основании (4) и (5) интенсивность шума двухкаскадного преобразователя частоты с подавлением зеркального канала имеет вид:
(7).
Откуда следует, что результирующий шум зависит от коэффициента усиления преобразователя частоты 2 и уменьшается с его увеличением. Из (4) и (6) аналогичная величина для известного устройства
H 2H2 (8),
т.е. не зависит от коэффициента передачи смесителей.
Коэффициент шума заявленного устройства запишется в виде:
(9),
где F2 и F8 коэффициент шума преобразователя частоты 2 и смесителя 8 соответственно. Для известного устройства коэффициент шума
F 2F2 (10).
Определим выигрыш по коэффициенту шума как , тогда, полагая для простоты F2 F8 1, имеем
(11).
Отсюда следует, что выигрыш по коэффициенту шума появляется при , становится заметным при K2у ≥ 1 и увеличивается с ростом K2у, но не более, чем в два раза. Соответственно возрастает отношение сигнал/шум на выходе, но не более, чем в четыре раза.
Полученный выигрыш объясняется тем, что в заявленном устройстве реализована двухкаскадная схема преобразования частоты (вместо двухканальной в известном устройстве), в которой общий коэффициент шума зависит от коэффициента усиления первого каскада, и при достаточно большой величине последнего шум второго каскада проявляется слабо.
Таким образом, заявленное устройство так же эффективно подавляет зеркальный канал, как и известное устройство, и при этом имеет заметный выигрыш в величине коэффициента шума и отношения сигнал/шум.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ПОДАВЛЕНИЕМ ЗЕРКАЛЬНОГО КАНАЛА | 1992 |
|
RU2062547C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПОВЕЩЕНИЯ О ПАВОДКЕ ИЛИ СЕЛЕ | 1999 |
|
RU2150751C1 |
РАДИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ АВТОМОБИЛЯ | 2001 |
|
RU2190238C1 |
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ | 1999 |
|
RU2164726C2 |
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ | 2000 |
|
RU2176128C2 |
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ | 2000 |
|
RU2182399C1 |
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК | 2002 |
|
RU2207433C1 |
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АВТОКОМПЕНСАТОР ПОМЕХ | 1984 |
|
SU1841059A1 |
ФАЗОКОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРЕСЕЛЕКТОР-СМЕСИТЕЛЬ ПРИЕМНИКА РАДИОСИГНАЛОВ | 2008 |
|
RU2388145C2 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ | 1999 |
|
RU2163025C2 |
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах супергетеродинного типа различного назначения для ослабления помех, принимаемых на частоте зеркального канала. Двухкаскадный преобразователь частоты с подавлением зеркального канала содержит полосовой фильтр 1, преобразователь частоты 2, фильтры промежуточной частоты (ФПЧ) 3, 9, фазовращатель на ± 90o 4, сумматор 5, гетеродин 6, фазовращатель на 90o 7, смеситель 8 и фильтр-пробку 10, что позволяет увеличить соотношение сигнал/шум на выходе. 1 ил.
Двухкаскадный преобразователь частоты с подавлением зеркального канала, содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр, преобразователь частоты, первый фильтр промежуточной частоты, фазовращатель на ± 90o и сумматор, последовательно соединенные гетеродин, фазовращатель на 90o, смеситель и второй фильтр промежуточной частоты, выход которого подключен к другому входу сумматора, при этом другой вход преобразователя частоты подсоединен к выходу гетеродина, отличающийся тем, что между выходом преобразователя частоты и другим входом смесителя введен фильтр-пробка, а преобразователь частоты выполнен в виде балансного преобразователя частоты с коэффициентом усиления, превышающим единицу, а коэффициент преобразования смесителя равен отношению коэффициента преобразования и усиления балансного преобразователя частоты с коэффициентом усиления, превышающим единицу.
Патент США N 3070747, кл | |||
Водяной двигатель | 1921 |
|
SU325A1 |
Способ окисления боковых цепей ароматических углеводородов и их производных в кислоты и альдегиды | 1921 |
|
SU58A1 |
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
Патент США N 2964622, кл | |||
Водяной двигатель | 1921 |
|
SU325A1 |
Авторы
Даты
1996-10-10—Публикация
1992-04-20—Подача