Устройство для выделения квадратурных составляющих узкополосных сигналов Советский патент 1983 года по МПК H03D3/00 

Изобретение относится к радиотехнике, и может быть использовано в устройствах приема и обработки узкополосных радиосигналов.

Известен квадратурный преобразователь , содержащий опорный генератор гармонического сигнала, два перемножителя, фазовращатель на 90 и два фильтра нижних частот.

Квадратурный преобразователь работает следующим образом. Исходный узкополосный сигнал подается на. входы перемножителей. На другие входы этих пер емножителей с выхода опорного генератора гармонического сигнала подаются сдвинутые друг относи.тельно друга на 90° гармонические напряжения, частота которых равна несущей частоте входного узкополосного колебания. После перемножения и фильтрации выходного сигнала перемножителей фильтрами нижних частот на выходе последних формируются квадратурные составляющие комплексной огибающей входного узкополосного сигнала 13Существенным недостатком известного квадратурного преобразователя является наличие двух перемножителей (смесителей ), неидентичность параметров которых приводит к появлению ошибок выделений квадратур сигнала. Поэтому при регулировке этого преобразователя требуется тщательная калибровка параметров перемножителей с целью достижения возможно большей близости их парс1метро.в. Кроме того, необходимость обеспечения заданной точности выделения квадратур накладывает жесткие требования на характеристики дрейфа параметров перемножителей во времени.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для вьщеления квадратур-i ных составляющих узкополосного сигнала, содержгццее источник входного сигнала, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты; временной дискретизатор, опорный вход которого подключё н к генератору тактовых импульсов, и два канала обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные переклюг чатель, сумматор и фильтр нижних частот,.а также инвертор, вход которого соединен с вторым входом переключателя 2 J.

Основной операцией, осуществляемой известным устройством является образование двух сдвинутых друг относительно друга по фазе на 90 канальных сигналов. Указанный сдвиг фаз осуществл5 ется фазовращателем, который должен добавлять во входной сигнал требуемую фазовую добавку. Особенностью обработки узкбполосного

сигнала, характеризующегося значительной .шириной спектра занимаемых частот, является необходимость сдвига на 90° одновременно всех его спектральных составляющих. Подобная операция математически может1быть осуществлена преобразованием, называемым интегральным преобразованием Гильберта. Техническая реализация преобразования Гильберта в строгом смысле невозможна так как соответствующее устройство, как известно, является физически нереализуе1МЫМ, обладает бесконечной импульсной характеристикой и, как следствие, требует введения бесконечной задержки выходного сигнала относительно входного. : Таким образом, использование стандартного фазовращателя для внесения в узкополосныйСигнал фазового сдвига в известном устройстве связано с внесением в формируеьвле им квадратурные составляющие сигналы систематической ошибки, обусловленной погрешностями фазового сдвига спектральных составляющих частоты, не равной несущей частоте.

Целью изобретения является повышение точности вьщеления квадратур

Цель достигается теял, что в устройство для выделения квадратурных составляющих узкополосных сигналов, содержащее источник входного сигнала последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, временной днскретизатор, . опорный вход которого подключен к генератору тактовых импульсов, н два канала обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные переключатель, суьолатор и фильтр нижних частот, а также инвертор, вход которого соединен со вторым выходом nepeKj)4aTeля, введешь опорный генератор гармонического сигнала, последовательно соединенные перемножитель и фильтр . нижних частот, а также дополнительный переключатель, этом сигнальный и опорный входы пе{ емножителя подколочены соответственно к источнику входного сигнала и. опорному генератору гармонического сигнала, выход фнльтра нижних частот подклбчен к сигнальному входу временного fiifcкретизатора входы дополнительного переключателя подключены соответственно к выходам временного днскретизатора и генератора тактовых импульсов, а выхода) - к вторым входам переключателей каждого из каналов обработки сигналов, выходы инверторов котоЕЯсс подключены к вторым входам сумматоров.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для выделения квгшратурных составляющих узкополосных сигналов/ на фиг. 2 - вид спект ра узкополосного сигнала/ на фиг.З эпюры, поясняющие работу устройства Устройство для выделения квадра турных составлякяцих уэкополосных сигналов, содерж11т источник 1 входного сигнала, последовательно соединенные генератор 2 тактовых им-, пульсов и- делитель 3 частоты, вре меиной дискретизатор 4, опорный вход которого подключен к генератору 2 тактовых импульсов, и два канала 5 и б обработки сигналов, кажШй из которых содержит последовательно соедииеишде переключатель 7, сумматор 8 и фильт р 9 нижних Частот, а также инвертор 10, вход которого соединен ев тосялм выходам переключателя 7,: опорный генера тор 11 гармонйческого сигнала, последовательно соединенные перемнош тель 12 и фильтр,13 нижних частот, такж дополнительный перек вочатель 14, при этом сигнальный и опорный входы переишожителя 12 подключены cooTBieTCTBeBHo к источнику 1 входно го сигнала и опорному генератору 11 гар|1юнического сигнала, выход фильт ра 13 нижних частот подключен к сигнальному входу временного дискре тизатора 4 увхолсц дополнительного пе реключателя 14 подключены соответст венно к выходам временного дискретй затора 4 и генератора 2 тактовых им пульсов, а выходы- к в.торым входам переключателей 7 каждого из каналов 5 и б обработки сигналов, выходы ин верторов 10 которых подключены к ВТ РШ4 входам сумматоров 8. Устройство работает следующим образе. . . Узкополосный сигнал х(t) , задаваемый соотношением Xtthoi|t c З 1) где a(t) (i) - соответственно ам плитуда и фаза, уз кополосного снгйала являю111иеся . функциями медленно изменяквхймися во времени по сравнению с несущей частотой fp; . t - время, поступакхарее на сигнальный вход перемножителя 12, на опорный вход ко торого с выхода опорного генератор 11 гармонического сигнгша подается гармоника частоты f . Приьюргалй вид спектра Stf) узкополосного сигнала х(t} представлен на фиг. 2а, где буквой F обозначег на величина ширины спектра си: ;нала Эпюра напряжений сигнала x(t) представлена на фиг. Зе. В результате перемножения сигнала x(t) с гармоникой cos 271 f и последующей фильтрации сигнала, лолученного в результате перемноже ния фильтром 13 нижних частот на его выходе образуется узкополосный сигнёш с несущей частотой Р о о- SHaJeние промежуточной частоты F вь бирается таким образом, что&л спектр получаквдегося после гетеродинирования узкополоснОгд сигнала располагался на оси частот так, как показано на фиг. 25, т.е. составляющие спектра на положительных и отрицательных частотах в результате преобразования не перекрывались бы на нулевой частоте. Таким образом, на выходе фильтра 3 нижних частот получаем сигнал x(t) , определяемой как I x((tJcosf23rFt+«f(t;. (2) сигнала 5Г(4Г представлена нафиг. 3. Как видим ишрина спектра сигнала Sttt) составляет 2РГц, поэтому при его дискретизации для выполнения условия применимости теоремы Котельникова ее надо производить с периодом. ., Последняя операция осуществляется временным дискретизатором 4. Управление временш 1м дискретизатором 4 осуществляется генератором 2 тактовьж импульсов, управд1як1цие импульсы с которого следуют с дискретом At (фиг. 3 в На выходе временного дискретизатора 4 образуются импульсы напряжения; полярность к значение амплитуд кото{яых соответствуют значениям отсчетов сигнала 5((|, взятым с дискре том лТ (фиг,3v). Для даясьнейшего пояснения приццй па работы устрюйства заметим, что для значений отсчетов сигнала хСдТ), взятых Ь дискретсял учетом, выражений (2) и (3), можно записать .jflr J.cosll П4 If Idir-f, | c,|AV jcosfVMS| o«|-H-с,|лГ |5 п ч|Л1:„|в п|п, где п 0,1,2,...+ со Множители cos«- в в первой части формула 4) могут принимать только три значения -1, О, 1

Поэтому, как следует из (4), значения отсчетов функции х.(дТр) по существу с точностью .до знака совпадают со значениями искомых отсчетов квадратурных составляющих комп«|ДТ„|С09 /Л1Г„)Н)

UTnl5m(V().5(.r, если п - нечетное. . Таким образом,для вьщеления отсчетов искомых квадратур ptaCj и Qf( j необходимо, во-первых, разделить после до в а те ль нос ть импульсов ( четные и нечетные и, во-вторых, йнвертироность импульсов чётные и нечетные и, во-вторых, инвертировать знак напряжения второго импульса соответственно последовательностей четных и нечетных импульсов. Разделение последовательности импульсов х(лЕп) на четные и нечетные осуществляется дополнительным переключателем 14, управляемыми сигналами, поступающими с выхода ганератора 2 тактовых импульсов. Последовательности импульсных сигналов, образующихся на выходах дополнительного переключателя 14 представлены- на фиг. Зе,ж .Каждая из указанных последовательностей поступает на вход переключателей 7 соответствующего канала 5 и б обработки. Переключатели 7, управляемые сигналами поступаюми с делителями 3 частоты (фиг.) разделяют последовательность четных и нечетных импульсов ria две последовательности импульсов по правилу первыйвторой как показано на фиг. Зз,и,и,аНапряжение импульсов, поступйкадих с второго выхода переключателей 7, инвертируются инвертором 10 (фиг.ЗК, П) и складываются затем с последовалексной огибающей входного узкоголосного сигнала

. p(t) ot(t)co5«f{t);

C5(t)(tjsin Ч-иь 5)

а именно:

....()

2 ) тельностью импульсов, поступающей с первого выхода переключателей 7 в сумматоре 8. Эпюры напряжений на выходе сумматоров 8 потоков представлены на фиг.ЗЛ,р. То обстоятельство, что на выходе сумматоров 8 отсчеты квадратурных компонентов компексной огибающей узкополосного сигнала формируются с дискретом 2дТ, не ведет к потере какой-либо информации о .поведении функций р (t) и g(t), так как последние имеют спектр, ширина которого в два раза меньше спектра сигнала на входе временного дискретизатора 4 (фиг.2 В) Поэтому при их дискретизации с периодом условия переменимости теоремы Котельникова остаются выполненными. После фильтрации последовательностей импульсов, образукяцихся на выходе сукматоров 8 фильтров 9 нижних частот, с выхода последнего снимаются искомые квадратурные компоненты комплексной огибающей узкойолосного сигнала {фиг. 3м, с). Проведенные исследования опытного образца предлагаемого устройства показали, что его использование поз во{1яет примерно в 1,5 раза (по мощности )снизить уровень сяпибок выделения квадратурных составляющих комплексной огибающей узкополосного сигнала.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КВАДРАТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ узкопоЛрСНЫХ СЙГНАЗЮВ, содержавшее источник входного сигналау последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, временной дискретизатор, опорный вход которого подключен к генератору тактовых импульсов, и два канала обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные переключатель, сумматор и фильтр нижних частот, а также инвертор, вход которого соединен с . вторым выходом переключателя, о т личающееся -тем, что, с целью повышения точности выделения квсщратур, введены опорныйгенератор гармонического сигнала, последовательно, соединенные перемножитель и фильтр нижних частот, а также дополнительный переключатель, при этом сигнальный и опорный входы перемножителя подключены соответственно к источнику входного сигнала и опорному генер атору гармонического сигнала, выход фильтра i нижних частот подключен к сигнальному входу вреаленного дискретизато- (Л ра, входы дополнительного переключателя подключены соответственно к выходам временного дискретизатора , и генератора тактовых импульсов, а выходы - к атоллам входам переклю чателей каасдого из каналрв обработки сигналов, ъыхотл инверторов которых подключены к вторым входам сумматоров. ф СП СХ ОЭ