Устройство для приема широкополосных сигналов на разнесенные антенны

 

Предлагаемое устройство относится к радиосвязи и может быть использовано для приема информации по каналам связи с использованием широкополостных сигналов. Первая антенна А1 через УВЧ 1, смеситель 2₁ подключена к первому входу УВЧ 3₁, вторая антенна А2 через УВЧ 1₂, смеситель 2₂ подключена ко входу второго УПЧ 3₂, гетеродин 5 одним выходом соединен с вторым входом второго смесителя 2₂, а вторым выходом через фазовращатель 4 подключен к второму входу первого смесителя 2₁. Выход УПЧ 3 первого канала через формирователь АРУ 6 соединен с вторым входом УПЧ 3 второго канала, выход которого подключен к одному из входов сумматора 8, второй вход которого соединен с выходом УПЧ 3 первого канала. Выход УПЧ 3 первого канала, кроме того, соединен с входами первого ключа 9 и первого детектора 12. Выход первого детектора 12 через пороговое устройство по максимуму 13 соединен с входом первого формирователя прямоугольного импульса 14, выход которого соединен с вторыми входами первого 9 и второго 11 ключей и одним из входов генератора ЛЧМ 15, второй вход которого через второй формирователь прямоугольного импульса 18, пороговое устройство по минимуму 17 и второй детектор 16 подключен к выходу устройства. Выход УПЧ 3 первого канала, кроме того, через первый ключ 9, схему ИЛИ 10 и фазовый детектор (дискриминатор) 7 соединен с выходом УПЧ 3 второго канала. Выход генератора ЛЧМ 15 подключен к второму входу второго ключа 11. 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к области техники радиосвязи и может быть использовано для приема информации по каналам связи с использованием широкополосных сигналов.

Известны беспоисковые устройства, построенные на базе согласования фильтров или многоканальных корреляторов. Время поиска сигнала в таких устройствах соизмеримо с периодом используемой двоичной последовательности.

Однако реализовать на практике такие приемники при больших базах сигнала задача весьма проблематичная (см. Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И. , Глазов В. И. Теория и применение псевдослучайных сигналов. - М.: Наука, 1969).

Известно также приемное устройство широкополосных сигналов по а.с. 1109915, содержащее линейный тракт, согласованный фильтр, квадратурный перемножитель, интегратор, блок выбора и запоминания на такт. ФНЧ, управляемый фазовращатель, детектор огибающей, весовой сумматор, гребенчатый фильтр и решающий блок.

Недостатком этого устройства является то, что при наличии на его входе структурной помехи резко падает помехоустойчивость по отношению к другим видам помех, а при достаточно большом уровне структурной помехи наступает срыв связи.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является Немировский А. С. , Рыжков Е.В. Системы связи и радиорелейные линии. - М: Связь, 1980, с. 309, рис. 9, 11, принятое за прототип.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено А₁, А₂ - первая и вторая антенны; 1₁, 1₂ - первый и второй УВЧ, 2₁, 2₂ - первый и второй смесители, 3₁, 3₂ - первый и второй УПЧ, 4 - фазовращатель, 5 - гетеродин, 6 - формирователь АРУ, 7 - фазовый дискриминатор, 8 - сумматор.

Устройство-прототип состоит из двух каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные антенну А₁ (А₂), УВЧ 1₁ (1₂), смеситель 2₁ (2₂) и УПЧ 3₁ (3₂). Выходы УПЧ 3 обоих каналов подключены ко входам сумматора 8, выход которого является выходом устройства, а выходы УПЧ 3, кроме того, соединены с входами фазового дискриминатора 7, выход которого соединен с управляющим входом фазовращателя 4, второй вход которого подключен к выходу гетеродина 5, а выход - к второму входу смесителя первого канала 2₁, второй выход гетеродина 5 соединен с вторым входом смесителя 2₂ второго канала, два выхода формирователя АРУ 6 соединены с вторыми входами УПЧ 3₁ и 3₂, вторые выходы которых соединены соответственно с двумя входами того же формирователя 6.

Работает устройство-прототип следующим образом. Сигнал, принятый двумя антеннами А₁ и А₂, подается соответственно на усилители высокой частоты (УВЧ) 1₁ и 1₂, где усиливается до необходимой величины и подается на смесители 2₁ и 2₂, где производится перенос на промежуточную частоту. В качестве частот гетеродина используются сигналы, подаваемые с гетеродина 5.

Так как в устройстве-прототипе антенны А₁ и А₂ пространственно разнесены, то в случае прихода луча под углом к плоскости этих антенн наблюдается расфазировка принятых сигналов из-за разности хода луча. Для компенсации расфазировки имеется устройство автоподстройки фазы одного из гетеродинов, состоящие из фазового дискриминатора 7 и цепи управления фазой.

На входы фазового дискриминатора подаются сигналы с выходов УПЧ 3 при рассогласовании фаз этих сигналов на выходе этого дискриминатора появляется сигнал того или иного знака, поступающий на фазовращатель 4, с помощью которого и корректируется фаза. Формирователь 6 АРУ из сигналов, поступающих с других выходов УПЧ 3 формирует сигнал АРУ с помощью которого выравниваются амплитуды сигналов в обоих каналах. Таким образом с помощью фазовращателя 4 и общей для двух каналов системы, параллельной АРУ, обеспечивается идентичность коэффициента передачи обоих каналов. В сумматоре 8 производится весовое суммирование, в результате чего повышается соотношение сигнал/шум, чем и достигается положительный эффект разнесенного приема.

По данному устройству-прототипу присущ тот недостаток, заключающийся в том, что при наличии на его входе помехи ухудшается качество приема, а при определенном уровне этой помехи наступает срыв связи.

Для устранения указанного недостатка в устройство-прототип, содержащее два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных приемной антенны, УВЧ смесителя и УПЧ, выходы которых подключены ко входам сумматора, выход которого является выходом устройства, гетеродина, один выход которого подключен к второму входу смесителя второго канала, а второй выход того гетеродина через фазовращатель соединен с вторым входом смесителя первого канала, формирователь АРУ, выход которого соединен с вторым входом смесителя второго канала, и фазовый дискриминатор, один вход которого соединен с выходом УПЧ второго канала, а выход этого дискриминатора подключен к управляющему входу фазовращателя, введено первый ключ, вход которого соединен с выходом УПЧ первого канала, схема ИЛИ, один из входов которой подключен к выходу первого ключа, а выход соединен с вторым входом фазового дискриминатора, первый детектор, вход которого соединен с первым входом сумматора, а выход через первый ключ и первый формирователь прямоугольного импульса - с управляющими входами генератора ЛЧМ, первого и второго ключей, выход генератора ЛЧМ подключен к входу второго ключа, выход которого соединен с вторым входом схемы ИЛИ, второй детектор, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход через пороговое устройство по максимуму и второй формирователь прямоугольного импульса соединен с вторым входом генератора ЛЧМ.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения: А₁, А₂ - первая и вторая антенны, 1₁, 1₂ - усилители высокой частоты (УВЧ), 2₁, 2₂ - смесители, 3₁, 3₂ - усилители промежуточной частоты (УПЧ), 4 - фазовращатель, 5 - гетеродин, 6 - формирователь АРУ, 7 - фазовый дискриминатор, 8 - сумматор, 9, 11 - первый и второй ключи, 10 - схема ИЛИ, 12, 16 - первый и второй детекторы, 13 - пороговое устройство по максимуму, 14 - первый формирователь прямоугольного импульса, 15 - генератор ЛЧМ, 17 - пороговое устройство по минимуму, 18 - второй формирователь прямоугольного импульса.

Блок формирования АРУ 6 в своем составе содержит блок узкополосных фильтров 19, с помощью которых вся частотная полоса делится на n узких полос, 20₁ - 20_n - детекторы, 21 - блок выбора минимума.

Предлагаемое устройство имеет следующие связи. Первая А1 антенна через УВЧ 1, смеситель 2₁, подключена к первому входу УПЧ 3₁, вторая А2 антенна через УПЧ 1₂, смеситель 2₂ подключена к входу второго УАЧ 3₂, гетеродин 5 одним выходом соединен с вторым входом второго смесителя 2₂, а вторым выходом через фазовращатель 4 подключен ко второму входу первого смесителя 2₁. Выход УПЧ 3 первого канала через формирователь АРУ 6 соединен с вторым входом УПЧ 3 второго канала, выход которого подключен к одному из входов сумматора 8, второй вход которого соединен с выходом УПЧ 3 первого канала. Выход УПЧ 3 первого канала, кроме того, соединен с входами первого ключа 9 и первого детектора 12. Выход первого детектора 12 через пороговое устройство по максимуму 13 соединен с входом первого формирователя прямоугольного импульса 14, выход которого соединен с вторыми входами первого 9 и второго 11 ключей и одним из входов генератора ЛЧМ 15, второй вход которого через второй формирователь 19 прямоугольного импульса, пороговое устройство 17 по минимуму и второй 16 детектор подключен к выходу устройства. Выход УПЧ 3 первого канала, кроме того, через первый 9 ключ, схему ИЛИ 10 и фазовый детектор (дискриминатор) 7 соединен с выходом УПЧ 3 второго канала. Выход генератора ЛЧМ 15 подключен ко второму входу второго ключа 11.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигнал, принятый двумя антеннами А1 и А2, подается соответственно на усилители высокой частоты (УВЧ) 1₁ и 1₂, где усиливается до необходимой величины и подается на смесители 2₁ и 2₂, где производится перенос на промежуточную частоту. В качестве частот гетеродина используются сигналы, подаваемые с гетеродина - 5 на смеситель 2₂ второго канала непосредственно, а на смеситель 2₁ - первого канала через фазовращатель 4.

Так как в предлагаемом устройстве антенны А1 и А2 пространственно разнесены, то в случае прихода луча под углом к плоскости этих антенн наблюдается расфазировка принятых сигналов из-за разности хода луча (см. фиг. 3 векторы сигнала С₁ и сигнала С₂).

При отсутствии узкополосной помехи в полосе принимаемого ШПС производится компенсация этой расфазировки с помощью автоподстройки фазы сигнала гетеродина, подаваемого на смеситель первого канала и состоящей из фазового дискриминатора 7 и фазовращателя 4. На входы фазового дискриминатора 4 подаются сигналы с выходов УПЧ 3₂ непосредственно и УПЧ 3₁ через открытый ключ 9 и схему ИЛИ 10. При рассогласовании фаз этих сигналов за счет разности хода луча на выходе фазового дискриминатора 7 появляется сигнал того или иного знака, поступающий на фазовращатель 4 с помощью которого и корректируется фаза. Формирователь 6 АРУ состоит из блока 19, гребенки узкополосных фильтров, с помощью которых вся частотная полоса принимаемого широкополосного сигнала делится на n узких частотных полос. Сигнал с каждой из n узких полос поступает соответственно на один и n детекторов 20₁-20_n, а выход каждого детектора соединен соответственно со своим входом блока 21 выбора минимума. Выходной сигнал блока 21 выбора минимума является сигналом АРУ, с помощью которого выравниваются амплитуды сигналов обоих каналов. Таким образом с помощью фазового дискриминатора 7, фазовращателя 4 и общей для двух каналов системы АРУ (блок 6) обеспечивается идентичность коэффициентов передачи обоих каналов. В сумматоре 8 производится весовое суммирование, в результате чего повышается соотношение сигнал/шум.

При наличии в полосе частот принимаемого широкополосного сигнала мощной узкополосной помехи уровнем, значительно превышающем уровень полезного сигнала, резко ухудшается качество приема, а зачастую происходит срыв связи. Как показала практика, что если уровень узкополосной помехи на входе приемного устройства превышает уровень полезного сигнала на 50-60 дБ, то поражается 50% и более спектра принимаемого сигнала, что естественно резко ухудшает качество приема сигнала.

На выходе порогового блока 13 по максимуму после детектирования сигнала ПЧ в детекторе 12 появляется сигнал превышения порога, из которого в формирователе 14 сформируется прямоугольный импульс, от которого запускается генератор 15 ЛМЧ, закрывается ключ 9 и открывается ключ 11. Сигнал с выхода генератора 15 ЛМЧ через открытый ключ 11 и схему ИЛИ 10 поступает на один из входов фазового дискриминатора 7, на второй вход которого подается сигнал с выхода УПЧ 3₂. Выходной сигнал фазового дискриминатора 7 поступает на фазовращатель 4, с помощью которого поворачивается фаза гетеродина первого канала, и, когда векторы помехи в первом и втором каналах окажутся повернутыми на 180^o друг относительно друга, в сумматоре 8 произойдет их компенсация, а на выходе порогового блока 17 по минимуму после детектирования в детекторе 16 появится сигнал, из которого формируется прямоугольный импульс в формирователе 18, с помощью которого останавливается генератор 15 ЛЧМ: на частоте, при которой обеспечивается условие компенсации узкополосной помехи. На фиг. 3 приведены диаграммы, поясняющие процесс компенсации узкополосной помехи, где обозначено С₁ - полезный сигнал, принятый на первую антенну, С₂ - полезный сигнал, принятый на вторую антенну, П₁, П₂ - помеха, принятая первой и второй антеннами соответственно, - векторы сигнала и помехи, повернутые на угол для компенсации помехи, С_с - суммарный сигнал до компенсации помехи, - суммарный сигнал при компенсации помехи.

Как видно из графика на фиг. 3, при компенсации помехи возможны некоторые энергетические потери.

Таким образом, если в устройстве-прототипе в полосе частот принимаемого сигнала присутствует узкополосная помеха, значительно превышающая по амплитуде полезный сигнал, то резко ухудшается качество приема информации, вплоть до срыва связи.

В предлагаемом же устройстве осуществляется компенсация этой помехи, т. е. производится "очищение" полезного сигнала, что, естественно, значительно повышает качество принимаемого сигнала, в чем и заключается положительный эффект предлагаемого устройства.

Реализация блоков и узлов, входящих в предлагаемое устройство, не вызывает никаких затруднений, т.к. они общеизвестны и широко освещены в технической литературе.

Формула изобретения

Устройство для приема широкополосных сигналов на разнесенные антенны, содержащее два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных приемников антенны, усилителя высокой частоты, смесителя и усилителя промежуточной частоты, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходом устройства, гетеродин, выход которого соединен с вторым входом смесителя второго канала и через фазовращатель - с вторым входом смесителя первого канала, блок автоматической регулировки усиления, выход которого подключен к второму входу усилителя промежуточной частоты второго канала, и фазовый дискриминатор, вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты второго канала, выход - с управляющим входом фазовращателя, отличающееся тем, что введены первый ключ и первый амплитудный детектор, входы которых соединены между собой и с первым входом сумматора, выход первого ключа через элемент ИЛИ соединен с вторым входом фазового дискриминатора, а выход первого амплитудного детектора через пороговый блок по максимуму подключен к входу первого формирователя прямоугольного импульса, выход которого соединен с управляющими входами генератора линейно-частотной модуляции, первого и второго ключей, выход второго ключа соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а вход второго ключа подключен к выходу генератора линейно-частотной модуляции, выход сумматора через последовательно соединенные второй амплитудный детектор, пороговый блок по минимуму и второй формирователь прямоугольного импульса соединен с вторым управляющим входом генератора линейно-частотной модуляции, кроме того, выход блока автоматической регулировки усиления соединен с вторым входом усилителя промежуточной частоты первого канала, а вход - с первым входом сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3