СИНХРОННО-ФАЗОВЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР Российский патент 2004 года по МПК H03D3/02 H03L7/85 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах для детектирования сигналов с частотной модуляцией (ЧМ).

Наиболее высокую помехоустойчивость при приеме сигналов с частотной модуляцией обеспечивают следящие демодуляторы, структура и параметры которых выбираются так, что результирующая шумовая полоса демодуляторов становиться меньше полосы сигнала с ЧМ. В настоящее время для повышения помехоустойчивости приема ЧМ-сигналов применяют различные устройства, осуществляющие следящий прием. В современных системах связи наиболее перспективно применение синхронно-фазовых демодуляторов (СФД), содержащих фазовый детектор, фильтр низкой частоты, генератор, управляемый напряжением, или перестраиваемый напряжением генератор (ПГ) [1, 2]. Однако опыт эксплуатации показал, что в реальных устройствах потенциальные характеристики помехоустойчивости СФД, использующие компактные ПГ на варикапах, не обеспечиваются, что ухудшает пороговую чувствительность приемных устройств.

В качестве аналогов заявляемому, обеспечивающих потенциальную помехоустойчивость СФД, являются аналого-дискретные и цифровые СФД [3], однако их существенными недостатками являются громоздкие структурные схемы, которые при практической реализации, связанной с аппаратурными и другими ограничениями, значительно ухудшают реальную помехоустойчивость.

Прототипом, т.е. наиболее близким устройством к изобретению по технической сущности, является СФД, содержащий первую колебательную систему, фазовый детектор, у которого первый вход является входом синхронно-фазового демодулятора, фильтр низких частот, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а также соединенные в виде последовательного замкнутого контура вторая колебательная система, активный элемент, система обратной связи и параметрический элемент, причем выход фильтра низкой частоты подключен к общему электроду параметрического элемента и второй колебательной системы [4].

Недостатком прототипа является недостаточная помехоустойчивость при работе в условиях, близких к пороговым, вследствие нелинейных эффектов в генераторе, управляемом напряжением, обусловленных проявлением структурной нестабильности (неустойчивости в большом) вследствие воздействия на параметрический элемент (управитель частотой генератора, управляемого напряжением) скачков управляющего напряжения. Помехоустойчивость такого СФД находится, как правило, на уровне стандартных частотных детекторов.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости за счет увеличения устойчивости в большом всей нелинейной системы СФД.

Поставленная цель достигается тем, что в синхронно-фазовый демодулятор, содержащий первую колебательную систему, фазовый детектор, у которого первый вход является входом синхронно-фазового демодулятора, фильтр низких частот, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а также соединенные в виде последовательного замкнутого контура вторая колебательная система, активный элемент, система обратной связи и параметрический элемент, причем выход фильтра низкой частоты подключен к общему электроду параметрического элемента и второй колебательной системы, согласно изобретению введены четырехполюсник формирующей связи, второй активный элемент и вторая система обратной связи так, что первая колебательная система, второй активный элемент и вторая система обратной связи соединены последовательно в кольцо, а выход второго активного элемента подключен ко второму входу фазового детектора, четырехполюсник обратной связи включен между первой и второй колебательными системами к их дополнительным входам и выходам.

На чертеже приведена структурная схема предложенного синхронно-фазового демодулятора.

СФД содержит фазовый детектор 1, фильтр низких частот 2, вторую колебательную систему 3, параметрический элемент 4, первый активный элемент 5, первую обратную связь 6, четырехполюсник формирующей связи 7, первую колебательную систему 8, вторую систему обратной связи 9, второй активный элемент 10. Выход фазового детектора подключен к входу фильтра низких частот. Соединенные в виде последовательного замкнутого контура вторая колебательная система 3, первый активный элемент 5, первая система обратной связи 6, параметрический элемент 4 образуют генератор, управляемый напряжением, 11. Управляющий вход этого генератора (общий электрод параметрического элемента 4 и второй колебательной системы 3) подключен к фильтру низких частот. Соединенные последовательно в кольцо первая колебательная система 8, вторая система обратной связи 9, второй активный элемент 10 образуют синхронизируемый генератор 12. Четырехполюсник формирующей связи 7 включен между первой и второй колебательными системами к их дополнительным входам и выходам. Выход синхронизируемого генератора 12 (выход второго активного элемента 10) подключен ко второму входу фазового детектора 1.

СФД работает следующим образом.

Фазовый детектор 1 выполняет нелинейное преобразование над входным сигналом и сигналом, формируемым синхронизируемым генератором 12. Результат нелинейного преобразования обрабатывается фильтром низких частот 2, частота среза которого меньше частоты входного сигнала, поэтому напряжение на выходе фильтра низких частот 2 пропорционально разности фаз входного сигнала и сигнала, формируемого синхронизируемым генератором 12. Частота колебаний генератора, управляемого напряжением, 11 определяется параметрами второй колебательной системы 3 и изменяется за счет емкости параметрического элемента 4, как элемента второй колебательной системы 3. Напряжение на выходе фильтра низких частот 2, пропорциональное мгновенной разности фаз входного сигнала и сигнала, формируемого синхронизируемым генератором 12, воздействуя на параметрический элемент 4, изменяет его емкость. Тем самым изменяется резонансная частота второй колебательной системы 3 и, соответственно, частота колебаний генератора, управляемого напряжением, 11.

Сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением, 11 через четырехполюсник формирующей связи 7 подается на вход синхронизируемого генератора 12. Параметры четырехполюсника формирующей связи 7, первой колебательной системы 8 и второй колебательной системы 3 подобраны так, что при взаимной синхронизации частота вынужденных колебаний синхронизируемого генератора 12 совпадает с частотой собственных колебаний генератора, управляемого напряжением, 11 в полосе удержания СФД. Сигнал с выхода синхронизируемого генератора 12 подается на второй вход фазового детектора 1. Таким образом, колебание на выходе синхронизируемого генератора 12 является синхронным с колебанием на выходе генератора, управляемого напряжением, 11, причем частота этих колебаний синхронно изменяется (для компенсации фазовой ошибки СФД) за счет вносимой емкости параметрического элемента 4 (на который воздействует напряжение, пропорциональное сдвигу фаз между входным сигналом и сигналом с выхода синхронизируемого генератора 12) во вторую колебательную систему 3 генератора, управляемого напряжением, 11. При этом синхронизируемый генератор 12 является структурно-стабильным, что объясняется отсутствием в первой колебательной системе 8 параметрических элементов, поэтому амплитуда сигнала на выходе синхронизируемого генератора 12 стабильна.

Кроме того, из-за обратного влияния первой колебательной системы 8 на вторую колебательную систему 3 через четырехполюсник формирующей связи 7 уменьшается нестабильность параметров собственных колебаний генератора, управляемого напряжением, 11, являющаяся следствием изменения добротности частотозадающей цепи (вторая колебательная система 3), обусловленных наличием параметрического элемента 4. Параметры четырехполюсника формирующей связи 7, первой колебательной системы 8 и второй колебательной системы 3 подобраны так, что влияние нестабильности параметров компенсируется искусственным поддержанием амплитуды и частоты колебаний во второй колебательной системе 3 за счет частичного использования энергии колебаний в первой колебательной системе 8. Это обеспечивает повышение помехоустойчивости СФД при работе в условиях, близких к пороговому режиму работы, до уровня, приближающегося к потенциальной помехоустойчивости, так как система в целом, образованная генератором, управляемым напряжением, 11 и синхронизируемым генератором 12, является сложной системой СФД, управляемой напряжением, с характеристиками, близкими к идеальным.

Таким образом, в синхронно-фазовом демодуляторе с синхронизируемым генератором осуществляется эффективная фильтрация (из-за отсутствия в колебательной системе синхронизируемого генератора параметрических элементов) паразитной амплитудной модуляции колебания генератора, управляемого напряжением, при работе в условиях, близких к пороговым, реализуется более высокий порядок системы при неизменном порядке фильтра низких частот, а также более линейная перестройка по частоте. При этом СФД с синхронизируемым генератором имеет более высокую помехоустойчивость, приближающуюся к потенциальной, чем известное устройство, так как характеристики СФД с синхронизируемым генератором более близки к идеальным.

Промышленная применимость.

Синхронно-фазовый демодулятор может быть применен в различных областях радиотехники в качестве: эффективного демодулятора сигналов с частотной и фазовой модуляциями высокочувствительных приемных устройств, устройства синхронизации, устройства формирования сигналов.

Источники информации
1. Дж.Дж. Стиффлер. Теория синхронной связи. Пер. с англ. Б.С. Цыбакова под ред. Э.М. Габидулина. М.: Связь, 1975.

2. Кантор Л.Я., Дорофеев В.М. Помехоустойчивость приема ЧМ сигналов. М.: Связь, 1977.

3. Шахгильдян В. В., Ляховкин А.А., Карякин В.Л. и др. Системы фазовой автоподстройки частоты с элементами дискретизации. Под. ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Связь, 1979 г.

4. Гребенников А.В. Линеаризация характеристик электронной перестройки частоты транзисторных автогенераторов в широком диапазоне. Радиотехника и электроника. М., 1995 г.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах для детектирования сигналов с частотной модуляцией, в устройствах синхронизации. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и линейности перестройки по частоте. Демодулятор содержит на входе фазовый детектор (ФД) (1), соединенный с фильтром низких частот (ФНЧ) (2), а также соединенные в виде последовательного замкнутого контура вторую колебательную систему (КС) (3), активный элемент (АЭ) (5), систему обратной связи (СОС) (6) и параметрический элемент (ПЭ) (4), образующие генератор, управляемый напряжением (ГУН) (11). Выход ФНЧ (2) подключен к общему электроду ПЭ (4) и второй КС (3). Первая КС (8), введенные второй АЭ (10) и вторая СОС (9) соединены последовательно в кольцо и образуют синхронизируемый генератор (12). Выход второго АЭ (10) подключен ко второму входу ФД (1). Введенный четырехполюсник формирующей связи (ЧФС) (7) включен между первой и второй КС (8, 3) к их дополнительным входам и выходам. 1 ил.

Синхронно-фазовый демодулятор, содержащий первую колебательную систему, фазовый детектор, у которого первый вход является входом синхронно-фазового демодулятора, фильтр низких частот, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а также соединенные в виде последовательного замкнутого контура вторую колебательную систему, активный элемент, систему обратной связи и параметрический элемент, образующие генератор, управляемый напряжением, причем выход фильтра низкой частоты подключен к общему электроду параметрического элемента и второй колебательной системы, отличающийся тем, что в него введены четырехполюсник формирующей связи, второй активный элемент и вторая система обратной связи так, что первая колебательная система, второй активный элемент и вторая система обратной связи соединены последовательно в кольцо и образуют синхронизируемый генератор, а выход второго активного элемента подключен ко второму входу фазового детектора, четырехполюсник формирующей связи включен между первой и второй колебательными системами к их дополнительным входам и выходам, причем параметры четырехполюсника формирующей связи, первой колебательной системы и второй колебательной системы подобраны так, что влияние нестабильности параметров компенсируются искусственным поддержанием амплитуды и частоты колебаний во второй колебательной системе за счет частичного использования энергии колебаний в первой колебательной системе.