Фильтр Советский патент 1984 года по МПК H03H17/02 

Изобретение отно сится к радиотехнике и может быть использовано в радиоэлектронных средствах различного назначения, например в радиоприемных устройствах. Известна система фильтрации с возвратным гетеродинированием и восстановлением несущей частоты, содер жащая два смесителя, вспомогательный гетеродин и фнпьтр основной селекции С помощью первого смесителя и вспомогательного гетеродина фильтруемый сигнал переносится в полосу пропускания фильтра основной селекции, выполненного, например, на поверхностных акустических волнах Отфильтрованный сигнал переносится на исходную несущую частоту с помощью второго смесителя и вспомогательного гетеродина. Частота вспомогательного гетеродина определяет центральную частоту всей системы и может перестраиваться. Амплитудно-частотная характеристика системы фильтрации определяется амплитудно-частотной ха- рактеристикой фильтра основной селек J. Недостатком такой системы является сложность оперативной перестрой ки амплитудно-частотной характеристики. Наиболее близким к изобретению является фильтр, содержащий входной и выходной смесители, первый и второ дисперсионные фштьтры, первый ключ, последовательно соединенные первьй формирователь импульсов, к выходу которого подключен элемент задержки, и первый линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) гетеродин, а также второй ЛЧМ гетеродин Г2J. С помощью первого смесителя ЛЧМ гетеродина и дисперсионного фильтра осуществляется преобразование Фурье .входного сигнала. Сигнал,.соответствующий преобразованию Фурье, стробируется во времени с помощью первого ключа. Временное положение, длительность и форма строба определяют, какие частотные составляющие сигнала пропускаются или режектируются. Зате с помощью вторых дисперсионного филь ра, смесителя и ЛЧМ гетеродина выпол няется обратное преобразование Фурье и отфильтрованный сигнал восстанавли вается. Оба ЛЧМ гетеродины запускают ся импульсами, поступакяцими от источ ника импульсов, причем на первый гетеродин импульсы поступают непосред17 ственно, а на второй - через элемент задержки. Точность восстановления сигнала зависит от того,, насколько точно совпадают моменты прихода на второй смеситель обрабатьгеаемого сигнала и радиоимпульса со второго ЛЧМ гетеродина.. Если эти моменты времени не совпадают, то возникают искажения выходного сигнала, которые проявляются в виде паразитной фазовой манипуляции сигнала и изменении его несущей частоты. Время задержки сигнала в первом и втором дисперсионных фильтрах зависит от температуры окружающей среды. Изменения температуры приводят к появлению искажений сигналов на выходе фильтра Г2 3Недостатком известного устройства является наличие искажений полезного сигнала при изменениях температуры окружающей среды. Целью изобретения является уменьшение нелинейных искажений. Поставленная цель достигается тем, что в фильтр, содержащий входной и выходной смесители, первый и второй дисперсионные фильтры, первый ключ, последовательно соединенные первый формирователь импульсов, к выходу которого подключен элемент задержки, и первый ЛЧМ гетеродин, а также второй ЛЧМ гетеродин, введены последовательно соединённые первый генератор контрольного сигнала, первый сумматор, первьй амплитудный детектор, первый узкополосной фильтр и делитель частоты, выход которого подключен к входу первого формирователя импульсов, первый дополнительный смеситель, включенный между выходом первого ЛЧМ гетеродина и гетеродинным входом входного смесителя, второй вход которого подключен к выходу первого генератора контрольного сигнала, последовательно соединенные регулируемый элемент задержки и формирователь импульсов с регулируемой длительностью, включенные между выходом первого формирователя импульсов и управляющим входом первого ключа, второй сумматор, включенный между выходом входного смесителя и входом первого дисперсионного фильтра, первый режекторный фильтр, включенный между выходом первого дисперсионного фильтра и входом первого ключа, третий сумматор, включенный между выходом ключа и входом второго дисперсионного фильтра. второй узкополосный фильтр, включенный между выходом первогодисперсной ного фильтра и вторым входом третьего сумматора, третий узкополосный фильтр, включенный между выходом пер вого дисперсионного фильтра и третьим входом третьего сумматора, последовательно соединенные второй амплитудный детектор, четвертый узкополосный фильтр, второй формировател импульсов и второй ключ, управляющий вход которого подключен к выходу эле мента задержки, а выход - к входу второго ЛЧМ гетеродина, второй режек торный фильтр, включенный между выходом второго дисперсионного фильтра и входом выходного рмесителя, а также второй дополнительный смесител включенный между выходом второго ЛЧМ гетеродина и гетеродин1а)1м входом выходного смесителя, и второй генератор контрольного сигнала, подключенный к второму входу сумматора. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного фильтра на фиг. 2 и 3 - частот но-временные диаграммы (ЧВД) сигналов в различных точках предложенного устройства, Фильтр содержит входной смеси.тель 1, выходной смеситель 2, первый ЛЧМ гетеродин 3, второй ЛЧМ гетеродин 4, элемент 5 задержки, первый дисперсионный фильтр 6, второй дисперсионный фильтр 7, первый ключ 8, первьй генератор 9 контрольного сиг нала, второй генератор 10 контрольного сигнала, третий смеситель 11, первый сумматор 12, второй сумматор 13, первый амплитудный детектор 14, первый узкополосный фильтр 15 делит-ель 16 частоты, первый формирователь 17 импульсов, первый режекторный фильтр 18, третий сумматор 19 второй узкополосный фильтр 20, третий узкополосный фипьтр 21, второй амплитудный детектор 22, четвертый узкополосный фильтр 23, второй форми рователь 24.импульсов, второй ключ 25 пятый узкополосный фильтр 26, четвер тый смеситель 27, В1орой режекторный фильтр 28, регулируемый элемент 29 задержки, формирователь 30 импульсов с регулируемой длительностью. Предлагаемый фильтр работает еледующим образом. Входной сигнал поступает на сигнальный .вход входного смесителя 1.. Допустим, что входной сигнал имеет прямоугольный спектр в полосе частот Л . ЧВД такого сигнапа приведена на фиг. 2а. На гетеродинный вход входного смесителя 1 поступает последовательность ЛЧМ радиоимпульсов. ЧВД этой последовательности приведена на фиг. 2в. ЛЧМ радиоимпульсы формируются первым ЛЧМ гетеродином 3, на запускающий вход которого поступают импульсы запуска (фиг. 2б) с выхода первого формирователя 17 импульсов. Девиация частоты ЛЧМ радиоимпульсов iff- выбирается из условия Л lf. С выхода первого ЛЧМ гетеродина 3 радиоимпульсы поступают на сигнальный вход третьего смесителя 11. На гетеродинный вход третьего смесителя 11 поступает непрерывный гармонический сигнал частоты f с выхода первого генератора 9 контрольного сигнала. Преобразованные по частоте ЛЧМ радиоимпульсы с выхода третьего смесителя 11 поступают, на гетеродинный вход первого смесителя 1. Входной сигнал в входном смесителе 1 получает ЛЧМ (фиг. 2г) и поступает на второй сумматор 13. На другой вход второго сумматора 13 с выхода первого сумматора 12 поступает сумма двух непрерывных гармонических контрольных сигналов частот f и , которые формируются в первом генераторе 9 и во втором генераторе 10 контрольного сигнала. С выхода второго сумматора 13 сумма преобразованного полезного и контрольных сигналов поступает на первый дисперсионный фильтр 6. Рассмотрим прохождение через устройство полезного сигнала и суммы контрольных сигналов. Полезный сигнал на входе первого дисперсионного фильтра 6 имеет ширину спектра .- й. Полоса пропускания первого дисперсионного фильтра 6 выбирается из условия Д;Ефд , а крутизна линейной дисперсионной характеристики - равной по величине скорости перестройки частоты ЛЧМ радиоимпульсов и противоположной ей по знаку. Сигнал на выходе первого дисперсионного фильтра 6 представляет собой преобразование Фурье реализации входного сигнала, выделенной гетеродинным ЛЧМ радиоимпульсом. Зависимость спектральной плотности этой реализации от частоты

сводится к зависимости комплексной амплитуды сигнала на вьщоде первого дисперсионного фильтра 6 от времени, линейно связанного с частотой.

Амплитудно-частотный спектр реализации может быть определен в результате амплитудного детектирования сигнала на выходе первого диспврсионного фильтра 6 (фиг. 2д) , а фазочастотный спектр - в результате фазового детектирования.

Сигналы различных частот присутствуют на выходе первого дисперсионного фильтра 6 в разные моменты времени. Поэтому для режектирования участ-15 и ка спектра сигнала достаточно закрыт первый ключ 7 на время, соответствую щее времени нахождения сигналов режектируемых частот на выходе первого дисперсионного фильтра 6. На первый ключ 8 полезный сигнал поступает с выхода первого дисперсионного фильтра 6 через первый режекторный фильтр 18, который режектирует контрольные сигналы частот цр и кс, Первый ключ 8 управляется сигналом, поступающим с выхода формирователя 3 импульсов с регулируемой длительностью. Последний запускается импульсом запуска лервого ЛЧМ гетеродина, задержанным регулируемым элементом 29 задержки (фиг. 2е). Ширина режектируемого участка спектра определяется длительностью импульса Т. формирователя 30 импульсов с регулируемой дли тельностью. Средняя частота режектируемого участка определяется временем задержки Т. регулируемого элемента 29 задержки. С выхода первого ключа 8 сигнал (фиг. 2ж) поступает на второй дисперсионный фильтр 7 через третий сумматор 19. Параметры первого и второго дисперсионных фильтров одинаковы, а знаки крутизны дисперсионных характер.истик проти воположны. На выходе второго дисперсионного фильтра 8 полезный сигнал снова получает ЛЧМ (фиг.- 2з) и через второй режекторный фильтр 28, полностью идентичный первому режекторному фильтру 18, поступает на сигнал ньй вход второго смесителя 2. На гетеродинный вход выходного смесителя 2 поступает последовательность ЛЧ радиоимпульсов, сформированная вторым ЛЧМ гетеродином 4 (фиг. 2к) и преобразованная по частоте в четвертом смесителе 27. Второй ЛЧМ гетеродин 4 запускается импульсами запуска с выхода второго ключа25. Параметры последовательностей ЛЧМ радиоимпульсов, формируемых п-ервым и вторым ЛЧМ гетеродинами идентичны. В выходном смесителе 2 происходит демодуляция поступающего на него полезного сигнала и он восстанавливается до первоначального состояния. Однако в спектре полезного сигнала отсутствуют режектированные спектраль - ные составляющие. Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется фильтрация полезного сигнала. От точности совпадения начальных фаз моментов прихода полезного сигнала и ЛЧМ радиоимпульсов на выходной смеситель 2 зависит точность восстановления полезного сигнала. Для фазировки и выравнивания времени прихода сигналов на входе выходного смесителя 2 в предлагаемом устройстве используются контрольные сигналы, которые формируются первым и вторым генераторами контрольного сигнала. Сумма контрольных сигналов с выхода первого сумматора 12 поступает на первый амплитудный детектор 14, на выходе которого первый узкополосный фильтр 15 выделяет огибающую упомянутой суммы, которая представляет собой гармонический сигнал частоты О Фиг. За). С помощью делителя 16 частоты частота последнего сигнала делится в N раз с тем, чтобы его период совпадал с необходимым периодом повторения импульсов запуска ЛЧМ гетеродинов (фиг. 36). В момент перехода сигна- . лом через нулевое значение первый формирователь 17 импульсов вырабатывает видеоимпульсы длительности 1/fо (фиг. Зв).Передним фронтом этого импульса запускается первый ЛЧМ гетеродин. Сумма контрольных сигналов с выхода первого сумматора 12 поступает на один из входов второго сумматора 13 и с выхода последнего вместе с полезным сигналом поступает на первый дисперсионньй фильтр 6. Частоты { н f контрольных сигналов выбираются равными верхней и нижней частотам полосы пропускания первого и второго дисперсионных фильтров. Разность частот контрольных выбирается из услосигналоввий f Q л{ 1-4 р с тем, чтобы легко можно бьшо разделить полезный сигнал и сумму контрольньк сигналов. На выходе первого дисперсионного фильтра 6 контрольные сигналы вьщеляются вторым узкополосным фильтром и третьим узкополосным фильтром 21 и в третьем сумматоре 19 снова складываются с полезным сигналом, прошедшим через первый режекторный фильтр 18 и первый ключ 8. Создание отдельных цепей для прохождения контрольных сигналов необходимо для исключения влияния стробирования сигналов в первом ключе 8 на работу цепей фазировки и вьфаботки сигналов запуска второго ЛЧМ гете родина 4. С выхода третьего сумматора 19 полезный сигнал и сумма контрольных сигналов поступают на второй дисперсионный фильтр 7. На выходе второго дисперсионного фильтра 7 с помощью второго амплитудного детектора 22 и четвертого узкополосного фильтра 23 выделяется огибающая суммы контрольных сигналов частоты f (фиг. Зд) . В моменты перехода сигналом нулевого значения второй формирователь 24 импульсов вырабатывает видеоимпульсы (фиг.Зе), поступающие на второй ключ 25. На управляющий вход второго ключа 25 поступает импульс запуска первого jTiM гетероди на 3, прошедший через элемент 5 задержки (фиг. Зг). Величина задержки выбирается такой, чтобы прошедший через второй ключ импульс с выхода второго формирователя 24 импульсов осуществил запуск второго ЛЧМ гетеродина 4 в момент прихода на выходной смеситель 2 полезного сигнала. При изменении температуры изменяется время задержки первого и второго дисперсионных фильтров. Это вызывае изменение момента времени поступления полезного сигнала на выходной смеситель 2. Но при этом на такую ж величину изменится момент прихода н второй формирователь 24 огибающей с мы контрольршх сигналов (фиг. 2д, штриховая линия) и момент выработки запускающего импульса внутри интерв ла, определяемого длительностью импульса на управляющем входе второго ключа 25 (фиг. 2е, ж, штриховые линии). Ллительность этого импульса равна Г- V{(., и совпадает с перио дом огибающей суммы контрольных сиг налов, чтобы обеспечить прохождение только необходимого импульса. Таким образом, моменты прихода полезного сигнала на второй смеситель 2 и момент запуска второго ЛЧМ гетеродина 4 совпадают независимо от изменения температуры окружакнцей среды. Для точного восстановления полезного сигнала необходимо сфазировать полезный сигнал и ЛЧМ радиоимпульсы, поступающие навторой смеситель. Для выполнения фазировки в предлагаемом устройстве с помощью одного из контрольных сигналов, например сигнала частоты . вьтолняются дополнительные преобраз ования частоты ЛЧМ радиоимпульсов, формируемых первым и вторым ЛЧМ гетеродинами. На входной смеситель 1 ЛЧМ радиоимпульсы первого ЛЧМ гетеродина 3 поступают через третий смеситель 11, на гетеродинный вход которого поступает сигнал частоты f. с выхода первого генератора 9 контрольного сигнала. В результате преобразования к начальной фазе ЛЧМ радиоимпульсов прибавляется начальная фаза контрольного сигнала. Начальная фаза полезного сигнала на выходе входного смесителя 1 равна сумме начальных фаз самого сигнала с - ЛЧМ радиоимпульса Чг контрольного сигнала . На входе выходного смесителя 2 начальная фаза полезного сигнала отличается от Ч на величину i/. ф , обусловленную прохождением через первыу и второй дисперсионные фильтры 6 и 7 %.,дф. ЛЧМ радиоимпульсы, сформированные вторым ЛЧМ гетеродином 4, поступают на выходной смеситель 2 через четвертый смеситель 27, на гетеродинньпЧ вход которого поступает контрольный сигнал частоты Чкс вьзделенный пятым узкополосным фильтром 26 на выходе второго дисперсионного фильтра 7. Начальная фаза контрольного сигнала . на выходе пятого узкополосного фильтра 26 равна ij - и + и кс А в результате преобразования начальная фаза гетеродинного напряжения на входе второго смесителя равна .-..... Начальная фаза полезного сигнана выходе второго смесите/ч л. If ЛЯ 2 равна разности начальных фаз f и -ifj полезного и гетеродинного налов Таким образом, начальная фаза полезного сцгнапа на выходе частотного фильтра не зависит от начальных фаз гетеродинных и контрольных сигналов. Предложенное построение частотного фильтра обеспечивает автоматическое выравнивание начальных фаз и времен прихода i сигналов на второй смеситель 2, что сводит к минимуму искажения полезного сигнала. С помощью суммы контрольных сигналов осуществляется непрерывное измерение суммарного времени группового запаздывания первого и второго дисперсионных фильтров и по результатам измерений автоматически корректируется момент запуска второго ЛЧМ гетеродина 4.

ФРШЬТР,содержащий входной и выходной смесители, первый и второй дисперсионные фильтры, первый ключ, последовательно соединенные первый формирователь импульсов, к выходу которого подключен элемент задержки, и первьй линейно-частотно-модулированньй (ЛЧМ) гетеродин, a также втогрой ЛЧМ гетеродин, о т л и ч a ющ и и с я тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, в него вйедекы последовательно соединенные первый генератор контрольного сигнала, первый сумматор, первый амплитудный детектор, первый узкополосный фильтр и делитель частоты, выход которого подключен к входу первого формирователя импульсов, первый дополнительный смеситель, включенный между выходом первого ЛЧМ гетеродина и гетеродинным входом входного смесителя, второй вход которого подключен к выходу первого генератора контрольного сигнала, последовательно соединенные регулируемый элемент задержки и формирователь импульсов с регулируемой длительностью, включенные между выходом первого формирователя импульсов и управляющим входом первого ключа, второй сумматор, включенный между выходом входного смесителя и входом первого дисперсионного фильтра, первый режекторный фипьтр, включенный между выходом первого дисперсионного фильтра и входом первого ключа, третий сумматор, включенный между выходом ключа и входом второго дисперсионного фильтра, второй узкополосный фильтр, включенный iмежду выходом первого дисперсионного фильтра и вторым входом третьего сумматора, третий узкополосный фильтр, включенный между выходом первого дисперсионного фильтра и третьим входом третьего сумматора, последовательно соединенные второй амплитудный Детектор, четвертый узкополосный фильтр, второй формирователь импульсов и второй ключ, управляющий вход которого подключен к выходу элемента задержки, Од а выход - к входу второго ЛЧМ гетеродина, второй режекторный фильтр, вклюсл ченный между выходом второго диспер сионного фильтра и входом выходного смесителя, а также второй дополнительный смеситель, включенный между выходом второго ЛЧМ гетеродина и гетеродинным входом выходного смесителя, и второй генератор контрольного сигнала, подключенный к второму вkoдy первого сумматора.

5%/г/

Фиг. 2