Синхронный детектор Советский патент 1983 года по МПК H03D1/22 

/

о-

к го ю

Об ел

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения амплитуды слабых низкочастотных и инфранйзкочастотных периодических сигналов, а также их гармог ник на фоне сильных аддитивных помех намного превышающих по мощности поленый сигнал.

Известен синхронный детектор, содержащий первый и второй переключающие элементы, подключенные соответственно к входам дифференциального узкополосного фильтра нижних часто а также блок управления переключающими элементами и входной усилитель с полосовым фильтром.

Данный синхронный детектор обладает высокой избирательностью, но имее ограниченную чувствительность.

Этого недостатка лишены синхронны детектора с преобразованием частоты,

в которых основное усиление производится на промежуточной частоте.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является синхронный детектор с преобразованием частоты, содержащий последовательно соединенные входной усилитель, первый преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, второй . преобразователь частоты, усилитель постоянного тока, а также первый и второй формирователи опорных напряжений, причем выход первого формирователя опорного напряжения подключен к второму входу первого преобразователя частоты, а выход второго формирователя опорного напряжения к третьему входу первого и второму. входу второго преобразователей частоты.

При этом первый преобразователь частоты содержит последовательно соединенные третий и четвертый преобразова:тели частоты и синхронный гребенчатый фильтр, причем второй вход третьего преобразователя частоты и управляющий вход синхронного гребенчатого фильтра соединены с выходом второго формирователя опорного напряжения, а второй в:{од четвертого преобразователя частоты - с выходом первого Формирователя опорного напряжения 23.,

Недостатком известного синхронного детектора является ограниченная полоса рабочих частот в области низких частот, а также невозможность осуществления спектрального анализа входного сигнала.

Объясняется это тем, что при фиксированной частоте F второго формирователя опорного напряжения полоса рабочих частот входного сигнала Fp ограничена со стороны низких частот условием г 5, что следует из принципа работы первого преобразователя частоты, в котором четвертый

преобразователь частоты выполняет функцию бифазного модулятора, а третий преобразователь частоты совместно с синхронным гребенчатым фильтром - роль фазочувствительного вьшря1|«1теля. При этом преобразование частоты в первом преобразователе частоты осуществляется с предварительной фазовой манипуляцией сигнала, а при частоте фазовой манипуляции ниже частоты сигнала среднее значение выходного сигнала фазового манипулятора быстро уменьшается, обращаясь в нуль при Р2./2 ; и т.д.

Уменьшение же частоты F/j ниже определенных значений приводит к снижению качества фильтрации сигнала из-за роста низкочастотных шумов и к трудностям при реализации устройства в целом. . .

Кроме того, с помощью известйого синхронного детектора невозможно

осуществить спектральный анализ входного сигнала, поскольку АЧХ его носит гребенчатый характер.

Цель изобретения - расширение полосы рабочих частот в область низких частот и обеспечение возможности спектрального анализа входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем что в синхронном детекторе, содержащем последовательно соединенные входной усилитель и первый преобразователь частоты, и последовательно соедненные усилитель промежуточной частоты, второй преобразователь частоты и усилитель постоянного тока, а такж первый и второй формирователи опорных напряжений, причем выход первого формирователя опорного напряжения подключен к второму входу первого преобразователя частоты, а выход вто рого формирователя опорного напряжения - к третьему входу первого и к вторсалу входу второго преобразователей частоты, первый преобразователь частоты выполнен в виде Ы -канального фильтра, содержащего -интегрирующих цепей, включенных между первым и вторым N-канальными коммутаторами, при этом вход первого и вькод второго N-канальных коммутаторов являются соответственно входом и вькодом первого преобразова- . теля частоты, а между выходом первого преобразователячастоты и входам усилителя промежуточной частоты включен селективный фильтр.

На чертеже приведена структурная устройства.

Синхронный детектор содержит входной усилитель 1, первый преобразователь 2 частоты, селективный фильтр 3 усилитель 4 промежуточной частоты, второй преобразователь 5 частоты, усилитель 6 постоянного тока, первый и второй формирователи 7 и 8 опорных

напряжений. При ,этом первый-преобразователь 2 частоты содержит N-интегрирующих цепей 9, первый и второй . N-канальные коммутаторы 10 и 11.

Синхронный детектор работает следующим образом.

Входной периодический сигнал с частотой и аддитивные помехи уси- ли&аются входным усилителем 1 и поступают на вход первого преобразователя 2 частоты.О

Первый N-канальный ксвимутатор 10,.управляемый формирователем 7 опорного Нсшряжения поочередно подключает интегрируюпще цепи 9 к вы ходу входного усилителя 1. При э-сон 5 частота его коммутации равна частоте входного сигнала. В результате на конденсаторах интегрируюп цепей 9 накапливаются напряжения, величины которых равны средним значени-20 м входного сигнала в соответствующйе части его периода, равные-1|КРс/ а аддитивные псмехи, например белый шум, усредняются и их вклад в Нсжопленное конденсаторами напря- 25 жение сводится к нулю.

.Второй .N - канальный коммутатор 11, управляемый от второго формирователя 8 опорногонапряжения, поочередно подключает выходы интегри- ад руюьшх цепей 9 к входу селективного- фильтра 3 с частотой F на время -IINPjt Таким образсм, в преобразователе 2 частоты его входной периодический сигнал Рр преобразуется в ступенчатый периодический сигнал с частЬтой повторяющий форму входного сигнала. Причем форма входHoro сигнала сохраняется неизменной при изменении частоты второго формирователя опорного напряжения,посколь- 40 ку с помощью первого ксялмутатора 10входной сигнал переносится фактически на- нулевую частоту, т.е. синхронно детектируется.

При этом становится возможным уси-45 ливать преобразованный сигнал на частотах гораздо ВЫЕ1Ю инфранизких, т.е. на частоте FT.; Отфильтрованный селективным фильтром 3 и усиленный усилителем 4 промежуточной частоты сигнал поступает на вход второго преобразователя 5 частоты, где смешивается с сигналом второго формирователя 8 опорного напряжения. При этом происходит синхронное детектирование, в результате которого образуется постоянное напряжение на выходе второго преобразоватейя 5 час тоты, величина которогоПропорциональна амплитуде входного сигна-па и которая затем через усилитель 6 постоянного тока поступает на выход устройства. .

Для выделения Y -ой гаргюнкки входного сигнала достаточно настроить селективный фильтр 3 на частоTy-ljhF/i или перестроить частоту F второго формирователя 8 так, чтойл частота ViFi соответствовала частоте настройки селективного фильтра 3 .

Первый и второй N -канальные ,, коммутаторы 10 и 11 управляются независимо друг от друга и на соотношение частот Fc. ® накладываются ограничения, характерные для синхронного детектора-прототипа. Этим обеспечивается расширение полосы рабочих частот в область низких частот независимо от выбора промежуточной частоты F. При этом предоставляется возможность оптимизировать выбор промежуточной частоты для улучшения дальнейшей обработки сигнгша по тракту промежуточной частоты, в частности путет выбора ее достаточно высокой, чтобы исключить влияние внутренних низкочастотных шумов усилителей.

Синхронный детектор позволяет измерять сигналы при соотношении сигнал/ шум на его входе - ioo дБ и может эффективно использоваться в полосе частот от до 0,1 Гц по сравнению с прототипом, у которого нижняя рабочая частота ограничена величиной 5-10 ГЦ. .

СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержа1ций последовательно соединенные входной усилитель и первый преобразователь частоты, и последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, второй преобразователь частоты и усилитель постоянного тока, а также первый и второй формирователи опорных напряжений, причем выход первого формирователя опорного напряления подключен к второму входу первого преобразователя частоты, а выход второго формирователя опорного напряжения - к третьему входу первого и к второму входу второго преобразователей частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы рабочихчастот в область низких частот и обеспечения возможности спект-. рального анализа входного сигнала, первый преобразователь частоты выполнен в виде 1) -канального фильтра, содержащего N интегрирующих цепей, J: включенных между первым и вторым W -канальными коммутаторами, при этом вход первого и выход второго N-ка- В )Т- f нальных коммутаторов являются соот ° кЛ ветственно входом и выходом первого ,-К: преобразователя частоты, а между ходом первого преобразователя часэчнон тоты tt входом усилителя промежуточно частоты включен селективный фильтр, в ---- CJ