ДИСКРИМИНАТОР ЧАСТОТЫ ДОППЛЕРА Советский патент 1971 года по МПК H03D3/06 

Изобретение относится к области радиотехники и может -быть вапользовано в дискримИНаторах сигналов частоты Долплера, которые образуются посредством отражения колебаний несущей частоты от движущегося объекта.

В известных дискриминаторах обычно практически слабый сипнал частоты Дотплера непосредствеННО сравнивается с сигналом несущей частоты. Это требует высокой стабилизации схемы, -но удовлетворительной точности измерений при этом, как правило, не достигается.

В предлагаемом дискриминаторе, с целью повышения стабильности характеристик, точности дискриминатора и упрощения схемы к разнооолярно включенным -на выходе фильтра диодам подключены два детектирующих каскада, выполненные, на1пример, по схеме с удвоением. Нагрузки каскадов соединены с общей шиной.

На фиг. 1 изображена схема дискриминатора; «а фИ1Г. 2 - векторная диаграмма налряжений; на фит. 3, 4 - диаграммы напряжений на выходе дискриминатора. Дискриминатор содержит фильтр /, детекторный каскад 2, конденсаторный каскад 3, усилительный каскад 4, каскад 5, состоящий из двух

детектирующих каскадов, выполненных, например, по схеме с удвоением, нагрузки которых соединены с общей ШИ|Ной.

На входные клеммы 6, 7 фильтра поступает сигнал высокой частоты, состоящий из сигнала несущей частоты и, по -крайней мере, одного сигнала Допплера, частота которого сдвинута относительно частоты несущего сигнала соответственно переменной или постояйной . скорости движущегося объекта, отражающего сигналнесущей частоты.

Фильтр / состоит, например, из катушек 8-10 индуктивности. Оси катушек расположены параллельно. Один конец катущки 9

1присоединен к кончу катушки 8, а другой- к средней точке 11 катущки 10. Катушка индуктивности 10 и конденсатор 12 образуют резонансный LC-контур, настроенный на несущую частоту, которая подается на клеммы

6, 7. Фильтр вмеет два выхода (точки А и В). Сигналы с 1ВЫХОДОВ фильтра поступают на входы двухканального детекторного каскада 2. В каждом канале этого каскада имеется по одному диоду 13 (14), причем диод одного

16, место соединения «оторых связаио с общей шиной.

Фильтр / Я1вляется двухканальным с нели-нейными характеристиками тропускаиия, одна из которых является шоложнтельной относительно одного 1канала, а другая - отрицательной относительно другого.

Элементы фильтра 1 настраиваются таким образом, чтобы сигналы, поступающие от отражающего объекта, который находится в покое, на выходе фильтра, в точках Л и 5, могли быть изображены посредством двух выходящих из общей точки О сдвинутых протввоположно по фазе векторов ОА и ОБ. Причем точки Л и Б Векторов лежат «а касающихся окружностях m и п, а вектор, соединяющий точки Л и В проходит через точку касания х этих окружностей.

Сигнал в точке Л и, следовательно, вектор ОА, содержат две составляющие. Первая составляющая ОХ--это наотряжепие сигнала в точке // схемы, совпадающее по фазе. Вторая составляющая ХА представляет собой , Сдвинутый По фазе -на 90° при прохождении через резонансный контур LC. Отсюда и ов ох+хв.

Если отражающий объект движется, и частота отраженного сигнала (сигнала Довплера) отклоняется от частоты несущего сигнала, то сигналы в точках Л и В изображаются векторами ОА, ОБ , .которые сдвинуты по фазе относительно векторов ОА, ОБ и точки Л, Б которых лежат «а окружностях тип, а разностный вектор Л1Б1 ироходит через точку X. Отсюда следует, Что, если ампяитуда сигнала ЛОвышается на одном из выходов фильтра (в точке Л или Б) при повышении частоты Допплера, то при этом На другом выходе амплитуда сигнала понижается.

С выходав фильтра сигналы несущей частоты и частоты Допюлера поступают на входы детекторного каскада 2, «а выходах которого (в точках С и Д) IB качестве продуктов модуляции воз«и1кают низкочастотные сигналы противоположной полярности. Как показано па фиг. 2, один (низкочастотный ситнал имеет абсолютное значение, соответствующее длине вектора ОА, а другой низкочастотный сигнал абсолютное значение, соответствующее длине Виктора ОБ . Возникающие в детекторном каскаде продукты модуляции содержат сигнал низкой частоты, значение которого пропорционально значению напряжения )высо1кой боковой частоты, подаваемой на детекторный каскад, а частота равна разности между несущей и боковой частотами. Поэтому при возрастающей частоте высокочастотной боковой полосы возрастает значение напряжения низкой частоты в точке С, в то время как падает значение напряжения низкой частоты в точке D. Когда падает частота высокочастотной боковой полосы, происходит обратное. Это соотнощение показано на фиг. 3 и 4, где обозначены частота Допплера через

/, несущая частота через fo, а абсолютное значеНие сдвига частоты Дацплера через lAf|.

Абсолютные Значения |ес и |ed «апряжеодий продукта модуляции низкой частоты в

точках С и D приведены на фиг. 3 и 4, в

функции абсолютной величины |Д/| сдвига

частоты Допплера.

Если движущийся объект приближается к приемной аитенне, то , а значение напряжения в точке С падает с уменьщающейся скоростью по линии от к 5. Одновременно растет напряжение в точке D вдоль лииии г5. Бели отражающее тело удаляется от антенны приемника, то , а Напряжение в точке С растет с уменьшающейся скоростью по линии г5, в то (время как напряжение в точке D надает по линии tS. Так как показанНые на фиг. 3 и 4 соотношения имеют форму буквы «К, то каскад 2 обозначается каК

К-детекторный каскад.

Частота напряжений вс и е продукта модуляции является НИЗ.КОЙ частотой для боковой частоты Допплера, удаленной до-вольно далеко от несущей частоты, но падает для

боковых частот вблизи несущей частоты на порОге низких частот и, наконец, при совпадении боковой частоты с несущей частотой доходит до нуля, то есть напряжения продукта модуляции становятся постоЯНными напряжениями. Таким образо-м, имеется информация сигнала Допплера в форме переменных напряжений оз точках С и Л, в то время как несущее напряжение выпрямляется в постояиное. Преобразование несущего напряжения

в постоянное имеет большое преимущество, так как несущий си)гнал обьшно намного мощней, чем сигнал Допплера, поэтому в из1вестных схемах дискриминатора слабые сигналы Допплера часто практически затухали.

TaiK как первоначальный сигнал несущей частоты преобразуется посредством каскада 2 в сигнал постоянного тока, то составляющие несущей частоты входного сигнала исключаются посредством конденсаторного

каскада 3 (каскада блокировки постоянного тока), который в простейшем варианте состоит из. двух последовательно включенных конденсаторов 17, 18. Па выходе каскада 3 стоит каскад 4 усиления низкой частоты. Так

как этот каскад практически блокирует очень низкие частоты вблизи уровня постоянного тока, то отреаки линий фиг. 3 и 4 вблизИ S и S в действительности Прерываются. Усилительный каскад 4 имеет усилитель 19 с конденсатором 20 на выходе и усилитель 21 с конде1нсатОром 22 на выходе.

Конденсаторы /,7у 18, 20, 22 и усилители низкой частоты 19, 21 не изменяют характеристик, показанных на фиг. 3 и 4 (не говоря

уже об упомянутых очень низких частотах), так ЧТО напряжения, поступающие на точки Е и Fi соответствуют напряжениям, на точках G и D на фиг. 3 и 4. С другой стороны, сдвиг Частоты Допплера Af пропорционален скороизображают также напряжения /в точках Е и в функции этой скорости.

Если движущийся объект лриближается со скоростью V, то ординаты (У и L/ изображают напряжения IB точках Е к F. Если этот объект удаляется с равномерной скоростью, то эти напряжения изображаются в точках Е л F лоюредством ординат W и W. Отсюда видно, что ( и разность тропорциональна v. Скорость v при этом может быть измерена лосредством разности на1пряжений в и f и для этой 1цели, как показаио на фит. 1, предусмотрен двухканальный каскад 6. Каскад 5 может быть БЫ-лолиен по обычной схеме, чтобы подавать .к выходным клеммам 23, 24 отдельное 1напрял ение, значение которого и полярность показывают, насколько велика скорость движущегося объекта и приближается он .или удаляется. Если имеется большое число движущихся объектов, которые перемещаются с различными скоростями, то на выходных клеммах 23, 24 получают преимущественно среднее квадратичное значение скоростей всех этих объектов.

Каскад 5 содержит два детектирующих каскада, выполненных, например, по схеме с удвоением. В первом каскаде предусмотрены выпрямители 25 и 26, резистор 27 и RC-«контур с резистором 28 и конденсатором 29.

Во втором .каскаде включены выпрямители 30, 31, резистор 32, RC-контур с резистором 33 и конденсатором 34.

Место соединения RC-контуров подключено к общей шиие. Данные параметров выбираются таким образом, чтобы «а клеммах 23, 24 получалось среднее квадратичное разностей входных напряжений.

Необходимо заметить, что обычные схемы и приспособления средней квадратичной величины могут быть заменены рассмотренным выше двухканальным дифференциальным каскадом. Напряжения IB точках и F могут, например, быть превращены в тепловую энергию, которая затем может быть измерена и выделена с помощью термоэлементов, для того чтобы получить выходной сигнал квадратичной средней величины.

Нзобретение преимущественно может быть иопользавано для измерения потока жидкости, частички которой отражают высокую частоту, при этом поступает большое число сигналов Допплера.

Обычно диаграмма жидкости проводника или трубы содержит полосы потоков различной скорости, (при этом скорость вблизи стенки трубы равна почти нулю, а около оси трубы наибольшая. Различные полосы потока воспроиз водят широкий опектор частоты Допплера и отсюда желательно комбинировать соответствующие измерительные составляющие таким образоМ, чтобы комбинация отображала весь поток. Имеющаяся в каждой составляющей мощность должна слагаться, что может быть зафиксировано электрически, .при этом образуется среднее квадратичное амплитуд составляющих (среднее квадратичное значение).

К-детекторный каскад может быть также использован и для диакриминаторов модулированной частоты (В приемниках станций дистанционной передачи и т. д. при модулированной частоте с одной боковой полосой. При подобном применении используется двухканальный каскад 5 для образования средней квадратичной величины. Следует отметить, что рассматривались и

-были (Выделены существенно новые признаки изобретения и описывалась предпочтительная конструкция дискриминатора. Однако различные признаки могут быть опущены, заменены или изменены, принимая во внимание, какая форма и какие узлы различных показанных приспособлений и .цепей тока имеются в виду, без отклонения от сущности изобретения.

Предмет изобретения

35

Дискриминатор частоты Допплера, содержащий фильтр на входе, состоящий из двух индуктивно .связанных катушек индуктивности и LC-контура, настроенного на несущую

частоту, к средней точке катушки индуктивности которого подключен конец одной из упомянутых катушек индуктивностей, а нагрузкой фильтра являются два разнополярно включенных диода с резисторами, соединенными с общей шиной, и два усилителя, отличающийся тем, что, 1C щелью (повышения стабильности характеристик, точности дискриминатора и упрощения схемы, к упомянутым диодам через конденсаторы подключены два

детектирующих каскада, выполненные, например, по схеме с удвоением, нагрузки которых также соединены с общей шиной. а V. Аг 0 uz 3 V f fuz 4