СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2006 года по МПК H03D3/02 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах обработки радиосигналов, устройствах и приборах измерения частоты.

Известен способ детектирования (демодуляции) частотно-модулированных (ЧМ) колебаний¹ (¹ЧМ колебание - есть высокочастотное вторичное колебание, мгновенная частота которого прямо пропорциональна закону изменения первичного сигнала.) (см. Теория электрической связи: Учебник для Вузов/ А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, В.И.Коржик, М.В.Назаров./ Под ред. Д.Д.Кловского. - М.: - Радио и связь, 1998. - 432 с.; 204 ил.), сущность которого заключается в том, что ЧМ колебание предварительно преобразовывают в колебания амплитудно-частотной модуляции, амплитуда которых изменяется по закону модулирующего напряжения (первичного сигнала), а затем его детектируют с помощью обычного амплитудного детектора.

Данный способ детектирования имеет ряд недостатков, а именно наличие нелинейных искажений сигналов, которые обуславливаются характеристиками двух основных элементов частотного детектора - преобразователя вида модуляции и амплитудного детектора.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу детектирования ЧМ колебаний является способ, описанный в книге (Теория электрической связи: Учебник для Вузов/ А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, В.И.Коржик, М.В.Назаров./ Под ред. Д.Д.Кловского. - М.: - Радио и связь, 1998. - 432 с.; 204 ил.).

Данный способ-прототип предусматривает фазовое детектирование ЧМ колебаний с последующим его дифференцированием.

Недостатки этого способа детектирования ЧМ колебаний будут определяться недостатками фазового детектора, а именно детектирование ЧМ колебаний только определенной фиксированной частоты и с девиацией частоты (максимальное отклонение частоты модулированного колебания Δf_max), от его среднего значения (частоты несущего колебания f_н) не больше расчетной, то есть данный способ имеет ограниченные возможности по детектированию колебаний в широком диапазоне частот и ограничения по величине девиации частоты ЧМ колебаний.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа детектирования ЧМ колебаний, реализация которого позволит расширить диапазон рабочих частот, увеличить девиацию частоты и уменьшить искажения формы ЧМ колебаний при их детектировании.

Поставленная задача решается при помощи предлагаемого способа детектирования ЧМ колебаний, сущность которого сводится к следующему.

Проведем линейную операцию над входным сигналом где ω - циклическая частота входного колебания A₀ - некоторый коэффициент, пропорциональный амплитуде входного ЧМ колебания, путем его одновременного дифференцирования и интегрирования по времени

Разделив результат дифференцирования на результат интегрирования входного сигнала, получим

где К^Дел есть некоторый коэффициент, пропорциональный квадрату частоты входного сигнала.

После инвертирования полученного значения

получим коэффициент К_вых1, пропорциональный значению квадрата частоты входного сигнала.

Проведя операцию линеаризации сигнала К_вых1 путем извлечения квадратного корня

получим коэффициент К_вых2, пропорциональный значению собственно частоты входного сигнала.

Таким образом, преобразовав ЧМ колебание в соответствии с математическими операциями (1)-(5), можем получить два различных напряжения К_вых1, К_вых2, величины которых соответственно пропорциональны квадрату частоты и собственно частоте входного ЧМ колебания. Следовательно, данный способ обработки ЧМ колебаний - есть способ их детектирования.

Отличительным признаком предложенного способа детектирования ЧМ колебаний является то, что обработка ЧМ сигнала с целью его детектирования осуществляется в соответствии с математическими операциями линейного характера, что предопределяет высокую точность и минимум искажений при детектировании ЧМ колебаний.

Способ детектирования ЧМ колебаний заключается в том, что входное ЧМ колебание одновременно обрабатывают в двух параллельных каналах, причем в одном канале сигнал дифференцируют, а во втором его интегрируют, затем, взяв отношение напряжения на выходе канала дифференцирования к напряжению на выходе канала интегрирования и проведя инвертирование, получают напряжение, величина которого пропорциональна квадрату частоты входного сигнала. После извлечения квадратного корня получают напряжение, величина которого пропорциональна частоте входного ЧМ колебания.

Данный способ детектирования может быть реализован как программным путем на базе микропроцессоров, так и в аппаратном виде.

Предлагаемый способ поясняется чертежом (фиг.1), на котором изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ детектирования, содержащая дифференциатор 1, интегратор 2, делитель сигналов 3, инвертор 4, устройство извлечения квадратного корня (устройство линеаризации) 5.

Вход устройства соединен в параллель с входами дифференциатора 1 и интегратора 2, выходы которых соединены с соответствующими входами делителя сигналов 3, выход делителя 3 через инвертор 4 соединен со входом устройства извлечения квадратного корня 5, выход устройства извлечения квадратного корня 5 является вторым выходом устройства, а выход инвертора 4 одновременно является первым выходом устройства.

Следует заметить, что инвертор 4 без изменения сущности реализации заявляемого способа может быть размещен как перед входом интегратора 2 (фиг.2), так и между выходом интегратора 2 и входом делителя сигналов 3 (фиг.3). Первым выходом устройства в этом случае будет являться выход делителя сигналов 3.

Заявленный способ детектирования осуществляется следующим образом.

Входной ЧМ сигнал одновременно поступает на входы дифференциатора 1 и интегратора 2. После одновременного дифференцирования и интегрирования он подается на соответствующие входы делителя сигналов 3. Выполнив операцию деления и проведя инвертирование в инверторе 4, получим напряжение, величина которого пропорциональна квадрату частоты входного ЧМ колебания. При необходимости данный выходной сигнал может быть линеаризован, с этой целью он подается на вход устройства извлечения квадратного корня 5, на выходе которого получаем сигнал, величина напряжения которого пропорциональна частоте входного ЧМ колебания.

Достоинством данного способа является возможность детектирования ЧМ колебаний в широком диапазоне частот, практически без ограничения величины девиации частоты, кроме того данный способ детектирования инвариантен к паразитной амплитудной модуляции ЧМ колебаний (изменению коэффициента А₀).

Изобретение относится к радиотехнике для обработки радиосигналов при измерении частоты. Технический результат заключается в повышении точности. Способ детектирования заключается в одновременной обработке в двух каналах входного частотно-модулированного колебания, в одном из которых сигнал дифференцируют, а в другом - интегрируют, затем, взяв отношение напряжения на выходе канала дифференцирования к напряжению на выходе канала интегрирования и проведя инвертирование, получают напряжение, величина которого пропорциональна квадрату частоты входного частотно-модулированного колебания. После выполнения операции линеаризации - извлечения квадратного корня - получают напряжение, величина которого пропорциональна частоте входного частотно-модулированного колебания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ детектирования частотно-модулированных колебаний при котором входное колебание дифференцируют, отличающийся тем, что вводят параллельный канал обработки, в котором входное колебание интегрируют, затем, взяв отношение напряжения на выходе канала дифференцирования к напряжению на выходе канала интегрирования и проведя инвертирование, получают напряжение, величина которого пропорциональна квадрату частоты входного частотно-модулированного колебания.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выходное напряжение, полученное по п.1, дополнительно преобразовывают с целью его линеаризации для получения напряжения, величина которого пропорциональна частоте входного частотно-модулированного колебания.