Фазокомпенсационный подавитель зеркального канала в приемнике радиосигналов

Изобретение относиться к области приема радиосигналов в железнодорожных радиостанциях. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и качества радиоприема за счет повышения степени подавления зеркального канала в приемнике. Фазокомпенсационный подавитель зеркального канала в приемнике радиосигналов состоит из преселектора, двух смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора и фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), при этом в него дополнительно введены два резистора одинаковых сопротивлений, два конденсатора одинаковых емкостей и два ограничителя амплитуды сигналов. 2 ил.

 

Изобретение относиться к области приема радиосигналов в железнодорожных радиостанциях (ЖР).

Известны фазокомпенсационные подавители зеркального канала в приемнике, описанные в литературе, например в:

1. Горелов Г.В., Фомин А.Ф., Волков А.А., Котов В.К.

Теория передача сигналов на железной дороге в транспорте - М:. ФГБОУ, 2013. - С. 356-359.

2. Верзунов М.В. и др. Однополосная модуляция. - М.: Связьиздат, 1962. - С. 95-101.

3. Момот Е.Г. Проблемы и техника синхронного радиоприема. - М.: Наука, 1961. - С.59-60.

По технической сущности наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за его прототип. Во втором и третьем источниках описаны аналоги изобретения.

Прототип состоит из двух смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°, полосового фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем входы обоих смесителей соединены между собой накоротко и подключены к выходу преселектора приемника; выход первого смесителя подключен к одному входу сумматора непосредственно, а выход другого смесителя подключен ко второму входу сумматора через последовательно соединенные полосовой фазовращатель 90° и фазоинвертор или минуя фазоинвертор; к выходу сумматора подключен ФСС; выход гетеродина соединен со вторым входом первого смесителя непосредственно и со вторым входом второго смесителя - через фазовращатель на 90°.

Основным недостатком прототипа является относительно низкая степень подавления зеркального канала σ_з=35 дБ из-за большой погрешности Δφ=2°-3° фазового сигнала на угол φ=90° в полосовом фазовращателе, что приводит к существенному снижению помехоустойчивости и качества радиоприема.

Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости и качества радиоприема за счет повышение степени подавления зеркального канала в приемнике до требуемого значения σ_з=80 дБ.

Сущность изобретения состоит в том, что в фазокомпенсационный подавитель зеркального канала в приемнике радиосигналов, состоящий из преселектора (ПРС), двух смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем, сигнальные входы обоих смесителей соединены между собой накоротко и подключены к выходу ПРС приемника, а выход гетеродина подключен ко второму входу первого смесителя непосредственно и ко второму входу второго смесителя - через фазовращатель на 90°; выход сумматора соединен со входом ФСС, дополнительно введены два резистора одинаковых сопротивлений, два конденсатора одинаковых емкостей и два ограничителя амплитуды сигналов, причем первый резистор и первый конденсатор подключены последовательно к выходу первого смесителя, а второй конденсатор и второй резистор подключены последовательно к выходу второго смесителя; вход первого конденсатора подключен к первому входу сумматора через первый ограничитель амплитуды, а вход второго резистора подключен к второму входу сумматора только через второй ограничитель амплитуды при частоте гетеродина меньше частоты сигнала или через последовательно соединенные фазоинвертор и второй ограничитель амплитуды, если частота гетеродина больше частоты сигнала.

Существенным отличием изобретения являются введенные элементы и их связи, так как только они позволяют подавить на 80 дБ зеркальный канал и добиться указанного технического эффекта.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого фазокомпенсационного подавителя зеркального канала, а на фиг. 2 - векторные диаграммы, поясняющие его работу.

На фиг. 1 обозначено: 1 - преселектор (ПРС); 2, 5 - смесители; 3 - гетеродин, 4 - фазовращатель сигнала на 90°; 6, 11 - резисторы одинаковых сопротивлений; 7, 8 - конденсаторы одинаковых емкостей; 9, 10 - ограничители амплитуды сигнала; 12 - сумматор; 13 - фазоинвертор; 14 - фильтр сосредоточенной селекции (ФСС). Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы происходит следующим образом.

С выхода преселектора (ПРС) 1 сумма сигналов основного u_c(t)=U_ccos[ω_ct+θ_c(λ₀, t)]

и зеркального u_з(t)=U_зcos[ω_зt+θ_з(λ_з, t)] каналов, т.е. u₁(t)=u_с(t)+u_з(t),

поступает на одни входы смесителей 2, 5. Здесь θ(λ, t) - составляющая фазы сигнала, несущая информацию о передаваемом сообщении λ(t).

Колебания гетеродина 3 u_г(t)=U_гcosω_гt подаются на второй вход смесителя 2 непосредственно и на второй вход смесителя 5 - через фазовращатель 4 на 90°, т.е. $$u_{г}(t)=U_{г}\cos ({\omega }_{г}t+90°)=U_{г}\sin {\omega }_{г}t={\stackrel{\wedge }{u}}_{г}(t)$$ , при частоте гетеродина ω_г>ω_с.

На выходе смесителей 2, 5, представляющих собой в эквиваленте перемножители сигналов с активной нагрузкой, образуются колебания:

u₂(t)=u₁(t)·u_г(t)=0,5U₁U_г{cos[(ω_г-ω_с)t-θ_с(λ_с, t)]+cos[(ω_з-ω_г)t+θ_з(λ_з, t)]+b, ч},

$$u_5(t)=u_1(t)\cdot {\stackrel{\wedge }{u}}_{г}(t)=\mathrm{0,5}{U}_1{U}_{г}\{\sin [({\omega }_{г}-{\omega }_{с})t-{\theta }_c({\lambda }_c,t)]-\sin [({\omega }_{з}-{\omega }_{г})t+{\theta }_{з}({\lambda }_{з},t)]+b,ч\}$$

где ω_г-ω_с=ω_з-ω_г=ω_пр - промежуточная частота.

Видно, что второе колебание отличается от первого сдвигом по фазе на 90° (sin вместо cos) и знаком «-» у сигнала зеркального канала, так как частота гетеродина меньше частоты зеркального канала (ω_г<ω_з). Для исключения зеркального канала колебание u₅(t) сдвигается по фазе на 90° относительно колебания u₂(t) с помощью двух RC-цепочек, у которых элементы R и С включены последовательно, причем R1=R2, а С1=С2. Одна цепочка 6, 7 подключена к выходу первого смесителя 2, а другая 8, 11 с обратным включением элементов - к выходу второго смесителя 5. Фазы сигналов на элементах этих цепочек всегда сдвинуты между собой на 90°, о чем говорит символ j у сопротивления конденсатора X_c=1/jωc, которое является реактивным в отличие от активного сопротивления R. Известно, что угол, находящийся на окружности, стороны которого соединены с концами ее диаметра, всегда равен 90°, что и показано на фиг. 2. Каждая RC-цепочка ращепляет свой входной сигнал на два сигнала, сдвинутых между собой по фазе на 90°, а с учетом того, что входные сигналы этих цепочек тоже сдвинуты между собой по фазе на 90°, то и векторные диаграммы на фиг. 2 тоже сдвинуты между собой на 90°. Поэтому сигнал на емкости первой цепочки совпадает по направлению и знаку с сигналом на резисторе второй цепочки, что отмечено одинаковым перечеркиванием их векторов на фиг. 2 и было подтверждено компьютерно и экспериментально. На промежуточной частоте ω=ω_пр модули этих сигналов равны между собой и поэтому в сумме зеркальный сигнал исключается, а основной удваивается по величине. Если же частота изменится, то эти векторы останутся параллельными между собой, хотя изменится их направление и нарушатся равенства их модулей, как показано на фиг. 2 вторым треугольником. Поэтому зеркальный канал только ослабится, а основной увеличится менее чем в 2 раза. Но промежуточная частота более чем в 100 раз превосходит частоту модулирующего сигнала Ω и поэтому общая частота будет изменяться незначительно: ω_пр+Ω≈ω_пр, а модули векторов сигналов на R и С будут оставаться практически неизменными. Тем не менее амплитуды этих сигналов выравниваются в ограничителях амплитуды 9 и 10, после чего они поступают на свои входы сумматора 12, минуя фазоинвертор 13, если частота входного сигнала больше частоты гетеродина. Если же имеет место обратное неравенство этих частот, то сигнал с блока 10 поступает на свой вход сумматора через фазоинвертор 13. В результате на выходе сумматора 12 имеется только колебание основного канала:

u₁₂(t)=u₉(t)-u₁₀(t)=U₁U_Гcos[ω_прt-θ_с(λ_с, t)]+B.Ч.

Далее сигнал u₁₂(t) поступает на вход ФСС 14, пропускающий на свой выход только основной сигнал промежуточной частоты ω_пр и не пропускающий В.Ч. составляющие.

Так фазокомпенсационным способом с помощью введенных элементов подавляется зеркальный канал. Степень этого подавления определяется выражением: (σ_{з дб}=-20lg[sin(0,5Δφ]), где погрешность фазового сдвига в RC-цепочках Δφ очень мала, вплоть до 7 минут. В этом случае σ_з=80 дБ в отличие от прототипа, где σ_з=35 дБ.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение помехоустойчивости и качества приема сигналов в железнодорожных радиостанциях (ЖР), что способствует повышению безопасности движения поездов, а также упрощению и удешевлению приемника. Это достигается за счет дополнительного подавления зеркального канала в приемнике на 80 дБ вместо 35 дБ введенными элементами и их связями.

Фазокомпенсационный подавитель зеркального канала в приемнике радиосигналов, состоящий из преселектора (ПРС), двух смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем, сигнальные входы обоих смесителей соединены между собой накоротко и подключены к выходу ПРС приемника, а выход гетеродина подключен ко второму входу первого смесителя непосредственно и ко второму входу второго смесителя - через фазовращатель на 90°; выход сумматора соединен со входом ФСС, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два резистора одинаковых сопротивлений, два конденсатора одинаковых емкостей и два ограничителя амплитуды сигналов, причем, первый резистор и первый конденсатор подключены последовательно к выходу первого смесителя, а второй конденсатор и второй резистор подключены последовательно к выходу второго смесителя; вход первого конденсатора подключен к первому входу сумматора через первый ограничитель амплитуды, а вход второго резистора подключен к второму входу сумматора только через второй ограничитель амплитуды при частоте гетеродина меньше частоты входного сигнала или через последовательно соединенные фазоинвертор и второй ограничитель амплитуды, если частота гетеродина больше частоты входного сигнала.