АНАЛОГОВЫЙ ПРИЕМНИК ОДНОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ С ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2002 года по МПК H04B1/68 

Изобретение относится к классу приемных устройств и может быть использовано для приема, фильтрации, усиления, преобразования частоты и демодуляции однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β≤3 рад.

Известен аналоговый приемник однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β≤1,57 рад (Шахмаев М.М. Приемник сигналов с однополосной фазовой модуляцией при индексах β≤1,57 рад. // Радиотехника. 1996. 1), состоящий из входной цепи, малошумящего усилителя, усилителя радиочастоты, смесителя, гетеродина, усилителя промежуточной частоты, фильтра колебания несущей частоты, фильтра, выделяющего рабочую боковую полосу, перемножителя сигналов, усилителя модулирующей функции, компрессора, преобразователя арксинуса, усилителя низкой частоты, и цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β>1,57 рад (А.с. 1734214, СССР, МКИ Н 04 В 1/06. Приемник однополосного сигнала с угловой модуляцией для систем связи с передачей знака производной полезного сигнала /Шахмаев М.М., Михаилов Б.К. //Б.И. 1992. 18), состоящий из высокочастотного блока, блока фильтрации, блока усиления и демодулятора.

Наиболее близким с точки зрения формирования модулирующего сигнала на выходе демодулятора можно считать цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов с β>1,57 рад (А.с. 1734214, СССР, МКИ Н 04 В 1/06, Б.И. 18 1992 год). Высокочастотный блок состоит из входной цепи, усилителя радиочастоты, смесителя, гетеродина, усилителя промежуточной частоты. Блок фильтрации состоит из фильтра колебания несущей частоты, фильтра, выделяющего рабочую боковую полосу, фильтра, выделяющего сигнал знака производной, первого и второго перемножителей сигналов. Блок усиления состоит из усилителя модулирующей функции и компрессора. Демодулятор состоит из аналого-цифрового преобразователя, генератора тактовых импульсов, блока преобразования функций, вычислителя, цифроаналогового преобразователя.

Недостатками устройства являются низкое быстродействие и дороговизна. Цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов с β>1,57 рад подразумевает использование средств вычислительной техники. Сигнал на входе вычислителя (модулирующая функция) представляется последовательностью двоичных чисел. Происходит вычисление арксинуса для каждого двоичного отсчета входного сигнала (модулирующей функции), нахождение приращения между предыдущим и последующим вычисленными отсчетами, а затем суммирование приращений с разными знаками в накопителе, в зависимости от знака производной информационного сигнала. Предположим, что модуляция производится моногармоническим сигналом с частотой f=3400 Гц - максимальная частота в спектре модулирующего сигнала в современных системах радиотелефонной связи. Индекс модуляции равен β=3 рад. Тогда максимальная частота в спектре входного сигнала (модулирующей функции) определяется по формуле

F_max = 3400 Гц • (1+3+) = 19489 Гц ≈ 19500 Гц
По теореме Котельникова частота, с которой происходит дискретизация входного сигнала F_д, берется больше либо равной удвоенной максимальной частоте в спектре входного сигнала, т.е. F_д≥2•F_max или F_д = 2•19500 Гц = 39000 Гц.

Теперь определим число двоичных отсчетов на периоде входного сигнала (модулирующей функции). Период входного сигнала определяется периодом модулирующего сигнала T = 1/f = 1/3400 Гц^-1 = 2,941•10^-4 с. Шаг дискретизации входного сигнала равен Т_д = 1/F_д = 1/39000 Гц^-1 = 2,564•10^-5 с. Число отсчетов на периоде входного сигнала вычислителя равно N = T/T_Д = 2,941•10^-4/2,564•10^-5 = 11,47 ≈ 12, т.е. вычислителю необходимо обработать 12 отсчетов входного сигнала. В качестве вычислителя, например, будем использовать микросхему серии КР580 с тактовой частотой f_такт. = 2 МГц. Для обработки одного отсчета входного сигнала вычислителю необходимо выполнить как минимум шесть команд. А именно, ввод очередного отсчета в вычислитель, вычисление арксинуса для отсчета входного сигнала, определение приращения между данным вычисленным отсчетом и предыдущим, который хранится в отведенной для этого памяти, проверка знака производной модулирующего сигнала (положительный или отрицательный), сложение или вычитание приращения с модулирующим сигналом, который хранится в накопителе, вывод сигнала информации из накопителя. Время выполнения одной команды для данного вычислителя составляет от 5 до 25 машинных тактов. При условии, что машинный такт равен t = 1/f_такт. = 1/2•10⁶ Гц^-1 = 5•10^-7 с, время выполнения команды составит (25•10^-7 - 1,25•10^-5) с. Отсюда следует, что время, необходимое для обработки одного отсчета входного сигнала, равно 6•(25•10^-7 - 1,25•10^-5) = (1,5•10^-5 - 7,5•10^-5) с. А время, необходимое для обработки двенадцати отсчетов, т.е. одного периода входного сигнала, составит (1,8•10^-4 - 9•10^-4) с. Из приведенного примера следует, что сигнал на выходе демодулятора (информационный сигнал) появится не сразу при появлении сигнала на его входе, а с задержкой, которая определяется временем обработки. Время задержки будет зависеть от параметров входного сигнала. Как было показано выше, число отсчетов обрабатываемых вычислителем прямо пропорционально максимальной частоте в спектре входного сигнала. А это значит, чтобы уменьшить время задержки, необходимо использовать более мощные средства вычислительной техники. Использование в цифровых приемниках современных средств вычислительной техники, сделают их несоизмеримо дороже по сравнению с аналоговыми приемниками, в которых используется недорогая элементная база.

Решаемой технической задачей изобретения является повышение быстродействия и уменьшение стоимости устройства. В предложенном устройстве информационный сигнал на выходе демодулятора формируется путем сложения соответствующих "частей" сигнала с выхода преобразователя арксинуса, фаза которых изменяется или остается постоянной в зависимости от знака производной информационного сигнала, который передается вместе с рабочей боковой полосой. При этом все преобразования с входным сигналом происходят в реальном времени, так как сигнал на входе демодулятора (модулирующая функция) аналоговый, а не цифровой. Аналоговый приемник однополосных ФМ-сигналов не содержит дорогой цифровой элементной базы, а потому будет дешевле, чем цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов.

Решаемая техническая задача в аналоговом приемнике однополосных сигналов с фазовой модуляцией, содержащем последовательно соединенные входную цепь, усилитель радиочастоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, фильтр, выделяющий рабочую боковую полосу, первый перемножитель сигналов, усилитель модулирующей функции, компрессор, демодулятор, гетеродин, соединенный со смесителем, фильтр колебания несущей частоты, соединенный с усилителем промежуточной частоты и первым перемножителем сигналов, фильтр, выделяющий сигнал знака производной модулирующего колебания, соединенный с усилителем промежуточной частоты, второй перемножитель сигналов, соединенный с фильтром, выделяющим сигнал знака производной модулирующего колебания, с фильтром колебания несущей частоты и демодулятором, достигается за счет того, что демодулятор содержит последовательно соединенные диодный преобразователь арксинуса, усилитель-повторитель, линию задержки, первый компрессор, третий сумматор, последовательно соединенные ограничитель максимального отрицательного сигнала, второй компрессор, третий компаратор, первый сумматор, выход второго компрессора соединен со входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен со входом третьего сумматора, последовательно соединенные ограничитель максимального положительного сигнала, третий компрессор, четвертый компаратор, второй сумматор, выход второго сумматора соединен со входом третьего сумматора, выход третьего компрессора соединен со входом второго сумматора, дифференциатор, последовательно соединенный с первым компаратором, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ последовательно соединенный с логическим элементом ИЛИ-НЕ, а также один и другой электронные ключи, вход одного электронного ключа соединен с входом усилителя-повторителя, вход другого электронного ключа соединен с входом усилителя-инвертора, выходы одного и другого электронных ключей соединены с "землей", при этом сигнал с выхода логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ управляет одним электронным ключом напрямую, а другим электронным ключом через элемент ИЛИ-НЕ, выход первого компаратора соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход второго компаратора, вход которого является входом подачи сигнала знака производной модулирующего колебания, соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход диодного преобразователя арксинуса, который является входом подачи модулирующей функции, соединен с входом дифференциатора, выход усилителя-инвертора соединен с входом ограничителя максимального отрицательного сигнала и с входом ограничителя максимального положительного сигнала, выход диодного преобразователя арксинуса соединен с входом усилителя-повторителя и с входом усилителя-инвертора, выход третьего сумматора соединен с входом фильтра низких частот.

На фиг. 1 показана структурная схема аналогового приемника однополосных сигналов с фазовой модуляцией.

На фиг.2 показана функциональная схема демодулятора.

На фиг.3 показан модулирующий сигнал.

На фиг.4 показан модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса.

На фиг.5 показана модулирующая функция.

На фиг.6 показан модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса.

На фиг.7 показан сигнал знака производной модулирующей функции.

На фиг.8 показан сигнал знака производной модулирующего колебания.

На фиг.9 показан сигнал на входе усилителя-повторителя.

На фиг.10 показан сигнал на входе усилителя-инвертора.

На фиг.11 показан сигнал на выходе первого компрессора.

На фиг.12 показан сигнал на выходе усилителя-инвертора.

На фиг. 13 показан сигнал на выходе ограничителя максимального отрицательного сигнала.

На фиг. 14 показан сигнал на выходе ограничителя максимального положительного сигнала.

На фиг.15 показан сигнал на выходе второго компрессора.

На фиг.16 показан сигнал на выходе третьего компрессора.

На фиг.17 показан отрицательный импульс на выходе третьего компаратора.

На фиг. 18 показан положительный импульс на выходе четвертого компаратора.

На фиг.19 показан сигнал на выходе первого сумматора.

На фиг.20 показан сигнал на выходе второго сумматора.

На фиг.21 показан модулирующий сигнал на выходе фильтра низких частот.

Аналоговый приемник однополосных ФМ-сигналов (фиг.1) содержит последовательно соединенные входную цепь 1, усилитель радиочастоты 2, смеситель 3, усилитель промежуточной частоты 4, фильтр, выделяющий рабочую боковую полосу 5, первый перемножитель сигналов 6, усилитель модулирующей функции 7, компрессор 8, демодулятор 9. Со смесителем 3 соединен гетеродин 10. Усилитель промежуточной частоты 4 также соединен с фильтром колебания несущей частоты 11 и с фильтром, выделяющим сигнал знака производной модулирующего колебания 12. Выход фильтра колебания несущей частоты 11 и выход фильтра, выделяющий сигнал знака производной модулирующего колебания 12, соединены со входами второго перемножителя 13. Выход фильтра колебания несущей частоты 11 и выход фильтра, выделяющий рабочую боковую полосу 5, соединены со входами первого перемножителя сигналов 6. Второй перемножитель сигналов 13 соединен с демодулятором 9.

Демодулятор аналогового приемника однополосных ФМ-сигналов с β≤3 рад (фиг. 2) содержит последовательно соединенные диодный преобразователь арксинуса 14, усилитель-повторитель 15, линию задержки 16, первый компрессор 17, третий сумматор 18, последовательно соединенные ограничитель максимального отрицательного сигнала 19, второй компрессор 20, третий компаратор 21, первый сумматор 22, выход второго компрессора 20 соединен со входом первого сумматора 22, выход первого сумматора 22 соединен со входом третьего сумматора 18, последовательно соединенные ограничитель максимального положительного сигнала 23, третий компрессор 24, четвертый компаратор 25, второй сумматор 26, выход второго сумматора 26 соединен со входом третьего сумматора 18, выход третьего компрессора 24 соединен со входом второго сумматора 26, дифференциатор 27 последовательно соединен с первым компаратором 28, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 последовательно соединен с логическим элементом ИЛИ-НЕ 30, а также один и другой электронные ключи, вход одного электронного ключа 33 соединен с входом усилителя-повторителя 15, вход другого электронного ключа 31 соединен с входом усилителя-инвертора 34, выходы одного и другого электронных ключей соединены с "землей", при этом сигнал с выхода логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 управляет одним электронным ключом 33 напрямую, а другим электронным ключом 31 через элемент ИЛИ-НЕ 30, выход первого компаратора 28 соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29, выход второго компаратора 32, вход которого является входом подачи сигнала знака производной модулирующего колебания, соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29, вход диодного преобразователя арксинуса 14, который является входом подачи модулирующей функции, соединен с входом дифференциатора 27, выход усилителя-инвертора 34 соединен с входом ограничителя максимального отрицательного сигнала 19 и с входом ограничителя максимального положительного сигнала 23, выход диодного преобразователя арксинуса 14 соединен с входом усилителя-повторителя 15 и с входом усилителя-инвертора 34, выход третьего сумматора 18 соединен со входом фильтра низких частот 35.

Работа аналогового приемника сигналов с однополосной фазовой модуляцией заключается в следующем.

В общем случае выражение для колебания с ФМ имеет вид
A(t) = A•cos[ω•t+β•f(t)+ϕ₀], (2)
где β - индекс модуляции, f(t) - модулирующий сигнал, ϕ_o - постоянная величина. Приняв ϕ_o = 0 и используя простейшие тригонометрические преобразования, представим выражение для A(t) в виде

Как известно из теории сигнал (3) теоретически имеет бесконечный спектр и несимметричный относительно несущей частоты. Несимметричность спектра явилась причиной, задержавшей развитие систем связи с однополосной ФМ. Она создает непреодолимые трудности формирования в приемнике подавленной боковой полосы при индексах модуляции β, превышающих 1 рад. Из выражения (3) видно, что сигнал с ФМ состоит из двух слагаемых: A(t) = U1 - U2, где
U1 = A•Cos(β•f(t))•Cos(ω•t) (4)
U2 = A•Sin(β•f(t))•Sin(ω•t) (5)
Функции Cos(β•f(t)) и Sin(β•f(t)) представляются гармоническими рядами при любой форме модулирующего сигнала f(t). Из выражений (4) и (5) видно, гармонические ряды будут перемножаться с гармоническими функциями. Учитывая тригонометрическое соотношение 2•Sinα•Sinγ = Sin(α-γ)+Sin(α+γ), заключаем, что при любой форме f(t) спектры сигналов U1 и U2 будут симметричными. Поэтому Шахмаев М.М. предлагает использовать для связи одну боковую полосу сигнала (4) или (5).

Рассмотрим простейший случай, когда в качестве модулирующего сигнала используется моногармонический сигнал f(t) = Sin(Ω•t).
Тогда U1 = A•Cos(β•Sin(Ω•t))•Cos(ω•t) и U2 = A•Sin(β•Sin(Ω•t))•Sin(ω•t). Используя формулы разложения функций Cos(β•Sin(Ω•t)) и Sin(β•Sin(Ω•t)) в гармонические ряды, получим


Коэффициенты J_2n(β) являются функциями Бесселя 1-го рода, n-го порядка (n= 1, 2, . . .), аргументами которых является индекс модуляции β. Учитывая тригонометрическое соотношение, приведенное выше, однополосный сигнал при моногармонической модуляции имеет вид




где ВП - верхняя боковая полоса; НП - нижняя боковая полоса; 1 - сигнал (6); 2 - сигнал (7); K1 - коэффициент, учитывающий подавление несущей.

Модулирующей функцией в дальнейшем будем называть такую тригонометрическую функцию, аргументом которой является модулирующий сигнал f(t), т.е. функции вида U_n•Sin(β•f(t)) и U_n•Cos(β•f(t)). Из (4) и (5) видно, что сигнал с ОП-ФМ формируется из произведения одной из модулирующих функций и гармонического колебания. Поэтому в приемнике из однополосного сигнала в первую очередь выделяется модулирующая функция, а потом из модулирующей функции выделяется модулирующий сигнал f(t). Рассмотрим, которая из модулирующих функций предпочтительнее при демодуляции однополосного сигнала с ФМ.

Известно, что модулирующая функция Cos(β•f(t)) является четной, т.е. знак ее зависит только от величины аргумента и не зависит от его знака. Так, при изменении аргумента модулирующей функции (β•f(t)) от -1,57 рад до +1,57 рад знак Cos(β•f(t)) остается положительным. Поэтому для восстановления знака модулирующего сигнала f(t) нужна дополнительная информация, которая должна передаваться совместно с информационным сигналом.

Модулирующая функция Sin(β•f(t)) является нечетной, т.е. знак ее при изменении модулирующего сигнала β•f(t) от -1,57 рад до +1,57 рад соответствует знаку f(t). Поэтому в системах связи с ОП-ФМ, где индекс модуляции не превышает 1,57 рад, предпочтительно использовать модулирующую функцию Sin(β•f(t)), так как в этом случае нет необходимости передавать дополнительную информацию о знаке модулирующего сигнала.

Из модулирующей функции Sin(β•f(t)) модулирующий сигнал β•f(t) можно выделить при помощи обратного тригонометрического преобразования
β•f(t) = arcsin[Sin(β•f(t))] (9)
Функция arcsin является многозначной и поэтому модулирующий сигнал β•f(t) можно выделить непосредственно только в области его главного значения, т. е. -1,57 рад ≤ β•f(t) ≤ +1,57 рад. Для того чтобы однозначно определить f(t) при любых его величинах, необходимо иметь дополнительную информацию о модулирующем сигнале f(t). Этой дополнительной информацией может быть знак производной модулирующего сигнала, который передается вместе с рабочей боковой полосой сигнала (8) е2_ВП и является тем "ключом", который позволяет восстановить его при любых величинах индекса модуляции.

Структурная схема аналогового приемника однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β≤3 рад показана на фиг.1. Функциональная схема демодулятора β≤3 рад показана на фиг.2.

Как уже отмечалось, чтобы получить модулирующий сигнал в приемнике, в первую очередь необходимо выделить модулирующую функцию. Рассмотрим, как это происходит на примере модуляции моногармоническим сигналом f(t) = Sin(Ω•t).
Часть приемника (фиг.1) - преселектор и преобразователь частоты, включающие входную цепь 1, усилитель радиочастоты 2, смеситель 3, гетеродин 10, подобна структуре супергетеродинного приемника и обеспечивают чувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселектора, состоящего из входной цепи 1 и усилителя радиочастоты 2, напряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты, состоящий из смесителя 3 и гетеродина 10, где происходит изменение несущей частоты сигнала. Для этого сигнал и колебание местного генератора - гетеродина 10 одновременно воздействуют на смеситель 3, представляющий собой нелинейный элемент. В результате на выходе смесителя 3 возникает колебание, содержащее составляющие с частотой сигнала f_c и его гармоник, гетеродина f_гет и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами n•f_гет±m•f_c (n, m=0, 1, 2...). Одна из этих комбинационных частот используется в качестве новой несущей частоты сигнала, называемой промежуточной частотой:
f_ПЧ=f_гет-f_c (10)
На вход приемника (фиг.1) поступает сигнал ОП-ФМ

Первое слагаемое выражения (11) представляет собой боковую рабочую полосу информационного сигнала, второе слагаемое - сигнал знака производной модулирующего сигнала, третье слагаемое - колебание несущей частоты. На входе усилителя промежуточной частоты 4 имеем

Сигнал (12) подается с выхода усилителя промежуточной частоты 4 на блок фильтров. Фильтр несущей частоты 11 настроен для выделения колебания несущей частоты из сигнала (12). На выходе его имеем
e1 = K1•U_н•Sin(ω_ПЧ•t). (13)
Фильтр рабочей боковой полосы 5 настроен на выделение рабочей боковой полосы информационного сигнала. На выходе его имеем

Фильтр знака производной 12 настроен на выделение сигнала знака производной модулирующего колебания. На выходе его имеем
e3 = K2•U_н•Sin(ω_ПЧ-Ω)•t. (15)
В первом перемножителе 6 перемножаются сигналы (13) и (14). Из продуктов перемножения фильтром выделяют низкочастотную составляющую

Сигнал (16) усиливается в усилителе модулирующей функции 7 и подается на вход компрессора 8. Компрессор 8 при изменении входного напряжения в широких пределах поддерживает амплитуду входного напряжения неизменной, т.е.

e_ВХ = U_m•Sin(β•Sin(Ω·t)), (17)
где U_m=const при изменении U_n в широких пределах.

Во втором перемножителе 13 перемножаются сигналы (13) и (15). Из продуктов перемножения выделяют низкочастотную составляющую, которая является производной модулирующего сигнала
e5 = 0,5•K1•K2•U2н

•Cos(Ω•t). (18)
Сигналы (17) и (18) поступают на демодулятор 9. Если в качестве модулирующего сигнала использовать не моногармонический сигнал, а сигнал с более сложным спектральным составом, например, показанный на фиг.3, то модулирующая функция U_m•Sin(β•f(t)), выделяемая в приемнике и подаваемая на демодулятор 9 вместе с сигналом знака производной модулирующего колебания, показана на фиг.5. Все процессы, которые происходят в приемнике до демодулятора 9, описанные выше, справедливы и для модулирующего сигнала на фиг.3. Теперь рассмотрим, какие процессы происходят в демодуляторе 9, в результате которых выделяется модулирующий сигнал f(t). Чтобы сделать это более показательным, приводятся функциональная схема демодулятора (фиг.2) и эпюры напряжений в разных точках схемы демодулятора, объясняющие его работу. Модулирующая функция (фиг. 5) поступает одновременно на диодный преобразователь арксинуса 14 (фиг. 2) и дифференциатор 27 (фиг. 2). Производная модулирующей функции поступает на вход первого компаратора 28 (фиг.2). К другому входу первого компаратора 28 прикладывается опорное напряжение. Первый компаратор 28 сравнивает сигнал производной модулирующей функции с опорным напряжением. Если входной сигнал больше опорного напряжения, первый компаратор 28 вырабатывает сигнал логической единицы. Если входной сигнал меньше опорного напряжения, первый компаратор 28 вырабатывает сигнал логического ноля. Таким образом на выходе получается последовательность, состоящая из логических нолей и единиц, которая называется сигнал знака производной модулирующей функции (фиг.7).

Сигнал знака производной модулирующего колебания, выделенный в приемнике, как и модулирующая функция, подается на один вход второго компаратора 32 (фиг. 2). К другому входу второго компаратора 32 прикладывается опорное напряжение. Второй компаратор 32 сравнивает входной сигнал с опорным напряжением, как и в случае, описанном выше, и вырабатывает последовательность логических нолей и единиц, которая называется сигнал знака производной модулирующего колебания (фиг.8).

Сигналы знака производной модулирующей функции и модулирующего колебания подаются на вход схемы сравнения 29 (фиг.2). Схема сравнения - это логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Принцип работы схемы сравнения 29 заключается в следующем. Если на оба входа схемы сравнения 29 подаются сигналы логической единицы или логического ноля, на выходе вырабатывается сигнал логического ноля. Все другие комбинации входных сигналов дадут на выходе схемы сравнения 29 сигнал логической единицы. Сигнал с выхода схемы сравнения 29 управляет электронным ключом канала повторителя 33 (фиг.2) напрямую, а другим электронным ключом 31 (фиг.2) через элемент ИЛИ-НЕ.

Как отмечалось выше, модулирующий сигнал f(t) можно получить из модулирующей функции Sin(β•f(t)) при помощи обратного тригонометрического преобразования arcsin[Sin(β•f(t))], которое выполняет диодный преобразователь арксинуса 14 (фиг.2). Однако, как отмечалось, этот метод может быть использован при индексах модуляции β, не превышающих ±1,57 рад. При β>1,57 рад начинает нарушаться сигнал информации по причине того, что детектор, имеющий характеристику обратной тригонометрической функции, изменяет знак производной модулирующего сигнала f(t), тем самым нарушая закон изменения амплитуды и частоты информационного сигнала f(t). В нашем случае при модулирующем сигнале, изображенном на фиг.3, сигнал с выхода преобразователя арксинуса имеет вид, показанный на фиг.4. Сравнивая сигналы на фиг.3 и 4, легко заметить, что начиная с некоторого значения, сигнал с выхода преобразователя арксинуса меняет свое поведение в смысле возрастания или убывания. На фиг.4 сплошной линией показан модулирующий сигнал на выходе диодного преобразователя арксинуса. А пунктирной линией показан модулирующий сигнал, который необходимо выделить из модулирующей функции без нарушения закона изменения амплитуды и частоты, вызванного диодным преобразователем арксинуса 14 (фиг. 2). На фиг.4 видно, что в приемнике необходимо в точках b и d, а также в е и g "развернуть" сигнал так, чтобы точка с совпала с точкой k, а точка f совпала с точкой 1. Для этого в приемнике необходимо определить момент изменения знака производной модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса и повернуть фазу модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса на 180^o, тем самым изменить его поведение в смысле возрастания или убывания на противоположное. Первую функцию в приемнике выполняет устройство сравнения, а вторую функцию выполняет усилитель-инвертор. А теперь более подробно рассмотрим, как эти функции реализуются в приемнике аппаратно.

Как было отмечено выше, устройство сравнения 29 сравнивает сигналы знака производной модулирующей функции и модулирующего сигнала, переданного вместе с рабочей боковой полосой. Если проанализировать сигналы на фиг.5 и фиг.6, то можно видеть, что сигнал с выхода преобразователя арксинуса (фиг.6) полностью повторяет поведение модулирующей функции (фиг.5) в смысле возрастания или убывания, т.е. на тех временных интервалах, где модулирующая функция возрастает или убывает, модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса тоже возрастает или убывает. А значит, и сигнал знака производной модулирующей функции будет совпадать с сигналом знака производной модулирующего колебания с выхода преобразователя арксинуса. А раз так, то можно сказать, что устройство сравнения 29 (фиг.2) формально сравнивает знаки производной модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса и модулирующего сигнала, переданного вместе с рабочей боковой полосой. Знак производной модулирующего сигнала, переданного вместе с рабочей боковой полосой, определяет его поведение в смысле возрастания или убывания. То же можно сказать о знаке производной модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса (фактически знаке производной модулирующей функции). Устройство сравнения 29 вырабатывает на выходе логический ноль, если сигналы знака производных на входе устройства совпадают. Или логическую единицу, если входные сигналы не совпадают. Покажем это, используя фиг.3 и фиг.4. Если мы находимся в любой точке отрезка [а, b], устройство сравнения 29 будет вырабатывать на выходе логический ноль, т.к. модулирующий сигнал на фиг.4 будет возрастать, как и модулирующий сигнал на фиг.3. Если мы окажемся на отрезке [b, с] модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса, то устройство сравнения будет вырабатывать на выходе логическую единицу, т.к. модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса (фиг.4, сигнал показанный сплошной линией) убывает, а модулирующий сигнал на фиг.3, продолжает возрастать.

Модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса одновременно подается на усилитель-повторитель 15 (фиг.2) и усилитель-инвертор 34 (фиг.2). Сигнал с выхода схемы сравнения (логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) 29 (фиг. 2) управляет одним электронным ключом 33 (фиг.2) напрямую, а другим электронным ключом 31 (фиг.2) через элемент ИЛИ-НЕ 30 (фиг.2). Это предусмотрено для того, чтобы ключи не находились одновременно в одинаковом состоянии.

Электронный ключ может находиться в одном из двух состояний в зависимости от управляющего сигнала (сигнала с выхода схемы сравнения 29). Состояние "замкнут" характеризуется малым сопротивлением ключа. В этом состоянии проводимость ключа возрастает при подаче на его вход логической единицы. Состояние "разомкнут" характеризуется большим сопротивлением ключа. В этом состоянии проводимость ключа уменьшается при подаче на его вход логического ноля.

Продемонстрируем работу этой части схемы. Пусть на схему сравнения 29 поданы, например, логические единицы, т.е. модулирующий сигнал на фиг.4 возрастает так же, как и модулирующий сигнал на фиг.3. На выходе схема сравнения 29 вырабатывает сигнал логического ноля. На один ключ 33 (фиг.2) подан логический ноль. На другой ключ 31 (фиг.2) подана логическая единица. Из сказанного выше следует, что один ключ 33 находится в состоянии "разомкнут", и сигнал с выхода преобразователя арксинуса 14 (фиг.2) проходит на вход усилителя-повторителя 15 (фиг. 2). Другой ключ 31 находится в состоянии "замкнут". Его сопротивление по отношению к сигналу с выхода преобразователя арксинуса 14 меньше, чем входное сопротивление усилителя-инвертора 34 (фиг. 2), и сигнал с выхода преобразователя арксинуса через ключ 31 "садится на землю".

В случае, когда на вход схемы сравнения 29 поданы разные сигналы, т.е. поведение модулирующих сигналов на фиг.3 и фиг.4 в смысле возрастания или убывания различно, сигнал с выхода преобразователя арксинуса проходит на вход усилителя-инвертора 34, т.к. ключ 31 находится в состоянии "разомкнут". Ключ 33 находится в состоянии "замкнут". Его сопротивление по отношению к сигналу с выхода преобразователя арксинуса 14 меньше, чем входное сопротивление усилителя-повторителя 15 (фиг.2), и сигнал с выхода преобразователя арксинуса через него "садится на землю".

Результатом работы устройства сравнения 29 и обоих ключей 33, 31 является выделение из модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса 14 соответствующих его "частей", которые проходят через усилитель-повторитель 15, линию задержки 16, первый компрессор 17 или через усилитель-инвертор 34, ограничитель максимального отрицательного и ограничитель максимального положительного сигналов 19, 23, второй и третий компрессоры 20, 24, третий и четвертый компараторы 21, 25, первый и второй сумматоры 22, 26 и складываются на третьем сумматоре 18 (фиг.2). Сигнал на входе усилителя-повторителя 15 изображен на фиг.9. Сигнал на входе усилителя-инвертора изображен на фиг.10. Теперь рассмотрим, какие преобразования происходят с сигналами при их прохождении через указанные выше элементы демодулятора (фиг. 2).

Как уже отмечалось, сигнал на входе усилителя-инвертора 34 имеет вид, показанный на фиг.10. На выходе усилителя-инвертора 34 (фиг.2) сигнал U₆ (t) (фиг. 10) инвертируется относительно нулевой постоянной составляющей и принимает вид, показанный на фиг.12. Сигнал с выхода усилителя-инвертора 34 подается одновременно на ограничитель максимального отрицательного сигнала 19 (фиг. 2) и на ограничитель максимального положительного сигнала 23 (фиг. 2). Через ограничитель максимального отрицательного сигнала 19 проходит положительный импульс сигнала U₈ (t) (фиг.12). Сигнал на выходе ограничителя максимального отрицательного сигнала 19 показан на фиг.13. Через ограничитель максимального положительного сигнала 23 проходит отрицательный импульс сигнала U₈ (t) (фиг.12). Сигнал на выходе ограничителя максимального положительного сигнала 23 показан на фиг.14. Сигналы с выходов ограничителей подаются на второй и третий компрессоры 20, 24 (фиг.2). На выходах второго и третьего компрессоров 20, 24 сигналы имеют фиксированную амплитуду. Смотри сигнал U₁₁ (t) на фиг.15 и сигнал U₁₂ (t) нa фиг.16. Сигналы с выходов второго и третьего компрессоров 20, 24 подаются на третий и четвертый компараторы 21, 25 (фиг.2). На вход третьего компаратора 21 подается отрицательное опорное напряжение. На выходе третьего компаратора 21 вырабатывается отрицательный импульс с амплитудой в 2 раза больше, чем амплитуда входного сигнала (фиг.17). На вход четвертого компаратора 25 подается положительное опорное напряжение. На выходе четвертого компаратора 25 вырабатывается положительный импульс с амплитудой в 2 раза больше, чем амплитуда входного сигнала (фиг. 18). Сигналы с выходов третьего и четвертого компараторов 21, 25 (фиг. 2) подаются на один из входов первого и второго сумматоров 22, 26 (фиг.2). На другой вход, которых подаются сигналы с выходов второго и третьего компрессоров 20, 24 U₁₁(t) и U₁₂(t) (фиг.15 и 16). На выходах первого и второго сумматоров 22, 26 образуются сигналы U₁₅(t) (фиг.19) и U₁₆(t) (фиг.20), которые подаются на входы третьего сумматора 18 (фиг.2).

Сигнал на входе усилителя-повторителя 15 имеет вид, показанный на фиг.9. Очевидно, что сигналы на выходе первого и второго сумматоров 22, 26 (фиг.2) получат большую временную задержку, чем сигнал на выходе первого компрессора 17 (фиг.2). Для правильного сложения сигналов на третьем сумматоре 18 используется управляемая линия задержки 16 (фиг.2). Сигнал на выходе первого компрессора 17 (фиг.2) имеет вид, показанный на фиг.11. Этот сигнал подается на другой вход третьего сумматора 18.

Результат сложения сигналов с выхода первого сумматора 22, второго сумматора 26 и первого компрессора 17 подается на вход фильтра низких частот 35 (фиг.2), на выходе которого выделяется модулирующий сигнал (фиг.21).

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет сформировать информационный сигнал на выходе демодулятора путем сложения соответствующих "частей" сигнала с выхода преобразователя арксинуса, фаза которых изменяется или остается постоянной в зависимости от знака производной информационного сигнала, который передается вместе с рабочей боковой полосой. При этом все преобразования с входным сигналом происходят в реальном времени, т.к. сигнал на входе демодулятора (модулирующая функция) аналоговый, а не цифровой. Аналоговый приемник не содержит дорогой цифровой элементной базы, а потому будет дешевле, чем цифровой приемник.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для приема однополосных фазомодулированных сигналов. В устройстве сигнал на выходе демодулятора формируется путем сложения соответствующих "частей" сигнала с выхода диодного преобразователя арксинуса, фаза которых изменяется или остается постоянной в зависимости от знака производной информационного сигнала, который передается вместе с рабочей боковой полосой. При этом все преобразования с входным сигналом происходят в реальном времени, т.к. сигнал на входе демодулятора (модулирующая функция) аналоговый, а не цифровой. Технический результат - повышение быстродействия и уменьшение стоимости устройства. 21 ил.

Аналоговый приемник сигналов с однополосной фазовой модуляцией, содержащий последовательно соединенные входную цепь, усилитель радиочастоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, фильтр, выделяющий рабочую боковую полосу, первый перемножитель сигналов, усилитель модулирующей функции, компрессор, демодулятор, гетеродин, соединенный со смесителем, фильтр колебаний несущей частоты, соединенный с усилителем промежуточной частоты и первым перемножителем сигналов, фильтр, выделяющий сигнал знака производной модулирующего колебания, соединенный с усилителем промежуточной частоты, второй перемножитель сигналов, соединенный с фильтром, выделяющим сигнал знака производной модулирующего колебания, с фильтром колебания несущей частоты и демодулятором, отличающийся тем, что демодулятор содержит последовательно соединенные диодный преобразователь арксинуса, усилитель-повторитель, линию задержки, первый компрессор, третий сумматор, последовательно соединенные ограничитель максимального отрицательного сигнала, второй компрессор, третий компаратор, первый сумматор, выход второго компрессора соединен со входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом третьего сумматора, последовательно соединенные ограничитель максимального положительного сигнала, третий компрессор, четвертый компаратор, второй сумматор, выход второго сумматора соединен с входом третьего сумматора, выход третьего компрессора соединен с входом второго сумматора, дифференциатор, последовательно соединенный с первым компаратором, логический элемент Исключающее ИЛИ, последовательно соединенный с логическим элементом ИЛИ-НЕ, а также один и другой электронные ключи, вход одного электронного ключа соединен с входом усилителя-повторителя, вход другого электронного ключа соединен с входом усилителя-инвертора, выходы одного и другого электронных ключей соединены с "землей", при этом сигнал с выхода логического элемента Исключающее ИЛИ управляет одним электронным ключом напрямую, а другим электронным ключом через элемент ИЛИ-НЕ, выход первого компаратора соединен с входом логического элемента Исключающее ИЛИ, выход второго компаратора, вход которого является входом подачи сигнала знака производной модулирующего колебания, соединен с входом логического элемента Исключающее ИЛИ, вход диодного преобразователя арксинуса, который является входом подачи модулирующей функции, соединен с входом дифференциатора, выход усилителя-инвертора соединен с входом ограничителя максимального отрицательного сигнала и с входом ограничителя максимального положительного сигнала, выход диодного преобразователя арксинуса соединен с входом усилителя-повторителя и с входом усилителя-инвертора, выход третьего сумматора соединен с входом фильтра низких частот.