РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО СО СВЕРХШИРОКОЙ МГНОВЕННОЙ ПОЛОСОЙ ПРИЕМА Российский патент 2024 года по МПК H04B7/00 H04L27/22 H04B1/16 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных радиоприемных устройствах (РПУ) со сверхширокой мгновенной полосой приема, имеющих ограничения по массогабаритным характеристикам и энергопотреблению.

Известны многоканальные приемные устройства (А.И. Куприянов, Л.Н. Шустов. «Радиоэлектронная борьба. Основы теории», М.: Вузовская книга. 2011, стр. 92-97). Диапазон рабочих частот приемного устройства разделяется системой электрических фильтров на ряд поддиапазонов. Полосы прозрачности фильтров примыкают друг к другу, а ширина полосы прозрачности каждого фильтра выбирается из условия заданной точности определения частоты и заданной ширины спектра принимаемых сигналов.

К недостаткам такого многоканального устройства следует отнести, в первую очередь, необходимость использования в широкополосных приемных устройствах большого числа электрических фильтров. Это приводит к существенному увеличению габаритов и к усложнению аппаратуры.

Известен патент (RU 2329598 C1 «Радиоприемное устройство и его варианты»), в котором используются классические приемы увеличения ширины мгновенной полосой приема РПУ путем совершенствования СВЧ узлов приемников радиосигналов, наращивания рабочей полосы каналов СВЧ-приемников и увеличения их числа, использования матричного способа организации приема радиосигналов в широком диапазоне частот.

Недостатками рассмотренного радиоприемного устройства является то, что не обнаруживается каждый импульс радиоэлектронного средства (РЭС), работающего с быстрой перестройкой частоты (БИЧ) от импульса к импульсу, а также то, что увеличение ширины мгновенной полосы приема РПУ достигается существенным, вплоть до неприемлемого, ростом массогабаритных характеристик и энергопотребления.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в увеличении ширины мгновенной полосы приема РПУ и минимизации аппаратных затрат за счет обработки радиосигналов с одновременным переносом в полосу промежуточной частоты нескольких участков диапазона рабочих частот и их разделения на промежуточной частоте с использованием фазовой фильтрации, и исключения из состава РПУ преселектора, содержащего большое число электрических фильтров.

Для достижения технического результата в радиоприемном устройстве со сверхширокой мгновенной полосой приема, содержащем приемную антенну, согласно изобретению выход приемной антенны соединен со входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом малошумящего усилителя, выход которого соединен со входом синфазного делителя мощности, имеющего два выхода, причем первый выход синфазного делителя мощности соединен с первым входом первой схемы выборки-хранения, производящей преобразование рабочей частоты сигнала на промежуточную частоту, выход первой схемы выборки-хранения соединен со входом первого фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом первого усилителя постоянного тока с выходом на промежуточной частоте, а второй выход синфазного делителя мощности соединен с первым входом второй схемы выборки-хранения, производящей преобразование рабочей частоты сигнала на промежуточную частоту, выход второй схемы выборки-хранения соединен со входом второго фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом второго усилителя постоянного тока с выходом на промежуточной частоте, при этом стробирующие входы схем выборки-хранения соединены с двумя выходами фазовращателя, обеспечивающего индивидуальный фазовый сдвиг при преобразовании частоты в каждой зоне Найквиста между сигналами на выходах двух схем выборки-хранения, позволяющий проводить фазовую фильтрацию сигналов, а вход фазовращателя соединен с выходом генератора стробирующего сигнала.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена структурная схема радиоприемного устройства со сверхширокой мгновенной полосой приема.

На фиг. 2 приведены графики зависимостей номера зоны Найквиста N_ЗН, нормированной частоты сигнала на выходе СВХ нормированной разности фаз нормированной измеренной рабочей частоты сигнала от отношения частот .

На фиг. 3 приведена схема переноса принятых сигналов из всех зон Найквиста, попавших в диапазон рабочих частот, в диапазон промежуточной частоты (ПЧ) на выходе СВХ.

На фиг. 1 введены обозначения: 1 - приемная антенна (ПРА), 2 - управляемый аттенюатор (УАТТ), 3 - малошумящий усилитель (МШУ), 4 - синфазный делитель мощности (СДМ), 5 - схема выборки-хранения (СВХ₁), 6 - схема выборки-хранения (СВХ₂), 7 - фазовращатель (ФБР), 8 - генератор стробирующего сигнала (ГСТРС), 9 - фильтр низкой частоты (ФНЧ₁), 10 - фильтр низкой частоты (ФНЧ₂), 11 - усилитель постоянного тока (УПТ₁), 12 - усилитель постоянного тока (УПТ₂).

Устройство работает следующим образом.

РПУ со сверхширокой мгновенной полосой приема, использующее фазовую фильтрацию сигналов, принимает из эфира сигналы на ПРА 1 в диапазоне рабочих частот где - нижняя граница диапазона рабочих частот, - верхняя граница диапазона рабочих частот. Принятые ПРА сигналы проходят через УАТТ 2, задача которого состоит в том, чтобы обеспечить отсутствие перегрузки радиоприемного тракта РПУ, ослабляя принятые сигналы большой мощности до уровня, не вызывающего насыщения и перегрузки радиоприемного тракта. Затем принятые сигналы проступают на вход МШУ 3 и усиливаются на его выходе до уровня, обеспечивающего компенсацию потерь в радиоприемном тракте РПУ и требуемую чувствительность (коэффициент шума) РПУ. С выхода МШУ 3 принятые сигналы поступают на вход СДМ 4, с выходов которого сигналы синфазно с одинаковым уровнем поступают на входы двух параллельно работающих СВХ (CBX₁ 5 и СВХ₂ 6), образующих двухканальную схему приема сигналов. CBX₁ 5 образует первый канал приема, а СВХ₂ 6 образует второй канал приема. Обе СВХ стробируются одинаковым стробирующим сигналом с частотой но имеющим определенный фазовый сдвиг Δϕ_стр между каналами. Для формирования стробирующего сигнала используется ГСТРС 8, стробирующий сигнал с выхода которого проходит через ФВР 7, на выходах которого образуются два одинаковых сигнала с фазовым сдвигом Δϕ_стр для стробирования CBX₁ 5 и СВХ₂ 6.

СВХ работает следующим образом. Все сигналы из диапазона рабочих частот поступающие на вход СВХ, попадают в определенные зоны Найквиста. Ширина зоны Найквиста составляет Первая зона Найквиста занимает диапазон частот вторая зона Найквиста занимает диапазон частот третья зона Найквиста занимает диапазон частот и так далее, каждый раз при увеличении частоты сигнала на величину номер зоны Найквиста увеличивается на единицу.

На фиг. 2 красным цветом показан график зависимости номера зоны Найквиста N_ЗH от отношения частот где - частота принятого сигнала из диапазона рабочих частот. В результате стробирования СВХ происходит преобразование частоты принятых сигналов из диапазона рабочих частот в диапазон промежуточной частоты (ПЧ). После стробирования все принятые сигналы из всех зон Найквиста, попавших в диапазон рабочих частот, переносятся на выходе СВХ в первую зону Найквиста, образуя на выходе СВХ диапазон ПЧ (фиг. 3).

На фиг. 2 коричневым цветом показан график зависимости нормированной частоты сигнала на выходе СВХ от отношения частот Для всех нечетных зон Найквиста нормированная частота сигнала на выходе СВХ после стробирования имеет одинаковый повторяющийся вид линейной возрастающей зависимости от нуля до от отношения частот Для всех четных зон Найквиста нормированная частота сигнала на выходе СВХ после стробирования имеет одинаковый повторяющийся вид линейной убывающей зависимости от до нуля от отношения частот

За счет преобразования частоты одновременно всех принятых сигналов из всего диапазона рабочих частот в диапазон ПЧ достигается работа РПУ сразу во всем диапазоне рабочих частот, то есть мгновенная полоса обзора равна диапазону рабочих частот и, следовательно, достигает своего максимально возможного значения. При этом из состава РПУ исключается преселектор, содержащий большое число электрических фильтров, что ведет к минимизации аппаратных затрат.

Однако, для точного определения частоты принятого сигнала необходимо не только измерить его ПЧ, но и определить номер зоны Найквиста, из которой произошло его преобразование на ПЧ. Для разделения сигналов на ПЧ по зонам Найквиста используется фазовая фильтрация, работающая следующим образом. Если на входы двух параллельно работающих СВХ (CBX₁ 5 и СВХ₂ 6) поступает синфазно принятый сигнал, а стробирование обеих СВХ производится одинаковым стробирующим сигналом с частотой, имеющим фазовый сдвиг Δϕ_стр между каналами, то разность фаз принятого сигнала, преобразованного на выходах CBX₁ 5 и СВХ₂ 6 на частоту ПЧ Δθ, будет обладать следующим свойством. В первой зоне Найквиста сдвиг фаз одноименных сигналов на выходах ПЧ CBX₁ 5 и СВХ₂ 6 отсутствует. Затем, по мере увеличения частоты принимаемого сигнала и последовательного его перехода из одной зоны Найквиста в другую, сдвиг фаз увеличивается последовательно на Δϕ_стр. При этом знак сдвига фаз одноименных сигналов, принятых в двух каналах РПУ, меняется каждый раз при переходе частоты принимаемого сигнала из одной зоны Найквиста в другую на противоположный. Для четных зон Найквиста знак сдвига фаз положительный, для нечетных зон Найквиста - отрицательный. На фиг. 2 синим цветом представлен график зависимости нормированной разности фаз от отношения частот

По измеренному значению разности фаз принятого сигнала, преобразованного на выходах CBX₁ 5 и СВХ₂ 6 на частоту ПЧ Δθ, можно однозначно вычислить зону, в которой находился данный сигнал до его преобразования на ПЧ, и, следовательно, однозначно измерить его частоту На фиг. 2 черным цветом представлен график зависимости нормированной измеренной рабочей частоты сигнала от отношения частот

Таким образом, достигается одновременная обработка всего диапазона рабочих частот, занимающего несколько полос ПЧ, без увеличения количества параллельно работающих каналов обработки сигналов.

Сигналы с выходов CBX₁ 5 и СВХ₂ 6 фильтруются фильтрами низкой частоты ФНЧ₁ 9 и ФНЧ₂ 10 и усиливаются усилителями постоянного тока УПТ₁ 11 и УПТ₂ 12, соответственно. Граничная частота среза ФНЧ₁ 9 и ФНЧ₂ 10 составляет, в соответствии с теоремой Котельникова, Выходы УПТ₁ 11 и УПТ₂ 12 образуют выходы промежуточной частоты ВЫХ.ПЧ₁ и Вых.ПЧ₂, соответственно, сигналы с которых поступают на последующую схему обработки сигналов.

Таким образом, использование фазовой фильтрации позволяет обеспечить максимально возможное вплоть до полного диапазона рабочих частот, расширение мгновенной полосы анализа РПУ при минимизации массогабаритных характеристик за счет отсутствия преселектора.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных радиоприемных устройствах (РПУ) со сверхширокой мгновенной полосой приема, имеющих ограничения по массогабаритным характеристикам и энергопотреблению. Техническим результатом изобретения является увеличение ширины мгновенной полосы приема РПУ и минимизации аппаратных затрат за счет обработки радиосигналов с одновременным переносом в полосу промежуточной частоты нескольких участков диапазона рабочих частот и их разделения на промежуточной частоте с использованием фазовой фильтрации. Радиоприемное устройство со сверхширокой мгновенной полосой приема дополнительно содержит последовательно соединенные управляемый аттенюатор, малошумящий усилитель, синфазный делитель мощности, первую и вторую схемы выборки-хранения, первый и второй фильтры нижних частот и первый и второй усилители постоянного тока. К стробирующим входам схем выборки-хранения присоединены два выхода фазовращателя, обеспечивающего индивидуальный фазовый сдвиг при преобразовании частоты в каждой зоне Найквиста между сигналами на выходах двух схем выборки-хранения, позволяющий проводить фазовую фильтрацию сигналов, а вход фазовращателя соединен с выходом генератора стробирующего сигнала. 3 ил.

Радиоприемное устройство со сверхширокой мгновенной полосой приема, содержащее приемную антенну, отличающееся тем, что выход приемной антенны соединен со входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом малошумящего усилителя, выход которого соединен со входом синфазного делителя мощности, имеющего два выхода, причем первый выход синфазного делителя мощности соединен с первым входом первой схемы выборки-хранения, производящей преобразование рабочей частоты сигнала на промежуточную частоту, выход первой схемы выборки-хранения соединен со входом первого фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом первого усилителя постоянного тока с выходом на промежуточной частоте, а второй выход синфазного делителя мощности соединен с первым входом второй схемы выборки-хранения, производящей преобразование рабочей частоты сигнала на промежуточную частоту, выход второй схемы выборки-хранения соединен со входом второго фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом второго усилителя постоянного тока с выходом на промежуточной частоте, при этом стробирующие входы схем выборки-хранения соединены с двумя выходами фазовращателя, обеспечивающего индивидуальный фазовый сдвиг при преобразовании частоты в каждой зоне Найквиста между сигналами на выходах двух схем выборки-хранения, позволяющий проводить фазовую фильтрацию сигналов, а вход фазовращателя соединен с выходом генератора стробирующего сигнала.