ШИРОКОПОЛОСНЫЙ РАЗНОСТНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H03H11/16 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к формирователям квадратурных сигналов, и может быть использовано для формирования и детектирования однополосного сигнала в передающей и приемной радио- и телевизионной аппаратуре, при построении помехоустойчивых систем радиосвязи и локации, устройств для анализа частотных характеристик цепей (систем), схем специальных измерений, в частности схем измерения составляющих мощности электромагнитных сигналов и помех, при построении устройств, моделирующих аналитические функции, а также для решения ряда задач антенной техники.

Известны схемы широкополосных фазовращателей, построенных по принципу разностной цепи (см., например, Авраменко В.Л., Галямичев Ю.П., Ланнэ А.А. Электрические линии задержки и фазовращатели. Справочник. М., Связь, 1973, стр.107-110).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является широкополосный разностный фазовращатель, содержащей четное количество последовательно соединенных элементарных фазовых контуров, схемы вычитания в количестве, равном количеству пар элементарных фазовых контуров, и сумматор (см. Патент РФ № 2214675, опубл. БИ № 29, 2003 г.).

Недостатком данного устройства является большое количество схем вычитания и как следствие большая сложность устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в широкополосном разностном фазовращателе, содержащем четное количество последовательно соединенных элементарных фазовых контуров, введены два многовходовых сумматора, количество входов каждого из которых равно количеству пар элементарных фазовых контуров, и схема вычитания. Вход первого и выход последнего, второго и предпоследнего и так далее элементарного фазового контура соединены каждый со своим соответствующим входом первого сумматора, второго сумматора и так далее. Выход каждого из сумматоров подключен каждый к своему соответствующему входу схемы вычитания. Ортогональные сигналы снимаются один с соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров, другой - с выхода схемы вычитания.

На фиг.1 приведена схема широкополосного разностного фазовращателя; на фиг.2 - векторные диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы фазовращателя.

Широкополосный разностный фазовращатель (фиг.1) содержит элементарные фазовые контуры 1, соединенные последовательно, сумматоры 2, входы одного из которых подключены к входам соответствующих пар фазовых контуров, а входы другого подключены к выходам соответствующих пар фазовых контуров, и схему вычитания 3, своими входами подключенную к выходам сумматоров.

Широкополосный разностный фазовращатель работает в соответствии с преобразованием Гильберта, согласно которому:

где s(t) - исходный сигнал, s₁(t) - сигнал, сопряженный по Гильберту, при этом сигнал s(t) и сопряженный ему по Гильберту сигнал s₁(t) являются ортогональными, то есть:

Для определения структуры цепи, осуществляющей преобразование Гильберта, представим (1) в виде, удовлетворяющем условиям физической реализации. Заменим для этого интеграл в (1) на сумму бесконечного числа слагаемых, тогда

Запишем (2) следующим образом:

Из (3) следует, что преобразование Гильберта может быть физически реализовано с любой требуемой точностью с помощью операции нормирования с коэффициентом передачи -1/π, двух операций суммирования нормированных, с коэффициентом передачи Δτ_n/τ_n, сигналов с n входов, для каждой операции, операции получения разности двух сумм и 2n операций задержки сигнала на некоторое время τ_n. Перечисленные операции реализуются схемой, показанной на фиг.1.

Входной сигнал, ортогональные копии которого требуется получить, поступает на шину in (фиг.1) и распространяется далее по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров 1. В каждом фазовом контуре происходит сдвиг фаз гармонических составляющих сигнала на определенный свой для каждой гармоники угол, при этом амплитуды гармоник остаются неизменными. Таким образом, сигнал, полученный на шине out1, является полной, задержанной на некоторое время, копией исходного сигнала. Сигналы с выходов элементарных фазовых контуров, расположенных до шины out1, опережают копию исходного сигнала на шине out1. Сигналы с выходов элементарных фазовых контуров, расположенных после шины out1, отстают от копии исходного сигнала на шине out1.

Рассмотрим произвольную гармоническую составляющую исходного сигнала. На фиг.2 копия гармонической составляющей исходного сигнала на шине out1 обозначена как вектор Нормированная сумматором 2, расположенным до шины out1, и опережающая исходный сигнал на некоторый угол ϕ, гармоническая составляющая обозначена на фиг.2 как вектор Нормированная сумматором 2, расположенным после шины out1, и отстающая от исходного сигнала на некоторый угол -ϕ гармоническая составляющая обозначена на фиг.2 как вектор Геометрическая разность векторов и (вектор , образуемая с помощью схемы вычитания 3, является ортогональной вектору Таким образом на выходе out2 образуется сигнал, ортогональный сигналу на выходе out1.

При сравнении с более традиционными типами фазовращателей широкополосный разностный фазовращатель имеет преимущество, заключающееся в простоте, высокой точности реализации, меньшей погрешности преобразования даже на очень низких частотах и ряде выгодных особенностей, к которым относятся: нечувствительность широкополосного разностного фазовращателя к разбросу параметров его элементов, их временному и температурному дрейфам; малые масса и габариты; возможность микроминиатюризации.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к формирователям квадратурных сигналов, и может быть использовано для формирования и детектирования однополосного сигнала в передающей и приемной радио- и телевизионной аппаратуре, при построении помехоустойчивых систем радиосвязи и локации, устройств для анализа частотных характеристик цепей (систем), схем специальных измерений, в частности схем измерения составляющих мощности электромагнитных сигналов и помех, при построении устройств, моделирующих аналитические функции, а также для решения ряда задач антенной техники. Техническим результатом является упрощение устройства. Устройство содержит четное количество последовательно соединенных элементарных фазовых контуров, два многовходовых сумматора, схему вычитания. 2 ил.

Широкополосный разностный фазовращатель, содержащий пары элементарных фазовых контуров, включенных последовательно, отличающийся тем, что в него введены два многовходовых сумматора, количество входов каждого из которых равно количеству пар элементарных фазовых контуров, и схема вычитания, причем входы первого и выходы последнего, входы второго и выходы предпоследнего и так далее элементарных фазовых контуров, обеспечивающих неизменность амплитуды сигнала и одинаковый для каждой пары сдвиг фаз гармонических составляющих сигнала на определенный свой для каждой гармоники угол, соединены соответственно: входы - с входами первого и выходы - с входами второго сумматоров, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы вычитания, а ортогональные сигналы снимаются один с соединения, осуществляющего связь срединной пары элементарных фазовых контуров, а другой - с выхода схемы вычитания.