Синхронный детектор с подавлением помех

 

Изобретение относится к радиосвязи и может найти применение в приемных устройствах фазовой телеграфии, в системах фазовой автоподстройки частоты, а также для приема сигналов однополосной модуляции, амплитудной модуляции с частично или полностью подавленной несущей частотой. Синхронный детектор содержит последовательно соединенные фильтр промежуточных частот (ФПЧ), первый перемножитель, первый фильтр лишних частот ФНЧ, первый вычитатель, выход которого является выходом устройства. Выход ФНЧ соединен также со входами второго и третьего перемножителей. Выходы перемножителей через соответствующие ФНЧ соединены со входами второго вычитателя, выход которого через фазовращатель на 90^o соединен со вторым входом первого вычитателя. Выход формирователя опорного сигнала соединен со вторым входом первого перемножителя, через фазовращатель на +ϕ - со вторым входом второго перемножителя и через фазовращатель на -ϕ - со вторым входом перемножителя. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости к узкополосным помехам. 2 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в приемных устройствах фазовой телеграфии, в системах фазовой автоподстройки частоты, а также для приема сигналов однополосной модуляции, амплитудной модуляции с частично или полностью подавленной несущей частотой.

Известен синхронный детектор, содержащий последовательно соединенные фильтр промежуточной частоты, перемножитель, на второй вход которого подается опорный сигнал, а также фильтр нижних частот, который описан в монографии Немировского М.С. "Помехоустойчивость радиосвязи", Москва, Энергия, 1966 г., стр. 65.

Известен также балансный синхронный детектор, описанный также в монографии Немировского М.С. на стр. 66, содержащий синхронный и квадратурный каналы, и в котором обеспечивается равенство нулю выходного тока.

Недостатком этих устройств является их низкая помехоустойчивость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является синхронный детектор, описанный в монографии М.С. Немировского "Помехоустойчивость радиосвязи", М. , Энергия, 1966 г., стр. 65, рис. 4.1, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено: 1 - фильтр промежуточных частот (ФПЧ), 2 - перемножитель, 3 - фильтр нижних частот (ФНЧ), 4 - формирователь опорного сигнала.

Устройство содержит последовательно соединенные ФПЧ 1, перемножитель 2, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорного сигнала 4, фильтр нижних частот 3, Такое устройство имеет низкую помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные ФПЧ, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорного сигнала, первый ФНЧ, введены второй и третий перемножители, входы которых объединены и соединены с выходом ФПЧ, второй и третий ФНЧ, входы которых соответственно соединены со вторым и третьим перемножителями, выходы второго и третьего ФНЧ соединены со входами второго вычитателя, выход которого через фазовращатель на 90^o соединен со входом первого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого ФНЧ, выход первого вычитателя является выходом устройства, кроме того, выход формирователя опорного сигнала соединен через фазовращатель на +ϕ вторым входом второго перемножителя, а через фазовращатель на -ϕ со вторым входом третьего перемножителя.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 2, где обозначено: 1 - фильтр промежуточных частот, 2, 5, 6 - первый, второй, третий перемножители, 7 - фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы на +ϕ, 8 - фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы на -ϕ, 9, 11 - вычитатели, 10 - фазовращатель на 90^o, 3, 12, 13 - фильтры нижних частот.

Устройство содержит ФПЧ 1, выход которого соединен со входами первого 2, второго 5 и третьего 6 перемножителей. Выход первого перемножителя 2 через первый ФНЧ 3 соединен со входом первого вычитателя 11. Выход второго перемножителя 5 через второй ФНЧ 12 соединен с первым входом второго вычитателя 9, со вторым входом которого через третий ФНЧ 13 соединен с выходом третьего перемножителя 6. Выход второго вычитателя 9 через фазовращатель на 90^o соединен со вторым входом первого вычитателя 11, выход которого является выходом устройства. Вторые входы перемножителей соединены с выходом формирователя опорного сигнала 4, причем первый перемножитель 2 соединен непосредственно, второй перемножитель 5 через фазовращатель +ϕ 7, третий перемножитель 6 через фазовращатель на -ϕ 8.

Работает устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный сигнал вида U_csin(ω_ct+ ϕ_c) и узкополосная помеха вида U_пsin(ω_пt+ ϕ_п) через фильтр промежуточных частот 1 поступает одновременно на три ветви, каждая из которых содержит перемножитель и ФНЧ. Опорный сигнал, формируемый в блоке 4, подается на первый перемножитель 5, на второй перемножитель 6 через фазовращатель 7, а на третий перемножитель 6 через фазовращатель 8. Причем фазовращатель 7 поворачивает фазу на +ϕ, а фазовращатель 8 на -ϕ. Напряжение с выходов ФНЧ 12 и 13 поступает на вычитатель 9, на выходе которого формируется оценка помехи, которая через фазовращатель 10, осуществляющий поворот фазы на 90^o подается на вычитатель 11, где она компенсирует помеху в основном канале. Равенство амплитуд помехи и ее оценки достигается за счет выбора коэффициентов передачи перемножителей 2, 5, 6, а величина ϕ выбирается из условия 0 < ϕ < 90^o с точки зрения простоты аппаратурной реализации фазовращателей.

Докажем достижение поставленной цели.

Пусть на вход устройства-прототипа действует полезный сигнал вида U_c(t) = U_csin(ω_ct+ ϕ_c) (1) и узкополосная помеха вида U_п(t) = U_пsin(ω_пt+ ϕ_п). (2) Опорный сигнал запишем в виде U_o(t) = U_osin(ω_ot+ ϕ_o). (3) Тогда на выходе ФНЧ 3 можно записать при ω_c = ω_o, ω_п ≠ ω_c, ω_п-ω_c = Δω ≅ Δω_фнч. (4)
В результате получаем

Таким образом, при ω_п-ω_c = ω_п-ω_o ≅ Δω_фнч помеха попадает в полосу ФНЧ и вместе с сигналом проходит на выход устройства.

Для заявляемого устройства на выходе ФНЧ 3 имеем выражение аналогичное (5).

На выходе ФНЧ 12 при выполнении условия (4) имеем

Аналогично на выходе ФНЧ 13 имеем

На выходе вычитателя 9 получаем разность (6) и (7)

При ϕ_c = ϕ_o, ω_c = ω_o
U₉(t) = U_пU_osin[(ω_п-ω_o)t+ ϕ_п-ϕ_c]sinϕ. (8)
Анализ выражения (8) показывает, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале, определяемой выражением (5), постоянным амплитудным множителем 2sinϕ и поворотом по фазе на 90^o. Из (8) видно, что ϕ необходимо выбирать с учетом соотношения
0 < ϕ < 90^o. (9)
При этом для обеспечения равенства амплитуд помеховой составляющей в основном и дополнительных каналах целесообразно положить ϕ = 30^o. Однако использование ϕ = 30^o не является обязательным, т.к. равенство амплитуд помеховых составляющих на входах вычитателя 11 может быть достигнуто за счет выбора коэффициентов усиления перемножителей 2, 5, 6.

За счет поворота по фазе U₉(t) на 90^o при ϕ = 30^o, ϕ_c = ϕ_o получаем

После вычитания из U₃(t) напряжения U₉(t) на выходе вычитателя 11 при ϕ_c = ϕ_o для заявляемого устройства т.е. помеховая составляющая отсутствует.

В то же время прототип содержит один прямой канал и напряжение на его выходе определяется выражением (5), содержащем помеховую составляющую.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает большей помехоустойчивостью по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Синхронный детектор с подавлением помех, содержащий последовательно соединенные фильтр промежуточных частот, вход которого является входом устройства, первый перемножитель, второй вход которого соединен с формирователем опорного сигнала, и первый фильтр нижних частот, отличающийся тем, что введены первый вычитатель, вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход является выходом устройства, последовательно соединенные второй перемножитель, второй фильтр нижних частот, второй вычитатель, последовательно соединенные третий перемножитель и третий фильтр нижних частот, выход которого соединен со вторым входом второго вычитателя, выход второго вычитателя через фазовращатель на 90^o соединен со вторым входом первого вычитателя, первые входы второго и третьего перемножителей соединены с выходом фильтра промежуточных частот, второй вход второго перемножителя соединен с выходом формирователя опорного сигнала через фазовращатель на +ϕ, а второй вход третьего перемножителя соединен с выходом формирователя опорного сигнала через фазовращатель на -ϕ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2