Приемник частотно-модулированного сигнала Советский патент 1985 года по МПК H04B1/06 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при приеме сигналов с частотной модуляцией (ЧМ).

Цель изобретения - снижение величины порога при приеме широкополосного сигнала.

На чертеже представлена структурная электрическая схема приемника частотно-модулированного сигнала,

Приемник частотно-модулированного сигнала содержит первый смеситель 1, первый элемент 2 задержки, второй смеситель 3, опорный генератор 4, полосовой фильтр 5, первый фазовый модулятор 6, второй элемент 7 задержки, ограничитель 8, фазовый детектор 9, второй фазовый модулятор 10, третий элемент 11 задержки, сумматор 12.

Приемник частотно-модулированных сигналов работает следующим образом.

На вход приемника поступает ЧМ сигнал вида

U,(t) U,cos («gt + m,cosOobt)

(1) где и, - амплитуда сигналаi

несущая.частота сигнала;

индекс модуляции ЧМ сигнала;

2f

е

верхняя частота модулирующего полезного сообщения; t - время../

На втором входе первого смесителя 1 сигнал (1) оказывается сдвинут на частоту опорного генератора 4 (бОдп/2 f on ) и задержан на время задержки t. первым элементом 2.

U(t) (6Jo+tOon)t +

+ т,со8Г2в (t -нГ) + (2) где-О) г о .

Полосовым фильтром 5 можно выделить разностную компоненту от перемножения сигналов (1) и (2):

Uj(t) U,cos &Jont ( gt

В I . $ в лП/т

+ -f-Jsin -у- + COjcJ.(3)

Проанализируем выражение (З) с учетом конкретных значений f и Fg, которые реально могут использоваться в системах связи с частотной модуляцией. Допустим, что f9 1pO кГц

57в и Fg 10 кГц, тогда sin

должен

S

eiдля того, чтобы проравняться

11677392

изошло преобразование ЧМ сигнала в фазо-модулированный (ФМ).

Так как практически синус аргумента равен своему аргументу при 5 малых значениях, не превьпиающих

i7 /18, отсюда Т .4 1/18 F 5,5 мкс, и формулу (3) можно переписать в вице

U,(t) U,,costUon t +«3 sintogt-f

.-) -o,-.

(4)

В устройстве-прототипе сигнал зида (4) уяколопоср ый при значении (,,. G), ,что соответствует величине Си 1/211 fg . Практическиfc здесь должно составлять 0,1-0,2 мкс. За это время игумовая реализация на входе приемника фактически не изменяется. В данном случае при С 5,5 мкс в пределе, с учетом того, что постоянная времени ВЬЕХОДНОГО контура преселектора (не показан) -пр 1/ uf, где bf 2,5 fg , (opp 0,5 мкс), шумовая реализация .успевает измениться значительно, что фактически сво- дит к минимуму автокорреляцию шумов при перемножении их в первом смесителе 1, а это значительно снижает паразитную модуляцию н второй порог

приемника ЧМ с прямым вычитанием девиаций. Таким образом, при С . удается значительно снизить второй порог.

Однако при предельном С 5,5 мкс

5 индекс ФМ сигнала (4) становится ., G0g5 3,5, а это соответствует изменен1-по спектральной структуры, за счет расширения по сравнению с прототипом полосы ФМ сигнала н увеличению интенсивности шума, приводящей к увеличению прямого порога приемникас прямым вычитанием девиаций. Прототип не способен бороться с этим явлением, так

5 как подкачка ФМ сигнала осуществлялась чисто напряжением несущей, сильно искажающем спектр широкополосного ФМ сигнала.

С одной стороны, сигнал подкачки должен быть строго синфазен с несущей частотой ФМ сигнала и в несколько раз мощнее. Сигнал опорного генератора 4, прошедший второй элемент 7, выбирающий фазу й)2(4),

5 соответствует этим требованиям. С другой стороны, спектры детектируемого и подкачивающего сигналов должны быть одинаковы или во вся3

ком случае близки, чтобы не было искажений суммарного сигнала. Когда узкополосньй сигнал подкачивается напряжением несущей, это лишь уменьшает индекс модулированного сигнала, не искажая его спектральной структуры. Когда подкачивается широкополосный сигнал напряжением несущей, неизбежно произойдет искажение спектра.

Если же подкачать широкополосный сигнал таким же по структуре широкополосным сигналом, то нелинейных искажений можно избежать. При этом индекс модуляции останется прежним.

Промодулируем сигнал опорного генератора 4 полезным сообщением на первом фазовом модуляторе 6 с индексом 031 . Сигнал в этом случае на выходе первого фазового модулятора 6 имеет вид

) fttcos Qont +0max-i Bt+

+ ) +(0.0

/5

где 0 - отношение амплитуд сигналов опорного генератора 4 и сигнала с выхода полосового фильтра 5(4)

Q

- индекс ФМ, приблизительно

max „ равный и гпаи

Суммарный сигнал на входе ограничителя 8 с выхода сумматора 12, с учетом того, что об 1 можно описать выражением

5(t) (( 1) + (Q +

.,:) g. (bt ) ot+«

+ .(6)

Из этого выражения видно, что суммарный сигнал возрос в об + 1раз.

677394

Теперь, чтобы шумовым выбросам превысить сигналj нужно увеличить также, свою амплитуду не менее чем в oi + + 1 раз. Поскольку это маловероятно, 5 ограничитель 8 практически всегда работает в режиме сильного сигнала, т.е. когда паразитная амплитудная модуляция будет подавлена.

Таким образом, подкачка ФМ сигналом эффективно снижает первый прямой порог приемника при уменьшенном втором пороге за счет увеличенного индекса ФМ сигнала, образованного увеличением задержки первого

15 элемента 2 задержки.

Новый индекс модуляции ФМ сигнала вследствие близости индексов , приблизительно равен Qmajn т.е. 3,5, а нелинейные нскаже0 ния определяются разностью Sma;c)/8, т.е. малы.

Фазовая демодуляция сигнала (6) осуществляется сигналом опорного генератора на фазовом детекторе 9

5 при этом опорньй сигнал повернут на 90 с помощью третьего элемента 11 и промодулирован по фазе на втором фазовом модуляторе 10.

Таким образом, при выборе времеQ ни задержки при прямом сжатии сигнала в пределах l/21i . 1/18 Fj, удается несколько уменьшить полосу спектра частотно-модулиров кного сигнала с одновременным преобразованием его в &i сигнал с привязкой к частоте опорного генератора, при этом отсутствует автокорреляция шумов и второй порог. Осуществление подкачки ФМ сигналом эффективно снижает и первьй порог

схемы с прямым вычитанием девиаций.

12

W

«-Н

;/

ПРИЕМНИК,ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА, содержащий последовательно соединенные первый смеситель, вход которого является входом приемника, полосовой фильтр, сумматор, ограничитель и фазовьй детектор, выход которого является выходом приемника, соединенные последовательно опорный генератор, второй смеситель, другой вход которого соединен с входом приемника, и первый элемент задержки, выход которого соединен с другим входом первого смесителя, второй и третий элементы задержки, входы которых соединены с выходом опорного генератора, отличающийся тем, что, с целью снижения величины порога при приеме широкополосного сигнала, в него введены первый фазовый модулятор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго элемента задержки и другим входом сумматора, второй фазовый модулятор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом третьего элемента задержки и другим входом фазового детектора, модулирующие входы первого и втоСО рого фазовых, модуляторов соедине с ны с выходом приемника, величина задержки первого элемента задержки определяется соотношением 1/21 fa C I/tSFe , где Fft - верхняя спектра частотно-модулированного сигнала, iaдевиация частоты частотноиед7л«роваиного сигнала. 4j 00