Устройство для анализа спектра непрерывного радиосигнала с широкополосной гармонической частотной модуляцией

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемной и измерительной аппаратуре. Цель изобретения - достоверное определение несущей и измерение индекса модуляции. Устройство содержит смеситель 1, частотно-модулированный гетеродин 2, генератор 3 модулирующего напряжения, узкополосные полосовые фильтры 4 и 8, амплитудно-фазовые детекторы 5, 9, 10 и 11, блок 12 формирования сигналов синхронизации и управления, входной ключ 13, вычислитель 14 и выходной ключ 15. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемной и измерительной аппаратуре.

Цель изобретения - достоверное определение несущей и измерение индекса модуляции.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема блока формирования сигналов синхронизации и управления.

Устройство содержит смеситель 1, частотно-модулированный гетеродин 2, генератор 3 модулирующего напряжения, узкополосный полосовой фильтр 4, детектор 5, дополнительные полосовые фильтры 6 - 8, дополнительные детекторы 9 - 11, блок 12 формирования сигналов синхронизации и управления, входной ключ 13, вычислитель 14, выходной ключ 15. Гетеродинный вход смесителя 1 соединен через гетеродин 2 с выходом генератора 3. Выход смесителя 1 через узкополосный полосовой фильтр 4 подключен к входу детектора 5. К выходу смесителя 1 через полосовые фильтры 6 - 8 подсоединены входы соответственно детекторов 9 - 11. Выходы всех детекторов 5, 9, 10 и 11 через входной ключ 13 подключены к соответствующим четырем входам вычислителя 14. Выходы вычислителя 14 соединены с сигнальными входами выходного ключа 15. Выходы полосовых фильтров 6 и 7 подключены к входам блока 12, опорные выходы которого соответственно подсоединены к другим входам детекторов 5,9,10 и 11. Коммутирующий выход блока 12 соединен с управляющими входами ключей 13 и 15 и с управляющим входом генератора 3. Другой выход генератора 3 подсоединен к пятому входу вычислителя 14.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывный сигнал после усиления в предварительном усилителе радиочастоты, обеспечивающем подавление зеркального канала, поступает на вход смесителя 1. Амплитуда этого сигнала предполагается постоянной (при приеме ЧМ-сигналов традиционно используют ограничение амплитуды). На гетеродинный вход смесителя 1 подается напряжение гетеродина 2, частота которого изменяется по ступенчатообразному закону напряжением, снимаемым с выхода генератора 3. Длительность каждой ступеньки превосходит время переходного процесса в полосовых фильтрах 4, 6, 7 и 8, а высота ступеньки равна известной частоте модуляции F_м. В течение каждой ступеньки в установившемся режиме на выходах полосовых фильтров 4,6,7 и 8 могут появиться соответствующие спектральные составляющие, так как центральные частоты указанных фильтров смещены относительно друг друга на F_м. При появлении колебаний на выходах полосовых фильтров 6 и 7 происходит их детектирование детекторами 16. Если продетектированное напряжение на обоих входах компаратора 17 одновременно превышает порог, то на выходе компаратора 17 появляется напряжение высокого уровня. Колебания с выходов полосовых фильтров 6 и 7 одновременно подаются на входы ключа 18. Если в компараторе 17 получено напряжение высокого уровня, то указанные колебания через ключ 18, управляемый компаратором 17, поступают на смеситель 19. Напряжение биений с частотой F_м с выхода смесителя 19 и одно из смешиваемых колебаний подаются на входы синтезатора 20 сетки частот. Полученные в синтезаторе 20 составляющие сетки частот с шагом F_м через блок 21 коррекции поступают на другие входы детекторов 5, 9, 10 и 11. В блоке 21 коррекции с помощью регулируемых аттенюаторов и фазовращателей при настройке выставляются уровни и фазы составляющих сетки частот, обеспечивающие амплитудно-фазовое детектирование спектральных составляющих входного ЧМ-сигнала. Выходы блока 21 коррекции служат, таким образом, опорными выходами блока 12. Напряжение высокого уровня с выхода компаратора 17 одновременно поступает на управляющий вход генератора 3 модулирующего напряжения и управляющие входы ключей 13 и 15. Это напряжение, действуя через блок запуска-фиксации уровня в составе генератора 3, фиксирует в генераторе ступенчатого напряжения уровень ступеньки, на которой срабатывает компаратор 17. При этом частота гетеродина 2 также фиксируется, так как управляющее напряжение остается постоянным. Зафиксированный уровень ступеньки напряжения генератора ступенчатого напряжения через согласующий усилитель ( в составе генератора 3) поступает на пятый вход вычислителя 14. В рассматриваемом режиме ключи 13 и 15 (при высоких уровнях напряжения на их управляющих входах) замыкаются, а выходы детекторов 5, 9, 10 и 11 подключаются к соответствующим входам вычислителя 14. На четыре входа вычислителя 14 поступают с выходов детекторов 5, 9, 10 и 11 данные о составляющих спектра указанного непрерывного ЧМ-радиосигнала. В рассматриваемом случае это - напряжения, пропорциональные I_n(x), где I_n(х) - функция Бесселя первого рода порядка n.

Можно показать, используя теорию функций Бесселя, что по известным соседним спектральным составляющим входного ЧМ-сигнала определяются: порядок боковой n, попавшей во второй полосовой фильтр 6, и индекс модуляции х. Полученные формулы выглядят так n= x= При этом частота несущей f_н при заданной частоте модуляции F_м и зафиксированной частоте гетеродина f_г рассчитывается по формуле f_н = f_г + n F_м - f_ф, где f_ф - средняя частота фильтра 6.

Вычислитель, удовлетворяющий указанным ранее требованиям, обеспечивает реализацию необходимых расчетов. Известные значения F_м и f_фв вычислитель 14 вводятся заранее. Результаты расчетов через ключ 15 поступают на выход устройства в целом. Следует подчеркнуть, что для значений индексов, при которых I_n(x), I_n+₁(x) обращаются в ноль, в общем случае записанные формулы дают неопределенность типа 0/0. В данном устройстве такой режим невозможен, поскольку напряжение ступеньки частоты гетеродина 2 фиксируется сигналом от компаратора 17 в составе блока 12 лишь в том случае, когда I_n(x) и I_n+₁(х) одновременно не равны нулю. Если же при изменении индекса x, либо при скачке несущей на величину, кратную F_м, в один из средних полосовых фильтров (6 или 7) попадает составляющая с нулевой интенсивностью, на выходе компаратора 17 (фиг.2) появляется напряжение низкого уровня, ключ 18 в составе блока 12 и ключи 13 и 15 размыкаются. На вход схемы запуска-фиксации уровня генератора 3 поступает напряжение низкого уровня, что приводит к запуску генератора ступенчатого напряжения в генераторе 3, который вырабатывает периодическую последовательность ступенчатообразных импульсов до тех пор, пока в полосовые фильтры 6 и 7 не попадут нулевые составляющие спектра. Предполагается, что диапазон перестройки частоты гетеродина 2 достаточно широк, чтобы обеспечить такой поиск в рабочем диапазоне изменений х и перескоков несущей, В режиме поиска синтезатор в составе блока 12 не работает, не работают также и детекторы 5, 9, 10 и 11. В вычислитель 14 поступает через пятый вход лишь информация о текущей частоте гетеродина 2.

Устройство в целом предназначено для проведения измерений в стационарном режиме при работе с непрерывным ЧМ-радиосигналом. Однако, при подаче на вход немодулированного колебания возможна его регистрация с помощью одного из детекторов 16 в составе блока 12.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА СПЕКТРА НЕПРЕРЫВНОГО РАДИОСИГНАЛА С ШИРОКОПОЛОСНОЙ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее смеситель, гетеродинный вход которого соединен через частотно-модулированный гетеродин с выходом генератора модулирующего напряжения, а его выход через узкополосной полосовой фильтр подключен к входу детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности определения несущей и измерения индекса модуляции, в него введены дополнительные полосовые фильтры и детекторы, блок формирования сигналов синхронизации и управления и последовательно соединенные входной ключ, вычислитель и выходной ключ, к выходу смесителя через второй, третий и четвертый полосовые фильтры подсоединены входы соответственно второго, третьего и четвертого детекторов, выходы всех детекторов подключены к сигнальным входам входного ключа, выходы второго и третьего полосовых фильтров - к входам блока формирования сигналов синхронизации и управления, опорные выходы которого соответственно подсоединены к другим входам детекторов, коммутирующий выход этого блока соединен с управляющими входами ключей и с управляющим входом генератора модулирующего напряжения, другой выход которого подсоединен к пятому входу вычислителя, а детекторы выполнены амплитудно-фазовыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2