Демодулятор Советский патент 1983 года по МПК H03D5/00 

Изобретение относится к электрорадиоизмерданиям и может быть использовано при исследовании и контроле флуктуацибнных характеристик сигналов автогенераторов, а также при создании высокоточных следящих систем автоматики и измерительной техники..

Известен фазовый детектор на фик:сированную частоту, содержащий блок сложения, к одному из входов которого через фазоинвертор подключен источник измеряемого сигнала, а к другому входу непосредственно подключен источник опорного сигнала, И фазочувствительный выпрямитель, соединенный с источником опорного сигнала через фазовращатель на 90° при этом меясду вь х:одом блока .сложения и одним из входов фазочувствительного выпрямителя включен усили-. тель-фильтр Cl L

Недостатком известного устройства является В10зможность измерения флуктуации только фазы квазигармонического сигнала, а также низкая точность , обусловленная про зсожцеиибм флуктуации уровня несущей как измеряемого, так и опорного сигналов,: на его выход.

. Наиболее близким к предлагаемому демолулятору является устройство для демодулядаи частотных и амплитуд нык флуктуации квазигармонического сигнала..

д; «эдулятор, содержащий последовательно соединенные режекторный фильтр второго порядка, вход KOTOpqго является входом демодулятора, первиШ смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый фа-зочувствитеяьный выпрямитель, выход которого выходом сигнала, прмэиорционального флуктуациям частоты квазигарлюнического сигнала, последовательно соединенные делитель напряжения, второй смеситель и второй усилитель промежуточной частоты, гетеродин выход которого соединен с опорньвли входами первого и второго етлесителей, а также фазовращатель включенный между входом режекторного фильтра второго порядка и входом делителя напряжений и первый и второй амплитудйье детекторы, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей промежуточной частоты, при Ьтом опорный вход первого фазочувствительного выпрямителя соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, а выход второ го a вIЛйтyднoгo детектора является. выходом сигнала, пропорционального флуктуациям амплитуды квазигармонического сигнала С2 3.

Недостатком известного устройства, является отсутствие возмож

ности полного подавления несущей частоты входного квазигармонического сигнала. Это связано с тем, что в нем не обеспечивается контроль настройки моста на полную режекцию режекторного фильтра второго порядка по обеим квадратурным компонентам остатка несущей, так как даже при полном подавлении несущей входного сигнала на выходе первого амплитудного детектора есть сигнал, характеризующий усиленные шумы гетеродина, первого смесителя и первого усилителя промежуточной частоты. Наличие остатка несущей в устройстве приводит к ограничению динамического диапазона снизу при измерении как флуктуации часто- ты, так и флуктуации амплитуды входного квазигармонического сигнала. Это обусловлено отсутствием возможности увеличения усиления слабого информативного сигнала с выхода режекторного фильтра второго порядка, так как при повышении коэффициента усиления первого усилителя промежуточной частоты одновременно с информативным сигналом будет усиливаться остаток несущей. Кроме того, при измерении амплитудных флуктуации динамический диапазон устройства ограничен снизу уровнем паразитной модуляции входного квазигармонического сигнала за счет флуктуации амплитуды гетеродина и флуктуации коэффициентов передачи второго смесителя и второго усилителя промежуточной частоты. Недостатком устройства является также отсутствие возможности измерения флуктуации фазы входного квазигармонического сигнала, так как фаза остатка несущей не определена, и тем самым не определена часть выходного сигнала фазочувствительного выпрямителя, обусловленная только частотными флуктуациями входного сигнала.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона в область малых сигналов при измерении флуктуации амплитуды, частоты, фазы и ско рости изменения амплитуды квазигармонического сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в демодулятор, преимущественно для устройств измерения флуктуационньсх характеристик сигналов автогенераторов, содержащий последовательно соединенные режекторный фильтр второго порядка, вход которого является входом демодулятора первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый фазочувствительный выпрямитель, выход которого являемся выходом сигнала пропорционально флуктуациям частоты квазигармонического сигнала, последвательно соединенные делитель напряжения, втррой смеситель и второй уси литель промежуточной частоты, гетеродин, выход которого соединен с опорными входами первого и второго смесителей, а также фазовращатель, / введены первый интегратор, вход кото рого подключен к выходу первого фазо чувствительного выпрямителя, и после довательно соединенные второй фазочувствительный выпрямитель, вход которого соединен с входом первого фазочувствительного вьтрямителя, и второй интегратор, выход второго усилителя промежуточной частоты подключен через фазовращатель и непосредственно соответственно к опорным входам первого и второго фазочувствительиых выпрямителей, а вход делителя напряжения подключен к входу демодулятора, при этом выходы перво го, второго интеграторов и второго фазочуветвительного выпрямителя являются соответственно выходами сигналов , пропорциональных флуктуациям фазы, амплитуды и скорости изменения амплитуды квазигармонического сигнала. На чертеже представлена структурная схема демодулятора. Демодулятор содержит режекторный фильтр 1 второго порядка, гетеродин 2, первый .смеситель 3, первый усилитель 4 промежуточной частоты, второй фазочувствительный выпрямитель 5, первый фазочувствнтельный выпрямитель б, делитель 7 напряжения, второй смеситель 8, второй усилитель 9 промежуточной частоты, фазовращатель 10, первый интегратор 11, второ HHTerj aTop 12. Демодулятор работает следующим образом. . На входы режекториого фильтра 1 и делителя напряжений 7 поступает квазигармонический сигнал вида U(tЦU,.14o6(t)JcosФ(t, гйе oC(t) - относительные амплитудные флуктуации, oC(tl«- (t| WoifJ.v(t)dt-. v(t) - мгиовенное значение флуктуации частоты; л - несущая частота сигнала. Коэффициент передачи режекторного фильтра 1 определяется условием обеспечения симметричной относительно несущей ги«1плитудно-частотной ха ракт ристики с нулевьм уровнем на частоте несущей. При выполнении жекторного фильтра 1 на сбалансированном Т-мосте его коэффициент . передачи определяется выражением p2 + w2 u. р2 + 2-д2.р4Ш где и - добротность фильтра, o/gi-j - несущая частота сигнала, Lid - параметры фильтра, оператор дифференцирова ния. Режекторный фильтр может быть выполнен также по схеме линии задержки с компенсацией, по схеме моста на пьезокристалле и т.д. Режекторный фильтр 1 обеспечива ет подавление несущей частоты сигнала осуществляет операцию дифференцирования его огибанадей, при этом квазигармонический сигнал и (I преобразуется в информатйвный сигнал вида 2( Ф((t s1nФw / где n полоса заграждёиня режекториого фильтра 1. Первая компойента сигнала синфазна измеряемому сигналу U(i и пропорциональна флуктуациям скорости изменения его амплитудаа. Вторая компонента сигнала U2(tl квад ратурна измеряемого сигналу U-,(t|« пропорциональна мгновенному звачению флуктуации его частоты. Информативный сигнал U2(tпоступает на сигнальный вход смесителя 3. На опорный вход смесителя 3 поступает сигнал с выхода гетеродина 2. Смеситель 3 осуществляет преобразование сигнала . в сигнал промежуточной частоты . U3((oLco5 tOj,toUr|t4C/li,, . -vsin(u,o±io)t -Vt4j} ,/ где uj - несущая частота гетеродй на 2,Vj. - фаза гетеродина 2, . Усилитель 4 обеспечивает усиление информативного сигнала ( полосе частот вблизи несущей промежуточной частоты. Сигнал с Выхода усилителя 4 поступает на сигнальные входа фаэочувствитёльньвс выпрямителей 5 и 6. Опорные сигналы фаэочувствитедь- ных вьлрямителей 5 и б формируются следудацим образом. Сигнал W(/ ослаблении делителем 7 , поступает на сигнальный вход смесителя 3. На , опорный вход смесителя 8 поступает сигнал с выхода гетеродина 2, смеситель 8 осуществляет преобразование сигнала ({в опорный сигнал промежуточной частоты Ц() К - ) Первая компонента информативного сигнала UjC) синфазна сигналу U(t-),

а вторая компонента информативного сигнала и Н1квадратурна сигналу V(t} независимо от флуктуации частоты uif- и фазы VP гетеродина 2. Усилитель 9 обеспечивает усиление опорного сигнала U в полосе частот вблизи несущей промежуточной частоты. Фазовращатель 10 обеспечивает изменение фазы несущей сигнала с выхода усилителя 9 на 90° Опорный сигнал, синфазный сигналу U4(tb поступает на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 5, Опорный сигнал, квадрат5грный сигналу U4 (tj с выхода фазовращателя 10 поступает на опорный вход фаэочувствительного выпрямителя б, Постоянство фазовых и амплитудных соотношений между усиленным информативным и опорным сигналами на входах фазочувствительг ных выпрямителей 5 и 6 обеспечивается за счет идентичности амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик усилителей 4 и 9. Фазочувствительный выпрямитель 5 обеспечивает вьщеление первой коьтоненты усиленного сигнала Uj(t|, синфазный сигналу U4(tb Сигнал на выходе фазочувствительного выпрямителя 5 пропорционален флуктуациям скорости из1 енения аротлитуды изм врясмрго сигнала U(t) . Фазочувствдтельный вьщряииитель 6 обеспечивает выделение второй компоненты усленного сигнала UjltJ, квадратурной сигналу U4(t) . .Сигнал на выходе фазочувствительного выпрямителя б пропорционален флуктуациям частоты измеряемого сигнала. Интегратор 12 осуществляет преобразование сигнала с выхода фазочувствительного выпрямителя 5 в сигнал, пропорциональный флуктуациям алшлитуды сигнала U(t). интегратор 11 осуществляет преобразование сигнала с выхода фазочувствительного выпрямителя б в сигнал, пропорциональный флуктуациям фазы сигнала t-(t) .

Таким образом в разработанном демодуляторе осуществлено полное подавление несущей частоты входного сигнала, так как в нем обеспечивается возможность контроля настройки на режекцию по обеим квадратурным компонентам несущей. Полное подавление несущей позволило увеличить усиление слабого информативного сигнала с выхода режекторного фильтра и обеспечить тем самым возможность демодуляции малых флуктуации параметров входного сигнала. Одновременно в разработанном демодуляторе осуществлено разделение квадратурных компонент усиленного информативного сигнала и раздельная демодуляция этих компонент с помощью опорных сигналов при постоянном амплитуднофазовом соотношении между информативным и опорным сигналами. Это, в свою очередь, позволяет исключить влияние паразитной модуляции входного сигнала за счет флуктуации амплитуды гетеродина и уменьшить взаимную нестабилвность опорного и информативного сигналов, а также получить одновременную и раздельную информацию о флуктуациях амплитуды, скорости изменения амплитуды, частоты и фазы входного сигнала демодулятора из одного и того же усиленного информативного сигнала. Таким образом, в разработанном демодуляторе обеспечивается расширение динамического диапазона при измерении флуктуации амплитуды, скорости изменения амплитуды, частоты и фазы квазигармонического сигнала.

ДЕМОДУДЫТОР, преимущественно для устройств измерения флуктуационных характеристик сигналов автогенераторов, содержащий последовательно соединенные режекторный фильтр второго порядка, вход которого является входом демодулятора, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый фазочувствитёльный выпрямитель, выход которого является выходом сигнала, пропорционального флуктуациям частоты квазигармонического сигнала, последовательно соединенные делитель напряжения, второй смеситель и второй усилитель промежуточной частоты гетеродин, выход KOToptoro соединен с опорными входами первого и второго смесителей, а также фазовращатель, о тличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона в область малых сигналов, при измерении флуктуации амплитуды частоты, фазы и скорости изменения амплитуды квазигармонического сигнала, введены первый интегратор, вход которого подключен к выходу первого фазочувствительного выпрямителя, и последовательно соединенные второй фазочувствительный выпрямитель, вход которого соединен с входом первого фазочувствительного выi прямителя, и второй интегратор, выход второго усилителя промежуточ(Л ной частоты подключен через фазовращатель и непосредственно соответственно к опорНЕом входам первого и второго фазочувствительных выпрямителей, а вход делителя напряжения подключен к входу демодулятора, при этом выходы первого, второго интеграторов и второго фазочувствительного выпрямителя являются соответственно ел выходами сигналов, пропорциональных 4 флуктуациям фазы, амплитуды и скорости изменения амплитуды квазигар00 монического сигнала.