ЧАСТОТНЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР НА РАССТРОЕННЫХ КОНТУРАХ Российский патент 2016 года по МПК H04L27/14 

Изобретение относится к области приема радиосигналов.

Известны частотные демодуляторы на расстроенных контурах, описанные в различных источниках, в том числе в:

1. Радиоприемные устройства / Под редакцией проф. Н.Н. Фомина. - М.: Радио и связь, 1996 г. - С. 329-336.

2. Кантор Л.Я. и Дорофеев В.М. Помехоустойчивость приема ЧМ сигналов. - М.: Связь, 1977. - С. 43.

3. Горелов Г.В., Волков А.А. Шелухин В.И. Каналообразующие устройства ЖД телемеханики и связи. - М.: Транспорт, 1994 г. - С. 127, 128, 135-137.

По технической сущности наиболее близким к данному изобретению является стандартный частотный демодулятор, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках описаны его аналоги.

Любой стандартный частотный демодулятор (СЧД), в том числе и прототип, в отличие от следящих состоит из последнего каскада усилителя промежуточной частоты (УПЧ), преобразователя частотно-модулированного (ЧМ) сигнала в амплитудно-частотномодулированный (АЧМ) сигнал и амплитудного некогерентного диодного детектора по огибающей АЧМ сигнала.

В прототипе преобразователем ЧМ в АЧМ являются два параллельных LC-контура, трансформаторно связанных нагрузкой УПЧ, симметрично расстроенных относительно промежуточной частоты и противофазных между собой. К каждому расстроенному контуру параллельно подключен амплитудный детектор, состоящий из последовательно включенных диода и фильтра нижних частот (ФНЧ) в виде резистора R, зашунтированного конденсатором С. Эти RC-цепочки обоих детекторов соединены последовательно и непосредственно между собой, а точка второй из них, соединенная с вторым диодом, заземлена. Выходом частотного демодулятора является точка первого резистора, соединенная с первым диодом.

В прототипе входной ЧМ сигнал преобразуется в расстроенных контурах в АЧМ сигнал, который детектируется не когерентно, а по огибающей с помощью диодного последовательного детектора.

Основным недостатком прототипа является сравнительно низкая помехоустойчивость приема радиосигналов, определяемая некогерентным детектированием сигнала АЧМ (по огибающей), имеющим не минимальные нелинейные искажение и не наилучшую фильтрацию высокочастотных составляющих.

Техническим результатом изобретения является повышение в 2 раза помехоустойчивости приема радиосигналов с ЧМ и увеличение качества радиосвязи.

Сущность изобретения состоит в том, что в частотный демодулятор на расстроенных контурах, состоящий из последнего каскада УПЧ приемника, двух параллельных колебательных LC-контурах первого рода, расстроенных симметрично относительно промежуточной частоты и противофазных между собой, двух амплитудных детекторов, каждый из которых подключен параллельно своему контуру и состоит из последовательно включенных диода и ФНЧ в виде резистора R, зашунтированного конденсатором С, причем эти RC-цепи обоих детекторов соединены между собой последовательно концами, к которым не подключены диоды, и накоротко, а вторая RC-цепь в точке соединения с вторым диодом, включенным встречно первому, заземлена, дополнительно введены трансформатор, два диода и изменена связь путем отключения точки соединения обоих контуров от точки соединения RC-цепей и между этими точками включена вторичная обмотка трансформатора, подключенного ко входу УПЧ, два диода включены последовательно и согласно в кольце с двумя диодами детекторов, образуя кольцевой перемножитель сигналов и в целом - когерентный детектор ЧМ сигналов.

Существенным отличием изобретения являются дополнительно введенные элементы (трансформатор и два диода) и новые связи.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема частотного демодулятора, согласно которой любой стандартный частотный демодулятор (СЧД) по огибающей может быть преобразован в такой когерентный демодулятор. На нем обозначено: 1 - УПЧ, 2 - преобразователь ЧМ в АЧМ, 3 - перемножитель сигналов, 4 - ФНЧ. На фиг. 2 представлена принципиальная схема когерентного частотного демодулятора на расстроенных контурах, а на фиг. 3 - амплитудно-частотные (АЧХ) и временные диаграммы, поясняющие его работу. На фиг. 2 последний каскад УПЧ выполнен на транзисторе VT, в базовую цепь которого включен введенный трансформатор ТР. Нагрузочный контур УПЧ в коллекторной цепи транзистора трансформаторно связан с расстроенными контурами L₁C₁ и L₂C₂, к выходам которых подключен кольцевой диодный перемножитель сигналов с ФНЧ в виде двух RC-цепочек. К точке соединения контуров одним концом подключена вторичная обмотка входного трансформатора УПЧ, а другим концом - к точке соединения RC-цепей. В этом случае кольцевой диодный перемножитель с ФНЧ является когерентным детектором, исключающим на своем выходе квадратурную составляющую помехи, отчего мощность помех уменьшается в 2 раза. Кроме того, такой когерентный детектор обладает минимумом нелинейных искажений и наилучшей фильтрацией высокочастотной составляющей.

Работа схемы происходит следующим образом.

Частотно-модулированный (ЧМ) сигнал u_ЧM(t)=U_Mcos[ω_прt+msinΩt] постоянной амплитудой U_M и с индексом ЧМ m поступает на вход УПЧ приемника (фиг 1, 2) и с его выходного LC-контура трансформаторно поступает в контуры L₁C₁ и L₂C₂, расстроенные симметрично относительно промежуточной частоты ω_пр и противофазно между собой, как показано на фиг. 3а. Видно, что входной ЧМ сигнал с помощью результирующей АЧХ обоих контуров преобразуется в амплитудно-частотно-модулируемый (АЧМ) сигнал (фиг 3б) u_AЧM(t)=U_M[1+MsinΩt]cos[ω_прt+msinΩt], где M - глубина AM, который поступает на информационный вход кольцевого диодного перемножителя. На его опорный вход подается ЧМ колебание со вторичной обмотки трансформатора, включенного в базу транзистора УПЧ. Поэтому на выходе кольцевого перемножителя имеет место колебание u_n(t)=u_АЧМ(t)·u_ЧМ(t)=U_m[1+MsinΩt]cos[ω_прt+msinΩt]cos[ω_прt+msinΩt]=U_m[1+MsinΩt]·0,5(1+cos2(ω_прt+msinΩt))=0,5U_m+0,5MU_msinΩt+в.ч.

ФНЧ, состоящий из двух RC-цепочек, не пропускает на свой выход высокочастотные (в.ч.) составляющие, а выходной конденсатор С не пропускает постоянную составляющую 0,5 U_m. Поэтому на выходе демодулятора будет только переданный сигнал b(t)=U_Ωsin_Ωt, где U_Ω=0,5MU_m.

Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение помехоустойчивости радиосвязи в 2 раза, так как введенный когерентный детектор устраняет квадратурную составляющую помехи, уменьшая мощность помехи в среднем 2 раза.

Изобретение относится к области приема радиосигналов. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и качества речи. В частотном демодуляторе (СЧД) после преобразователя ЧМ в АЧМ предлагается использовать не диодный детектор по огибающей, а когерентный кольцевой перемножитель АЧМ и ЧМ сигналов с ФНЧ на его выходе. Для этого в СЧД на расстроенных контурах дополнительно введены трансформатор, два диода и изменена связь путем размыкания средней точки контуров и средней точки RC-цепочек для подключения вторичной обмотки трансформатора, связанного с входом УПЧ. 3 ил.

Частотный демодулятор на расстроенных контурах, состоящий из последнего каскада УПЧ приемника, двух параллельных колебательных RC-контурах первого рода, расстроенных симметрично относительно промежуточной частоты и противофазных между собой, двух амплитудных детекторов, каждый из которых состоит из диода, последовательно включенного с одним концом ФНЧ в виде резистора R, зашунтированного конденсатором С, образующих RC-цепь соответствующего амплитудного детектора, причем один конец RC-цепи второго амплитудного детектора в точке соединения со своим диодом, включенным встречно диоду первого амплитудного детектора, заземлен, другие концы RC-цепей амплитудных детекторов имеют точку соединения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены трансформатор, подключенный ко входу УПЧ, и два диода, причем вторичная обмотка трансформатора подключена между точкой соединения указанных контуров и точкой соединения RC-цепей амплитудных детекторов, а два диода включены последовательно и согласно в кольце с двумя диодами амплитудных детекторов, образуя кольцевой перемножитель сигналов для когерентного детектирования ЧМ сигналов.