Устройство для выделения квадратурных составляющих узкополосных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КВАДРАТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ узкопоЛрСНЫХ СЙГНАЗЮВ, содержавшее источник входного сигналау последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, временной дискретизатор, опорный вход которого подключен к генератору тактовых импульсов, и два канала обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные переключатель, сумматор и фильтр нижних частот, а также инвертор , вход которого соединен с . вторым выходом переключателя, о т личающееся -тем, что, с целью повышения точности выделения квсщратур, введены опорныйгенератор гармонического сигнала, последовательно , соединенные перемножитель и фильтр нижних частот, а также дополнительный переключатель, при этом сигнальный и опорный входы перемножителя подключены соответственно к источнику входного сигнала и опорному генер атору гармонического сигнала, выход фильтра i нижних частот подключен к сигнальному входу вреаленного дискретизато- (Л ра, входы дополнительного переключателя подключены соответственно к выходам временного дискретизатора , и генератора тактовых импульсов, а выходы - к атоллам входам переклю чателей каасдого из каналрв обработки сигналов, ъыхотл инверторов которых подключены к вторым входам сумматоров. ф СП СХ ОЭ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

3ЦВ Н 03 0 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

- К ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3296258/18-09 (22) 27.05.81 (46) 23.05.83. Бюл. Р 19 (72) В.И. Иноземцев, Ю.A. Козко, Н.В. Коротких, С.А ° Моргулев, Ю.Л. Пивоваров, A.C. Плетнев, Л.A. Садовский и С.Н. Смирнов (53.) 621. 376.4 088.8 j (56 ) 1. Жадзинский М. И. и др. Цифровые системы фазовой синхронизации. М., "Советское радио", 1980, с. 16, рис. 14.

2. Авторское свидетельство СССР

М 530419, кл. Н 03 .0 3/00, 1972 (прототип ) . (54) (.57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ

КВАДРАТУ РНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее источник входного сигнала, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, временной дискретизатор, опорный вход которого подключен к генератору так« товых импульсов, и два канала обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединен„„SU„„1019583 А йые переключатель, сумматор и фильтр нижних частот, а также инвертор, вход которого-соединен с вторым выходом переключателя, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности выделения квадратур, введены опорный-генератор гармойического сигнала, последовательно соединенные неремножитель и фильтр нижних частот, а также дополнительный переключатель, при этом сигнальный и опорный входы перемножителя подключены соответственно к источнику входного сигнала и опорному генератору гармонического сигнала, аыход фильтра нижних частот подключен к сигнальному входу временного дискретизатора, входы дополнительного переключателя подключены соответственно к выходам временного дискретизатора и генератора тактовых импульсов, а выходы — к вторым входам переклю,чателей каждого из каналов обработки сигналов, выходы инверторов которых подключены к вторым входам сумматоров.

1019583

Изобретение относится к радиотехнике, и может быть использовано в устройствах приема и обработки узкополосных радиосигналов.

Известен квадратурный преобразова- 5 тель, содержащий опорный генератор гармонического сигнала, два перемножителя, фазовращатель на 90 и два фильтра нижних частот.

Квадратурный преобразователь работает следующим образом. Исход10 ный узкополосный сигнал подается на. входы перемножителей. На другие .входы этих перемножителей с выхода опорного генератора гармонического сигнала подаются сдвинутые друг относи-; 15 .тельно друга на 90 гармонические напряжения, частота которых равна несущей частоте входного узкополосного колебания. После перемножения и фильтрации выходного сигнала пере- 2О множителей фильтрами нижних частот на выходе последних формируются квадратурные составляющие комплексной огибающей входного узкополосного сигнала $1). 25

Существенным недостатком известно. го квадратурного преобразователя является наличие двух перемножителей (смесителей ), неидентичность параметров которых приводит к появлению ошибок выделений квадратур сигнала.

Поэтому при регулировке этого преобразователя требуется тщательная калибровка параметров перемножителей с целью достижения возможно большей близости их параметров. Кро- 5 ме того, необходимость обеспечения заданной точности выделения квадратур накладывает жесткие требова, ния на характеристики дрейфа параметров перемножителей во времени. . 40

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является. устройство для выделения квадратур-1 ных составляющих узкополосного сигнала, содержащее источник входного сигнала, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, временной дискретизатор, опорный вход которого подключен к генератору тактовых имйульсов, и два канала обработки сигналов, каждый иэ которых содержит ! последовательно соединенные переклю-. чатель, сумматор и фильтр нижних частот,.а также инвертор, вход которого соединен с вторым входом переключателя f2).

Основной операцией, осуществляемой известным устройством является образование двух сдвинутых друг относительно друга по фазе иа 90 ка- 60 нальных сигналов. Указанный сдвиг фаз осуществляется фазовращателем, . который должен добавлять во входной сигнал требуемую фаэовую добавку.

Особенностью обработки узкополосного 65 сигнала, характеризующегося значительной .шириной спектра занимаемых частот, является необходимость сдвига на 90 одновременно всех его спектральных составляющих. Подобная операция математически может быть осуществлена преобразованием, называемым интегральным преобразованием Гильберта. Техническая реализация преобразования Гильберта в строгом смысле невозможна так как соответствующее устройство, как известно, является физически нереализуе1мым, обладает бесконечной импульсной характеристикой и, как следствие, требует введения бесконечной задержки выходного сигнала относительно входного, Таким образом, использование стандартного фаэовращателя для внесения в узкополосный сигнал фазового сдвига в известном устройстве связано с внесением в формируемые HM квадратурные составляющие сигналы систематической ошибки, обусловленной погрешностями фазового сдвига спектральных составляющих частоты, ие равной несущей частоте.

Целью изобретения является повышение точности выделения квадратур.

Цель достигается тем, что в устройство для выделения квадратурных составляющих узкополосных сигналов., содержащее источник входного сигнала последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, временной дискретизатор, опорный вход которого подключен к генератору тактовых импульсов, и два канала обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные переключатель, сумматор и фильтр нижних частот, а также инвертор, вход которого соединен со вторым выходом переключателя, введены опорный генератор гармонического сигнала, последовательно соединенные перемножитель и.фильтр . нижних частот, а также дополнительный переключатель, при этом сигнальный и опорный входы перемножителя подключены соответственно к источнику входного сигнала s,опорному генератору гармонического сигнала, выход фильтра нижних частот подкл6чен к сигнальному входу временного дискретиэатора входы дополнительного переключателя подключены соответственно к выходам временного дискретизатора и генератора тактовых импульсов, а выходы - к вторым входам переключателей каждого иэ каналов обработки сигналов, выходы инверто- ров которых подключены к вторым входам сумматоров.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для выделения квадратурных составляющих узкополос 1019583 ных сигналов, на фиг. 2 — внд спектра узкополосного сигналар на фиг.З эпюры, поясняющие работу устройства.

Устройство для выделения квадратурных составляющих узкополосных сигналов, содержИт йсточник 1 входного сигнала, последовательно соединенные генератор 2 тактовых им-, пульсов и-делитель 3 частоты, вре менной дискретизатор 4, опорный вход которого подключен к генерато- 10 ру 2 тактовыми импульсов, и дэа канала 5 и 6 обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные переключатель

7., сумматор 8 и фильтр 9 нижних частот, а также инвертор 10, вход которого соединен с вторым выхо-, дом переключателя 7,: опорный ген»ератор 11 гармонического сигнала, последовательно соедийенные перемножитель 12 -и фильтр 13 нижних частот, а также;дополнительный переключатель

14, при этом сигнальный и опорный входы.перемыожителя 12 подклвченысоответственио.к источнику 1 входно- 5 го сигнала ы опорному генератору 11 гармонического сигнала,. выкод фильтра 13 нижных частот подключен ксигнальному входу временного дискретизатора. 4,входы дополнительного пе-. реключателя 14 подключены соответст- -З0 веыыо к выходам временного дискреты затора 4 и генератора 2 тактовых им пульсов, а выходы - к вторым входам переключателей. 7.каждого из .каналов

5 и 6 обработки сигналов, выходы ин= 35 верторов 10 которых подключены к вторым входам сумматоров 8. Устройство работает следующим образом.

Узкополосный сигнал x(t), зада-: 40 ваемый соотношением х(Ц= а(Цсаэ (2ТЕоФ + q(+)), (1) где a(t), () - соответственно ам"плитуда -и фаза уз-. 45 кополосного сигна-ла, являющиеся . функциями медленно иэменякщимися во времени по сравнению с несущей частотой fo, t - время, поступающее на сигнальный вход перемножителя 12, на опорный вход которого с выхода опорного генератора

11 гармонического сигнала подается гармоника часто- 60

Ф ты Г .

Примерный вид спектра S(f) узкополосного сигнала x(t) представлен на фиг. 2а, где буквой F обозначе-, на величина ширины спектра сигнала.- 65

Эпюра напряжений сигнала x(t) представлена на фиг. Зси. В результате перемножения сигнала x(t) с гар-моникой cos 2ЛФ, и последующей фильтрации сигнала, полученного в результате перемножения фильтром 13 нижних частот- на его выходе образуется узкополосный сигнал с несущей частотой Г = Ео- Г . Значение промежуточной частоты F выбирается таким образом, чтобы спектр по-. лучающегося после гетеродинирования узкополосногб сигнала располагался на оси частот так, как показано на фиг. 2о, т.е. составляницие спектра на положительных и отрицательных частотах ы результате преобразования не перекрывались бы на нулевой частоте. Таким образом, на выходе .фильтра 13 нижних частот получаем сигнал х (Ф), определяемый как х(Ю = се(йсоэ (2УГ + (Ч). (2)

Зпвра сигнала х (Ц представлена на фиг. 30. Как видим-ширина спектра сигнала RH) составляет 2F Гц, поэтому при его дискретизации для выполнения условия -применимости теоремы Котельникова.ее надо про-изводить с периодом (3)

Последняя операция осуществляется времеыным дискретизатором 4.

Управление временным дискретизатором

4 осуществляется генератором 2 тактовых импульсов, управыяющые импульсы с которого следуют с дискретом

hYь (фиг. 3 Ь) . Ha выходе временного дискретиэатора 4 образуются импульсы напряжения, полярность и значение амплитуд которых соответствуют значениям отсчетов сигнала

pt(Ф} взятъак с дыскретом д g (фиг»Зъ).

Для дальнейшего пояснения приици".. па работы устройства заметим, что для значений отсчетов сигнала х (а С ), взятых с дискретом д Гс учетом вы« ражеыий (2).и (3), можно записать х ф»„ =П ЙС»(со»(» и» Ц )ьФ )=

=м ьЯ»»в(ч юЯ)»»» — л-a(Dv>)sing(de+) sln— гдеn =0,1,2, + о

Множители co span и s 1 n< n rr ггервой части Формулй (4) могут принимать только три. значения -1, О, +1;

1019583 лексной огибающей входного уэког олосного сигнала

p(t)=a(t)cos V(t);

g(t) <(t) з п V(t) (5)

5 а именно: (tl411 (и . (+Ja p)co9Pd 4„)f(-4) L 2 =р(л ь )(- )

a(ni )s

Таким образом,для выделения отсчетов искомых квадратур р(Ж„) и g (й П)

;необходимо,во-первых, разделить после- )5 довательиость импульсов ф(аЯна четные и нечетные и, во-вторых, инвертироность импульсов х (дь„)на четные и нечетные и, во-вторых, инвертировать знак напряжения второго импуль-: са соответственно последовательностей четных и нечетных импульсов.

Разделение последовательности импульсов x(ai на четные и нечетные осуществляется дополнительным переключателем 14, управляемыми сигналами, поступающими с выхода ганератора

2 тактовых импульсов. Последовательности импульсных сигналов, образующихся на выходах дополнительного переключателя 14 представлены на ЗО фиг. 3@„к . Каждая из укаэанных последовательностей поступает на вход переключателей 7 соответствующего канала 5 и 6 обработки. Переключате- ли 7,управляемые сигналами поступаю- 35 ми с делителями 3 частоты (фиг.3,3) разделяют последовательность четных и нечетных импульсов на две последовательности импульсов по правилу "первыйвторой" как показано на фиг. Зз,и,н,а На- 4+ пряжение импульсов, поступающих с второго выхода переключателей 7, инвертируются инвертором 10 (фиг.Зк, «) и складываются затем с последоваПоэтому, как следует иэ (4), значения отсчетов функции Х,(Ь Гп)по существу с точностью .до знака совпадают со значениями искомых отсчетов квадратурных составляющих комптельностью импульсов, поступающей с первого выхода переключателей 7 в сумматоре 8. Эпюры напряжений на выходе сумматоров 8 потоков представлены на фиг.ЗЛ,р. То обстоятельство, что на выходе сумматоров 8 отсчеты квадратурных компонентов компексной огибающей узкополосного сигнала формируются с дискретом

2аf, не ведет к потере какой-либо информации о доведении функций

p(t) H g(t), так как последние имеют спектр, ширина которого в два раза меньше спектра сигнала на входе временного дискретизатора 4 (фиг.2 В)

Поэтому при их дискретизации с периодом 2di условия переменимости теоремы Котельникова остаются выполненными. После фильтрации последовательностей импульсов, образующихся на выходе сумматоров 8 фильтров

9 нижних частот, с выхода последнего снимаются исковые квадратурные компоненты комплексной огибающей узкополосного сигнала (фиг.Зм,с).

Проведенные исследования опытного образца предлагаемого устройства показали, что его использование позвоуяет примерно в 1,5 раза (по мощности ) снизить уровень ошибок выделения квадратурных составляющих комплексной огибающей узкополосного сигнала.

1019583

Ж щ

-ГфО F Я

ФАЗ

Составитель Л. Ананьева

Редактор Н. Лазаренко Техред C.Nèãóíîâà Корректор О. Билак

Заказ 3723/50 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная,4

0 фиг.2

Д