ЧАСТОТНЫЙ ДЕТЕКТОР Российский патент 2016 года по МПК H03C3/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для построения частотных детекторов с расширенным участком линейности и увеличенной крутизной детекторной характеристики.

Известны устройства детектирования частотно-модулированных колебаний, описанные в источниках (смотреть, например:

И.Н. Амиантов, Ю.Н. Антонов-Антипов, В.П. Васильев и др. - «Радиоприемные устройства, под общ. редакцией В.И. Сифорова, «Советское радио», Москва, 1974, с. 321-330;

B.C. Андреев. - «Теория нелинейных электрических цепей», Москва, «Связь», 1972, с. 105-110;

Н.И. Чистяков, В.М. Сидоров. - «Радиоприемные устройства», под общ. редакцией Н.И. Чистякова, «Связь», Москва, 1974, с. 240-246).

Наиболее близким по технической сущности, то есть прототипом, является устройство, описанное в учебнике для вузов «Радиоприемные устройства», Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др. под редакцией Н.Н. Фомина, Москва, Горячая линия - Телеком, 2007. В данном источнике на странице 209 (рис.5.49) приведена схема прототипа (фиг.1), состоящая из двух встречно включенных схем, каждая из которых содержит параллельный колебательный контур и последовательный амплитудный детектор.

Недостатками частотного детектора-прототипа являются малая крутизна $$S_d=\frac{\Delta U}{\Delta \Omega }$$ , где ΔU - перепад напряжения в интервале частот (ΔΩ), и низкая линейность - δ_H=ΔН детекторной характеристики, здесь ΔH = отклонение характеристики от линейного закона.

Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в увеличении крутизны линейного участка детекторной характеристики, за счет замены параллельных контуров в одном плече звеном фильтра ВЧ, в другом - звеном фильтра НЧ вторых порядков.

Технический результат достигается тем, что устройство - частотный детектор, содержащее первый конденсатор, подключенный первым выводом к первому зажиму входа устройства, параллельно включенные первую катушку индуктивности и первый резистор, которые подключены первым своим соединением к общей шине, а вторым - к первому амплитудному детектору; второй конденсатор и второй резистор, которые первым соединение подключены к обшей шине, а вторым их соединением - ко второму амплитудному детектору; выходы детекторов (зажимы 3, 4) являются выходами устройства; вторую катушку индуктивности, подключенную первым выводом ко второму зажиму входа устройства, отличающееся тем, что второй вывод первого конденсатора подключен в точку соединения первого резистора, первой катушки индуктивности и входа первого амплитудного детектора, а второй вывод второй катушки индуктивности подключен в точку соединения второго резистора, второго конденсатора и входа второго амплитудного детектора.

Целью изобретения является повышение крутизны и увеличение линейности рабочего участка детекторной характеристики, что позволит повысить помехозащищенность сигналов с частотной модуляцией. Цель достигается изменением цепей, включенных перед амплитудными детекторами.

Сущность изобретения состоит в том, что за счет включения звеньев второго порядка ФВЧ и ФНЧ вместо встречно включенных параллельных колебательных контуров (полосовых фильтров) происходит увеличение напряжения на входе амплитудных детекторов в Q-добротность раз. Принципиальная схема заявляемого частотного детектора приведена на фиг. 2.

Операторная передаточная функция верхней (фиг. 2) цепи (ФВЧ) до первого амплитудного детектора имеет вид

где:

Операторная передаточная функция нижней (фиг. 2) цепи (ФНЧ) до второго амплитудного детектора имеет вид

где: $${\omega }_{н}^2=\frac{1}{L_2{C}_2}$$ ; $$\frac{{\omega }_{н}}{Q_2}=\frac{G_2}{C_2}$$ .

Комплексные передаточные функции верхней и нижней цепей будут равны, соответственно:

Если числитель и знаменатель выражения (3) разделить на число $$J\frac{\omega {\omega }_B}{Q_1}$$ , то равенство не изменится

Если числитель и знаменатель выражения (4) разделить на число $$J\frac{\omega {\omega }_H}{Q_1}$$ , то получим

Частоты экстремумов частотных характеристик в верхней и нижней цепи смещены относительно средней частоты $${\omega }_0^2={\omega }_B\cdot {\omega }_H$$ на величину ±Δω₀. Положим, что верхняя цепь имеет максимум на частоте ω_в=ω₀+Δω₀, нижняя цепь имеет максимум на частоте ω_н=ω₀-Δω₀. Тогда КПФ верхней цепи примет вид

Будем считать, что на частотах, близких частоте ω₀, выполняются условия $$\Delta {\omega }_0^2/{\omega }_0^2\approx 0$$ , Δω_C=ω-ω₀ ω+ω₀≈2ω₀, тогда

Соблюдая последовательность записи и их логику, аналогично определим КПФ нижней (фиг. 2) цепи.

Будем считать, что на частотах, близких частоте ω₀, выполняются условия $$\Delta {\omega }_0^2/{\omega }_0^2\approx 0$$ , Δω_C=ω-ω₀ ω+ω₀≈2ω₀, ω₀≈ω_H тогда

Напряжение на выходе частотного детектора пропорционально разности модулей от выражений (11) и (13) и равно

где ξ₀=2·Q·Δω₀/ω₀ - обобщенная расстройка максимальных значений АЧХ относительно частоты ω₀;

ξ=2·Q·Δω_C/ω₀ - обобщенная расстройка входного колебания;

K - коэффициент детектирования амплитудного детектора.

Тогда детекторная характеристика заявляемого частотного детектора будет определена выражением:

В [Л.1] на станицах 326-328 изложен анализ частотного детектора с расстроенными контурами, где его детекторная характеристика - γ′(ξ,ξ₀) определена как

где: ξ₀=2·Q·Δω₀/ω₀ - обобщенная расстройка максимальных значений АЧХ относительно частоты ω₀;

ξ=2·Q·Δω_C/ω₀ - обобщенная расстройка входного колебания.

Зависимость функции (16) от расстройки ξ является уравнением характеристики в безразмерных координатах. Она представлена в виде семейства кривых на фиг. 3, симметрична относительно начала координат (ξ₀=0) и ее экстремумы расположены в точках ξ_макс=±ξ₀.

Отношение выражений (15) и (16) при прочих равных обобщенных расстройках равно

Следовательно, в схеме заявляемого частотного детектора напряжение сигнала на входе амплитудного детектора в добротность раз больше, по сравнению с частотным детектором с двумя расстроенными контурами.

Расчет детекторных характеристик заявляемого частотного детектора (γ(ξ)) и частотных детекторов с двумя расстроенными контурами (γ1(ξ)) для трех случаев расстройки (ξ₀=1, $${\xi }_0=\sqrt{2}$$ и ξ₀=2) приведены на фиг. 4 (приводится верхняя часть характеристики).

Нетрудно видеть увеличение амплитуды в предлагаемом устройстве при одной и той же неравномерности в 2 раза (Q=2).

Таким образом, при включении за входными клеммами 1 и 2, соответственно, звеньев второго порядка ФВЧ и ФНЧ, а за ними относительно общей шины, - амплитудных детекторов, выходы которых являются выходами частотного детектора, происходит увеличение напряжения пропорционально добротности полюса в цепях второго порядка на выходе детектора, то есть имеем повышение крутизны детекторной характеристики.

Расчет величин параметров элементов ведется решением задачи аппроксимации для заданных условий.

Возможность достижения положительного эффекта от использования данного изобретения состоит в повышении крутизны детекторной характеристики, что повышает коэффициент детектирования, а следовательно, помехозащищенность сигналов с частотной модуляцией

На чертеже (фиг. 1) представлена принципиальная схема устройства, где обозначено: 1 - первый вход, 2 - второй вход, 3 - первый выход, 4 - второй выход и 5 - общая шина частотного детектора; R1 - первый и R2 - второй резистор, С1 - первый и С2 - второй конденсаторы, L1 - первая и L2 - вторая катушки индуктивности и АД1 - первый и АД2 - второй амплитудные детекторы.

Входом устройства являются левые зажимы 1 и 2 последовательно включенные им, соответственно, С1 - первый конденсатор, AД1 - первый амплитудный детектор и выходной зажим 3 устройства; L2 - вторая катушка индуктивности, АД2 - второй амплитудный детектор и выходной зажим 4 устройства, общая шина 5 устройства соединена через параллельно включенные R1 - первый резистор и L1 - первую катушку индуктивности с точкой включения С1 - первого конденсатора и входом АД1 - первого амплитудного детектора, а через параллельно включенные R2 - второго резистора С2 - второго конденсатора с точкой соединения L2 - второй катушки индуктивности и входом АД2 - второго амплитудного детектора.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для построения частотных детекторов. Достигаемый технический результат - увеличение крутизны линейного участка детекторной характеристики. Частотный детектор содержит первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй конденсаторы, первую и вторую катушки индуктивности, первый резистор, второй резистор. 4 ил.

Частотный детектор, содержащий первый конденсатор, подключенный первым выводом к первому зажиму входа устройства, параллельно включенные первую катушку индуктивности и первый резистор, которые подключены первым своим соединением к общей шине, а вторым - к первому амплитудному детектору, второй конденсатор и второй резистор, которые первым соединением подключены к обшей шине, а вторым их соединением - ко второму амплитудному детектору, выходы детекторов являются выходами устройства, вторую катушку индуктивности, подключенную первым выводом ко второму зажиму входа устройства, отличающийся тем, что второй вывод первого конденсатора подключен в точку соединения первого резистора, первой катушки индуктивности и входа первого амплитудного детектора, а второй вывод второй катушки индуктивности подключен в точку соединения второго резистора, второго конденсатора и входа второго амплитудного детектора.