КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР В КАЧЕСТВЕ ДИСКРИМИНАТОРА Российский патент 2003 года по МПК H03D3/16 

Изобретение предназначено для использования в измерительной аппаратуре, в аппаратуре связи в УКВ и ДЦВ диапазонах, в аппаратуре мобильной связи.

Наиболее близкими аналогами являются патент US 268687 А, Н 03 D, 17.08.54 г. , и публикация "Изобретения. Полезные модели". Официальный бюллетень Рос. Агентства по патентам и товарным знакам. ФИПС. Москва, 4/12/2000 г. Стр.234. "Устройство для измерения малых величин девиации частоты". Бескаравайный Ю.М. [5].

Использование кварцевого частотного дискриминатора позволит точно измерять малые величины девиации частоты и детектировать частотно-модулированные сигналы в аппаратуре связи.

В кварцевом частотном дискриминаторе используется кривая амплитудно-частотной характеристики кварцевого резонатора в промежутке частот между частотами последовательного f_s и параллельного f_p резонансами. Рабочая точка выбирается посредине кривой.

На вход кварцевого частотного дискриминатора (фиг.1) подается частотно-модулированный сигнал, частотой соответствующий выбранной рабочей точке нужного уровня, ограниченный по амплитуде - снята паразитная амплитудная модуляция с тем, чтобы сигнал был неизменным по амплитуде - по напряжению.

Кварцевый резонатор эквивалентен последовательному колебательному контуру с параметрами L_кв. C_кв. r_кв. (Л.1, стр.310 и фиг.2). В полосе частот между f_s. и f_p. кварцевый резонатор, как и всякий колебательный контур, обладает определенным сопротивлением Z, определяемым по известной формуле - 5, 70 Л. стр.350.

Z=[r_кв.(1+iα)]/(1-S₀α+iS₀)
Если по данной формуле определить Z кварцевого резонатора для частот несколько выше и ниже выбранной рабочей точки, то обнаружится, что Z кв. резонатора резко и линейно изменяется при изменениях частоты в интервале от f_s. до f_p..

Таким образом, кварцевый резонатор является частотным дискриминатором для частот в диапазоне от f_s. до f_p., сопротивление которого резко и линейно изменяется при изменении частоты сигнала - известно, что дискриминатором является устройство, сопротивление которого зависит от частоты. Л. 2, стр. 305.

Кварцевый резонатор и резистор R1, соединенные последовательно, второй конец резистора R1 соединен с общей шиной, представляют собой делитель напряжения (фиг. 3). Величина напряжения сигнала в точке А схемы резко изменяется при изменении Z кварцевого резонатора, что, в свою очередь, является следствием изменения частоты сигнала, поданного на вход данного делителя при частотной модуляции.

Для того чтобы ослабить влияние С₀ кварцевого резонатора, как параллельный шунтирующий путь сигнала, используется катушка L, которая совместно с С₀ кв. резонатора образуют параллельный колебательный контур, настроенный на частоту, соответствующую выбранной рабочей точке. Так создается "фильтр - пробка" для данной частоты, сопротивление которой Z намного превышает XC₀ емкости С₀.

Как видно из формулы, индуктивность катушки L и С₀ являются заданными величинами, следовательно, необходимо использовать катушку максимальной добротности.

Далее сигнал детектируется амплитудным детектором Д₁, конденсатор С₂ - для подавления высокой частоты на выходе амплитудного детектора.

С выхода амплитудного детектора снимается низкочастотный сигнал, частота и форма которого соответствуют параметрам модуляции ЧМ сигнала, поданного на вход частотного кварцевого дискриминатора.

К выходу амплитудного детектора подключен микроамперметр, как вольтметр, предназначенный для контроля уровня сигнала, поданного на вход кварцевого дискриминатора, причем он нужен только при использовании частотного кварцевого дискриминатора в измерительной аппаратуре, а в аппаратуре связи - в радиоприемниках УКВ и ДЦВ диапазонов он не нужен, т.к. в каналах связи этих диапазонов используются высокостабильные задающие генераторы, гетеродины, синтезаторы частот и, следовательно, на вход дискриминатора от усилителя ПЧ и амплитудного ограничителя приемника поступает стабильный по частоте и ограниченный по амплитуде сигнал.

Следует отметить, что наиболее приемлем частотный кварцевый дискриминатор для аппаратуры мобильной связи, где полоса модулирующих частот невелика по сравнению с радиовещательными каналами, и для измерения стабильности высокочастотных генераторов - в измерительной аппаратуре.

Работа кварцевого частотного дискриминатора может быть рассмотрена при помощи фиг.4 и 5.

Если на вход частотного кварцевого дискриминатора подать немодулированный сигнал частотой несколько ниже f_s, а потом постепенно повышать частоту с малым шагом дискретизации - изменения частоты и регистрировать показания микроамперметра, то можно по точкам построить амплитудно-частотную характеристику дискриминатора - фиг.5. Для этого можно также использовать анализатор спектра, подключенный к точке А схемы. (Л. 3, стр.204).

Следует отметить, что в данной схеме частотного кварцевого дискриминатора нет электронной лампы или транзистора, следовательно, нет собственного источника шума и кв. частотный дискриминатор стабилен во времени. Схема не требует эл. питания. Все это является преимуществом по сравнению с кварцевым дискриминатором - патент US 2686871, Н 3 D, 17.08.54 г.

В разработанной схеме частотного кварцевого дискриминатора кварцевый резонатор используется как на основной частоте, так и на его гармониках.

Библиографические данные
1. Валитов Р.А. Радиотехнические схемы на транзисторах и туннельных диодах. Москва.: Связь, 1972г. Cтр. 309-316, 350-351.

2. Ремез Г.А. Радиоизмерения". Москва.: Связь, 1966 г. Стр. 305-306.

3. Альтшуллер Г. Б. Кварцевые генераторы. Справочное пособие. Москва.: Радио и связь, 1984 г. Стр. 204-215.

4. Альтшуллер Г.Б. Управление частотой кварцевых генераторов. Москва.: Радио исвязь, 1975 г. Стр.9-24.

5. Патент US 2686871 А, Н 03 D, 17.08.54 г.

6. Бескаравайный Ю.М. Публикация. "Изобретения. Полезные модели." Официальный бюллетень Рос. Агентства по патентам и товарным знакам. ФИПС. Москва. 4 /12/. Стр.234. 2000 г.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в аппаратуре мобильной связи. Достигаемый технический результат: - точное измерение малых величин девиации частоты. Частотный дискриминатор содержит кварцевый резонатор, резистор, катушку, которая вместе с емкостью С₀ кварцевого резонатора образует параллельный колебательный контур, амплитудный детектор, конденсатор C₂, микроамперметр, который подключен как вольтметр и предназначен для контроля уровня подаваемого на вход частотно-модулированного сигнала нужного уровня напряжения, кривая амплитудно-частотной характеристики кварцевого резонатора выбрана в промежутке частот между его частотами последовательного и параллельного резонансов. 5 ил.

Частотный дискриминатор, содержащий соединенные последовательно кварцевый резонатор и резистор, который вторым концом подключен к общей шине, которые представляют собой делитель напряжения, катушку L, которая совместно с емкостью С₀ кварцевого резонатора образует параллельный колебательный контур, настроенный на частоту, соответствующую выбранной рабочей точке, амплитудный детектор, который детектирует сигнал, конденсатор C₂ для подавления высокой частоты на выходе амплитудного детектора, к выходу амплитудного детектора подключен микроамперметр как вольтметр, предназначенный для контроля уровня подаваемого на вход частотно-модулированного сигнала нужного уровня напряжения, ограниченного по амплитуде, кривая амплитудно-частотной характеристики кварцевого резонатора выбрана в промежутке частот между его частотами последовательного и параллельного резонансов, а рабочая точка выбрана посередине упомянутой кривой амплитудно-частотной характеристики, при этом сигнал с выхода кварцевого резонатора поступает на амплитудный детектор, фильтруется и поступает на выход в виде низкочастотного сигнала, соответствующего параметрам модуляции частотно-модулированного сигнала, подаваемого на вход частотного дискриминатора.