Устройство для стабилизации средней частоты частотно-модулированного сигнала Советский патент 1988 года по МПК H03L7/00 

13

Изобретение относится к технике частотной модуляции и может быть ис пользовано для получения частотно-мо дулированного (ЧМ) сигнала с высоко- стабильной средней частотой из час- тотно т4одулированного си гнала с не стабильной средней ;Частотой.

Целью является повышение стабиль- ности средней частоты ЧМ -сигнала,

На чертеже представлена структур- ная электрическая схема предложенно- го устройства.

Устройство для стабилизации сред- ней частоты ЧМ- сигнала содержит первый смеситель 1, стабилизированшй автогенератор 2, первую линию 3 задержки, второй смеситель 4, узкопо- лосный фильтр 5, третий, четвертый и пятый смесители 6, 7 и 8,вторую ли- нию 9 задержки, шестой и седьмой смесители 10 и П, резонансный усилитель 12, фазовый детектор 13 и управляемый генератор 14.

Устройство (с учетом того, что вс

смесители - однополосные) работает следующим образом.

Первый смеситель. 1, стабилизированный автогенератор 2, первая линия 3 задержки и второй смеситель 4 образуют устройство с прямым вычитанием девиации (ПВД), которое на входе узкополосного фильтра 5 формирует из исходного ЧМ-сигнал1а сигнал с фазовой модуляцией и уменьшенной девиацией. Узкополосный фильтр 5, настро- енный на частоту колебаний.стабилизи poipaHHoro автогенератора 2, пропускает зти колебания на выход, фаза этих колебаний изменяется по закону изменения (из-за нестабильности частоты несущей входного ЧМ-сигнала. Составляющие частотные спектры полезного сообщения через узкополосный фильтр 5 не. проходят.

Третий 6, четвертый 7, шестой 10 и седьмой 11 смесители, вторая линия 9 задержки, резонансный усилитель 12 фазовый детектор 13 и управляющий генератор 14 составляют обратный преобразователь из фазовой модуляции в частотную, который также восстанавливает девиацию для составляющих спектра, прошедших узкополосный фильтр 5. На выходе пятого c iecитeля 8 проис

0

5

0

поступает сигнал, модулированный по частоте. Для простоты рассмотрения примем, что модуляция осуЕ1ествляется синусоидальным током.

Ug (t) и cos («о +bojt + + m sinnt,(1)

где Qg - несущая частота входного ЧМ

сигнала;

Л СО ц - нестабильность несущей частоты входного сигнала;

индекс частотной модуляции;

лсо

Q

девиация частоты;

частота модулированного с игнала.

На выходе первого смесителя 1 выделяются колебания суммарной частоты и поэтому на второй вход второго сме-- сителя 4 поступает сигнал

UCM, U(. cos (оЭо+ЛСОн+COCA)t + . + m sinfzCt -t-,, ) - (Op + AcoJT,,,+

Ч сй,

(2)

где

0„ Hq.

Си

частота и начальная фаза колебаний стабилизированного автоге нератора 2 соответственно;

- время запаздывания в первой линии 3 задержки.

На выходе второго смесителя 4 выделяются колебания разностной частоты.

5

0

и

см г

.

,t + 2

ii«--it m sin ---

xcosS2(t --2-) - ().t:4 «}(3)

С выхода второго смесителя 4 колебания (3) поступают, на узкополосный фильтр 5, настроенный на частоту , на выходе которого сигнал имеет вид

и

П

UCMZ af cos

+йИн ) j, + ,

ЧА - (с

(4)

где К „а, - коэффициент передачи узко- полосного фильтра.

Фазовый сдвиг колебаний на выходе узкополосного фильтра 5 при точной настройке на частоту QCA будет таким же, как и на его входе.

С выхода стабилизированного автогенератора 2 колебание поступает также на первый вход четвертого сме

Изобретение относится к технике ЧМ и повышает стабильность средней частоты ЧМ-сигнала. Частота автоколебаний а кольцевом соединении,.образованном четырьмя смесителями 7, 6, 10 и II и резонансным у-лем 1 2,1 выход которого подключен к второму входу сме сителя 7, в процессе работы устройства остается неизменной и равной частоте стабилизированного автогенератора (САГ) 2. Стабильность вынужденных автоколебаний будет определяться в основном стабильностью частоты САГ 2, который может быть выпол нен кварцевым. Точность преобразования ФМ, вызванной нестабильностью средней частоты ЧМ-сигна ла, в ЧМ зависит от стабильности выходных колебаний, поэтому в качестве управляемого генератора 14 целесообразно использовать управляемый кварцевый г-р. Предлагаемое устройство не менее,чем на порядок повышает стабильность средней части выходного ЧМ-сигнала. I ил. е (Л

ходит компенсация нестабильности не- 55 сителя 7, выход которого соединен с

сущей частоты входного ЧМ-сигнала.

Действительноэ на вход устройства и на первый вход второго смесителя 4

входом третьего смесителя 6, на второй вход которого поступает колебание с выхода узкополосного фильтра 5.

10

С выхода третьего смесителя 6 коле бание поступает на вход шестого сме- сителя 10, выход которого соединен с входом седьмого смесителя 11, на вто- рой вход которого поступает колеба ние с выхода управляемого генерато ра 14. Одновременно с этим колебания с выхода управляемого генератора 14 через вторую линию 9 задержки посту пают на второй вход шестого смесите ля 10. С выхода седьмого смесителя 1 1 колебания поступают на вход резо- нансного усилителя 12, выход которо- го соединен с вторым входом четверто - го смесителя 7. Включенные .в кольце вое соединение смесители 7, 6, 10, 11 и резонансный усилитель 12 образуют автоколебательную систему, в которой в стационарном состоянии при вьтол - нении условий баланса фаз и баланса амплитуд существуют устойчивые кЬле бания с частотой, равной частоте стабилизированного автогенератора со . На входы фазового детектора 13 посту -25 пают колебания одинаковой частоты, поэтому управляющее напряжение на его выходе равно нулю и частота уп равляемого генератора 14 равна нальному (начальному) значению Оц . jn В последовательно соединенных смеси телях 7 и 6 происходит возврат-ное ге- теродинирование колебаний,при этом на выходе смесителя- 7 вьщеляется колеба-

20

ние с частотой 2СОр , равной сумме частот колебаний, поступающих на его входы. На выходе смесителя 6 вьщеля- ется колебание с частотой О. , равной разности частот колебаний, поступаю щих на его входы. В результате вратного гетеродинирования на выходе третьего смесителя 6 выделяется бание, сдвинутое по фазе относитель но колебания на выходе резонансного усилителя 12 на величину лср

35

40

45

В стационарном режиме на выходе управляемого генератора 14 существу ет колебание с номинальной частотой О„го , соответствующей высокостабиль ной несущей частоте СОд входного кала.

В динамическом режиме при наличии реального входного ЧМ -сигнала с не стабильной несущей происходит измене ние вносимого фазового сдвига &(р, частота колебаний в автоколебательной системе, образованной включенными в

- (QJ +йсОч ) o j, (где фазовыйкольцевое соединение блоками 7, 6,

сдвиг колебания в цепях фильтрации10, 11 и 12,отклоняется относительно

смесителей 6 и 7). В последовательнономинального значения, так как

соединенных смесителях 10 и 11 такжевне баланса фаз выполняется на дру происходит возвратное гетеродинирова гой частоте. На выходе фазового ние колебаний, причем на выходе 50 тектора 13 при этом появляется управ - того смесителя 10 выделяется колеба

ние с частотой, равной сумме ( +о„ ) частот колебаний, поступивших

ляющий сигнал, который поступает на управляющий генератор 14, и частота его изменяется на величину ftW так, на его входы. На выходе седьмого что условие баланса фаз в автоколе сителя 11 выделяется колебание с бательной системе, образованной

ками 7, 6, 10, 11 и 12 снова выполня - ется на частоте Oj- . Условие баланса

тотой (со,д ) , равной

разности частот колебаний, поступив ших на его входы. В результате воз

-фаз в этом случае принимает вид

вратного гетеродинирования на выходе седьмого смесителя 1 I выделяется лебание, сдвинутое по фазе относи тельно колебания на втором входе сителя 10 на величину йС( (-Рем«

-СОпго Tj, (или йср Ч с«„ +Qttro lS случае, если на выходе шестого смеси теля 10 вьщеляется разностная часто - та,а на выходе седьмого смесителя 11 вьщеляется суммарная частота), где o,j - время запаздывания сигнала во второй линии 9 задержки, ГpJ,„ - вый сдвиг колебания в цепях фильтра ции смесителей 10 и 11, Учитывая представленные выше фазовые соотноше ния, условие баланса фаз для автоко лебательной системы, образованной включенными в кольцевое соединение смесителями 7, 6, 10, 11 и резонанс ным усилителем 12, можно представить в виде

ifcM7 . -UOHT,, +Cf,,, -W.oS

+ KT(5)

или

V Ч е,

:MI

+ Kir,

где К 0, 1, 2, 3,... ;

фазовый набег колебаний в

fPt

зонансном усилителе.

В стационарном режиме на выходе управляемого генератора 14 существу ет колебание с номинальной частотой О„го , соответствующей высокостабиль ной несущей частоте СОд входного кала.

В динамическом режиме при наличии реального входного ЧМ -сигнала с не стабильной несущей происходит измене ние вносимого фазового сдвига &(р, частота колебаний в автоколебательной системе, образованной включенными в

кольцевое соединение блоками 7, 6,

-фаз в этом случае принимает вид

Рсм, . , +q c«,, (Unro +

-нло„, ) + 4 pa К1Г(6)

или

Q cM, , tfcM. (nro +

:+ьсопг)гг+Ч рс}

При этом величина фазовых сдвигов

,,.,i jffcMi. РЧ остается прак- тически неизменной. И выражений (5) |и (6) следует, что приращение часто.-- 1ты управляемого генератора 14, выз- ванное нестабильностью средней часто |Ты входного ЧМ сигнала, равна

U0«r

ыбрав

- йсо„ с г,

6,2

(7)

, получим АСО Лсо„

родавая колебания управляемого по н |частоте генератора 14 на второй вход Ьятого смесителя В, на выходе этого (смесителя получаем ЧМ: колебания с вы- {сокостабильной средней „частотой (о,,

) + fbfO.. -iU ) (С0„ -«„r).

-пго) + (ьЫн -Ш„) (too -Ы

пго

Таким образом, частота автоколе - Ьаний в кольцевом соединении, образо Ванном четырьмя (однополосными) сителями 7, 6, 10, II и резонансным: усилителем 12, выход которого подклхг |чен к второму входу четвертого смеси- теля 7, в процессе работы устройства Остается неизменной и равной частоте стабилизированного автогенератора 2. Следовательно, стабильность вынужденных автоколебаний в рассматриваемой автоколебательной системе будет оп ределяться в основном стабильностью частоты стабилизированного автогене- ратора, который может быть выполнен кварцевым. Кроме того, точность пре. образования фазовой модуляции, ванной нестабильностью средней частоты ЧМ- сигнала, в частотную сущест - венно зависит от стабильности ных колебаний, поэтому в качестве управляемого генератора 14 целесооб

0

5

0

25

30

35

40

45

разно использовать управляемый кварцевый генератор.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет не менее, чем на порядок повысить стабильность средней частоты выходного ЧМ -сигнала.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации сред- ней частоты частотно-модулированного сигнала, содержащее последовательно соединенные первую линию задержки, вход которой является входом устрой- ства, первый смеситель, другой вход которого подключен к выходу стабилизованного автогенератора, второй смеситель, другой вход которого подключен к входу устройства, узкополос- ный фильтр и третий смеситель, а также вторую линию задержки,четвертый смеситель, один вход которого подключен к выходу стабилизированного.автогенератора, и пятый смеситель,один вход которого подключен к входу устройства, а выход является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности средней частоты частотно-модулированного сигнала, между выходом третьего смесителя и другим входом пятого смесителя включены последовательно соединенные шестой смеситель, седьмой смеситель, другие входы которых подключены соответственно к выходу и входу второй линии задержки, резонансный усилитель, выход которого подключен также к второму входу четвертого смесителя, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом стабилизированного автогенератора, и управляемый генератор, выход которого подключен также к входу второй линии задержки, а выход четвертого смесителя соединен с вторым входом третьего смесителя.