Способ обработки сигналов в тракте высокой частоты радиоприемных устройств Российский патент 2017 года по МПК H03F1/26 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемной технике для построения входных пассивных цепей и усилителей с пониженным уровнем шума на выходе высокочастотного усилителя.

Целью изобретения является уменьшение уровня шумов на выходе избирательного высокочастотного усилителя на основе нового способа фильтрации и усиления входного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности является способ, основанный на фильтрации и усилении (Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др. «Радиоприемные устройства». - 3-е издание, стереотип, - М.: Горячая линия. - Телеком, 2007 стр. 26 рис. 1.6).

Недостатком способа является высокий уровень шумов на выходе усилителя, который определяется как сумма спектральных плотностей шумов фильтра и входных шумов усилителя, умноженная на квадрат коэффициента усиления усилителя (Змий Б.Ф. Синтез линейных устройств обработки сигналов на активных четырехполюсниках высших порядков. Монография. - Воронеж: ВАИУ, 2008. - 325 с., ил, стр. 179):

где, - спектральная плотность шумов фильтра, - коэффициент передачи фильтра, - спектральная плотность шумов на входе усилителя, К - коэффициент усиления усилителя.

Из выражения (1) следует, что чем больше требуемый коэффициент усиления усилителя, тем больше уровень шумов. Уровень собственных шумов усилителя значительно превышает уровень шумов фильтра , поэтому очевидно, что для снижения общего уровня шумов необходимо снижать коэффициент усиления К и уровень собственных шумов усилителя.

Техническим результатом заявляемого способа является снижение уровня шумов в избирательном усилителе высокой частоты за счет повышения уровня сигнала после фильтрации в h₀ раз и уменьшения коэффициента усиления усилителя.

Технический результат достигается тем, что в известном способе обработки сигналов в тракте высокой частоты, основанном на фильтрации и усилении, применено повышение уровня сигнала после фильтрации и суммирование выходного сигнала после усиления с входным сигналом до фильтрации.

На фиг. 1 представлена структурная схема предъявляемого способа обработки сигналов. В блоке 1 выполняется суммирование выходного сигнала после усиления с входным сигналом до фильтрации, в блоке 2 фильтруется сигнал в полосе рабочих частот, в блоке 3 входной сигнал повышается по уровню в h₀ раз, в блоке 4 сигнал усиливается в К раз до требуемого значения усиления Н₀.

Сущность изобретения заключается в следующем: в пассивной LC-цепи повышается уровень входного сигнала в h₀ раз, а результирующий уровень равен произведению коэффициента усиления усилителя К и коэффициента h₀, то есть Н₀=К⋅h₀. Это дает возможность уменьшить коэффициент усиления усилителя, если коэффициент h₀ больше единицы, что дает возможность уменьшить уровень шумов за счет уменьшения коэффициента усиления усилителя К до H₀/H₀. В соответствии с выражением (1) соотношение спектральных плотностей , а при это соотношение всегда будет больше 1, то есть имеет место уменьшение уровня шумов на выходе избирательного высокочастотного усилителя. Применение операции суммирования входного сигнала и сигнала после фильтрации и усиления позволяет еще больше снизить уровень шумов путем вычитания спектральной плотности шумов на выходе из спектральной плотности шумов на входе.

Повышения уровня сигнала можно достичь, применив последовательное включение соединений LC элементов, так как при таком соединении на реактивных элементах накапливается энергия переменного тока пропорционально отношению (Q - добротность последовательного колебательного контура) (В.П. Попов Основы теории цепей: Учебник для вузов. - 3-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2000, стр. 181). Число RLC-цепочек зависит от требуемой величины коэффициента повышения уровня сигнала h₀ в диапазоне рабочих частот и величины коэффициента усиления усилителя К. Чем больше величина h_0, тем больше уровень сигнала на входе усилителя и тем меньше требуется величина усиления К при заданном требовании к общему коэффициенту усиления Н₀=К⋅h₀. В результате общий уровень шумов будет меньше, чем в известном способе обработки, так как степень влияния на уровень шумов меньше, чем квадрат коэффициента усиления усилителя К².

При суммировании сигнала с выхода усилителя с сигналом на входе фильтра уровень шумов еще больше снижается, так как происходит вычитание уровня шумов на входе сумматора с уровнем шумов на выходе усилителя:

где β - некоторый коэффициент, характеризующий долю выходного сигнала подключаемого ко входу. То есть на некоторых частотах уровень спектральной плотности шумов может достигать нулевых значений. Следовательно, повышение уровня в пассивной RLC-цепи и суммирование выходного усиленного сигнала в усилителе с входным позволяют значительно снизить уровень шумов на выходе избирательного высокочастотного усилителя радиоприемного устройства.

На фиг. 2 представлены результаты моделирования (уровень спектральной плотности шумов) частной реализации предлагаемого способа при Н₀=10, h₀=1,81, К=5,5 (график 2) и реализации известного способа обработки сигналов при Н₀=10, h₀=1, К=10 (график 1). Из графиков видно, что в полосе пропускания (от 500 кГц до 1 МГц) уровень спектральной плотности шумов при реализации предлагаемого способа в несколько раз меньше спектральной плотности шумов при реализации известного способа обработки сигналов в тракте высокой частоты.

Изобретение относится к средствам обработки сигналов в тракте высокой частоты радиоприемных устройств. В известных устройствах осуществляется фильтрация и усиление сигнала, а в предлагаемом способе вводятся операции усиления в пассивной цепи и суммирования сигналов с выхода усилителя на входе устройства. Технический результат заключается в снижении уровня шумов за счет увеличения уровня сигнала в пассивной цепи, что дает возможность уменьшить коэффициент усиления усилителя. Уменьшение коэффициента усиления усилителя уменьшает уровень шумов на выходе за счет суммирования выходного сигнала со входным значительно, при этом общий коэффициент усиления не уменьшается. 2 ил.

Способ обработки сигналов в тракте высокой частоты радиоприемных устройств, основанный на фильтрации входного сигнала в полосе рабочих частот фильтра и усилении входных сигналов в усилителе, отличающийся тем, что после фильтрации повышают уровень входного сигнала в пассивной LC-цепи в h₀ на входе усилителя, так чтобы результирующий уровень сигнала на выходе усилителя был равен произведению коэффициента усиления усилителя K и коэффициента h₀, после чего осуществляют операцию суммирования входного сигнала на входе фильтра и выходного сигнала усилителя путем вычитания спектральной плотности шумов на указанном выходе из спектральной плотности шумов на указанном входе.