Устройство для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов

Устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах и измерительной технике. Технический результат заключается в возможности селекции и преобразования частоты радиосигналов различного вида модуляции в одном устройстве без побочных каналов преобразования. Устройство состоит из двухпроводной линии (ДПЛ) (1), на вход которой подведен модулированный радиосигнал U_c(ω_г,Ω_с), двухпроводной линии (ДПЛ) (2), на вход которой подведен сигнал от генератора модулированных колебаний U_г(ω_г,Ω_г). (ДПЛ) (1), (ДПЛ) (2) порознь нагружены на сопротивление R, равное волновому сопротивлению линии, и по направлению бегущих в них волн ориентированы встречно. Между проводами (ДПЛ) (1), (ДПЛ) (2), параллельно им, размещен проводник (П) (3), который присоединен к полосовому фильтру (ПФ) (4), настроенному на частоту модуляции Ω_г колебаний генератора. При этом длина (ДПЛ) (1), (ДПЛ) (2) и длина (П) (3) выбраны не менее одной десятой длины волны модулированного радиосигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах и измерительной технике для селекции (избирательности) и преобразования частоты модулированных радиосигналов.

Известны:

1. Устройства для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов, содержащие полупроводниковые приборы и резонансные системы [Давыдов Ю.Г. и др. Радиоприемные устройства. / Под редакцией проф. А.П.Жуковского - М.: Высшая школа, 1989, с.8-10, 32, 38, 40, 81-82, 85-86, 87-92], которые выполнены в виде отдельных узлов, и для изменения частоты радиоприемного устройства одновременно должны перестраиваться резонансные системы селектора и преобразователя частоты. Характерным недостатком таких устройств является возникновение побочных каналов приема: зеркального, комбинационного, интермодуляционного.

2. Преобразователи частоты [Патенты РФ: №2248661 H03D 7/00, №2276452 H03D 7/00, №2285330 H03D 7/14, №2311728 H03D 7/14], которые переносят радиосигнал с одной несущей частоты на другую, но не позволяют осуществлять селекцию радиосигналов.

3. Демодулятор амплитудно-модулированных (AM), частотно-модулированных (ЧМ), фазомодулированных (ФМ) сигналов [Патент РФ №2204195 H03D 5/00], который выделяет сообщение из модулированного радиосигнала, но не позволяет производить селекцию и преобразование частоты, т.е. переносить спектр радиосигнала с одной несущей частоты на другую. Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности совпадающих существенных признаков является демодулятор AM, ЧМ, ФМ сигналов [Патент РФ №2204195 H03D 5/00]. - прототип.

Демодулятор AM, ЧМ, ФМ сигналов содержит двухпроводную короткозамкнутую линию и проводник между ее проводами, параллельно им, той же длины, концы которого подключены к входу фильтра нижних частот.

Цель изобретения - селекция и преобразование частоты модулированных радиосигналов, т.е. перенос модулированного сигнала с одной несущей частоты на другую, совместив селекцию и преобразование частоты модулированных сигналов в одном устройстве, исключив при этом возникновение побочных каналов приема. Указанная цель достигается тем, что модулированный радиосигнал подведен к входу двухпроводной линии, между проводами которой, параллельно им, размещен проводник той же длины, а для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов соосно с ней введена другая двухпроводная линия той же длины и к ее входу подведен сигнал от генератора модулированных колебаний. Несущая частота генератора модулированных колебаний совпадает с несущей частотой модулированного радиосигнала, а частота модуляции выше частоты модуляции радиосигнала.

Двухпроводные линии порознь нагружены на сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, и по направлению бегущих в них волн ориентированы встречно, а проводник, размещенный между проводами линий, параллельно им, присоединен к входу полосового фильтра, настроенного на частоту модуляции колебаний генератора. При этом длина двухпроводных линий и длина проводника, размещенного между проводами линий, параллельно им, выбраны не менее одной десятой длины волны модулированного радиосигнала. С выхода полосового фильтра сигнал с несущей частотой, равной частоте модуляции колебаний генератора, модулированный сообщением радиосигнала, подается для последующего усиления и демодуляции.

Авторы не установили среди известных им технических решений аналогичного назначения такого, которое содержало бы совокупность существенных признаков, с заявленными отличительными признаками. Это позволяет признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию «новизна».

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается электрической схемой устройства для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов, принципом его работы и экспериментальными результатами.

Устройство для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов, изображенное на чертеже, содержит:

1. Двухпроводную линию 1, на вход которой подведен модулированный радиосигнал U_c(ω_c>Ω_с), например, от антенны или широкополосного антенного усилителя.

2. Двухпроводную линию 2, на вход которой подведен сигнал U_г(ω_г>Ω_г) от генератора модулированных колебаний, несущая частота которого совпадает с несущей частотой модулированного радиосигнала (ω_г=ω_с), а частота модуляции Ω_г больше частоты модуляции Ω_с радиосигнала.

3. Двухпроводные линии 1, 2 порознь нагружены на сопротивление R, равное волновому сопротивлению линии, и по направлению бегущих в них волн ориентированы встречно.

4. Проводник 3, который размещен между проводами двухпроводных линий 1, 2, параллельно им.

5. Полосовой фильтр 4, к входу которого присоединен проводник 3. Длина двухпроводных линий 1, 2 и длина проводника 3 выбраны не менее одной десятой длины волны модулированного радиосигнала.

Полосовой фильтр 4 настроен на частоту модуляции Ω_г колебаний генератора. С выхода полосового фильтра 4 сигнал с несущей частотой, равной частоте модуляции колебаний генератора, и модулированный сообщением радиосигнала, подается для последующего усиления и демодуляции.

Для описания принципа работы заявляемого устройства для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов исходными соотношениям являются:

1. Сила высокочастотного давления , действующая на электрон, находящийся в пространственно неоднородном по амплитуде электромагнитном поле [Л.А.Арцимович, Р.З.Сагдеев. Физика плазмы для физиков. - М.: Атомиздат, 1979, с.35]:

где е - заряд электрона;

m_е - масса электрона;

ω - круговая частота электромагнитного поля;

∇ - математическая операция градиента;

|E| - амплитуда электрического поля.

2. Квадрат амплитуды результирующего электрического поля бегущих встречно электромагнитных волн одинаковой частоты [Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике. - М.: Наука, 1985, с.291]:

где |Е_c| - амплитуда электрического поля в двухпроводной линии 1:

- при AM;

- при ЧМ, ФМ,

где U_mc - амплитуда напряжения несущего колебания радиосигнала;

d_э - эквивалентное расстояние между проводами линии;

|Е_г| - амплитуда электрического поля в двухпроводной линии 2:

- при AM,

- при ЧМ, ФМ,

где U_mг - амплитуда напряжения несущего колебания генератора;

ΔΨ - разность фаз бегущих навстречу электромагнитных волн в двухпроводных линиях 1, 2:

ΔΨ=2mz - при AM радиосигнала и AM сигнала генератора;

ΔΨ=2mz+(М_гcosΩ_гt-М_сcosΩ_ct) - при ЧМ, ФМ радиосигнала и ЧМ, ФМ сигнала генератора;

ΔΨ=2mz-М_сcosΩ_ct - при ЧМ, ФМ радиосигнала и AM сигнала генератора;

m - волновое число высокочастотных колебаний радиосигнала и сигнала генератора при совпадении их частот.

Ω_с, Ω_г - круговая частота модуляции радиосигнала и сигнала генератора, при этом Ω_г>Ω_с;

М_с, М_г - глубина модуляции радиосигнала и сигнала генератора при AM или индекс модуляции при ЧМ, ФМ;

z - текущая координата, отсчитываемая от входа двухпроводной линии 1.

На основании вышеприведенных соотношений принцип работы заявляемого устройства для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов заключается в следующем. При пропускании по двухпроводным линиям 1, 2, ориентированных встречно, высокочастотных модулированных токов бегущей волны радиосигнала и сигнала от генератора в области двухпроводных линий 1, 2 в результате интерференции электромагнитных полей одинаковой частоты образуется пространственно неоднородное по амплитуде электрическое поле, градиент квадрата амплитуды которого для различных видов модуляции радиосигнала и колебаний генератора при совпадении их несущих частот равен:

1. При AM радиосигнала и AM сигнала генератора

2. При узкополосной ЧМ, ФМ радиосигнала и узкополосной ЧМ, ФМ сигнала генератора

3. При узкополосой ЧМ, ФМ радиосигнала и AM сигнала генератора

В проводнике 3, размещенном между проводами двухпроводных линий 1,2, параллельно им, под воздействием силы высокочастотного давления (1) с учетом (3, 4, 5) возникает ток, пропорциональный ∇|E|², в спектральном составе которого содержится составляющая с частотой модуляции генератора Ω_г и две боковые составляющие с частотой (Ω_г-Ω_с) и (Ω_г+Ω_с):

1. При AM радиосигнала и AM сигнала генератора:

2. При узкополосой ЧМ, ФМ радиосигнала и узкополосной ЧМ, ФМ сигнала генератора:

3. При узкополосной ЧМ, ФМ радиосигнала и AM сигнала генератора:

Под воздействием тока (6, 7, 8) на концах проводника 3 возникает напряжение, изменяющееся во времени с частотой модуляции колебаний генератора Ω_г, модулированное сообщением Ω_с радиосигнала. Это напряжение подается на вход полосового фильтра 4, который настроен на частоту модуляции колебаний генератора Ω_г и не пропускает на выход фильтра 4 составляющую спектра с частотой сообщения Ω_с, а также частично просачивающееся в проводнике 3 высокочастотное напряжение радиосигнала и генератора.

Селекция модулированных радиосигналов в заявленном устройстве осуществляется путем изменения частоты генератора без изменения частоты модуляции Ω_г. При совпадении частоты колебаний генератора с частотой модулированного радиосигнала, поступающего из антенны, в области двухпроводных линий 1, 2 формируется неоднородное по амплитуде электрическое поле, под воздействием которого в проводнике 3 возникает напряжение с частотой модуляции Ω_г колебаний генератора, модулированное сообщением Ω_с радиосигнала. При этом в спектре преобразованного радиосигнала не возникает комбинационных составляющих и, следовательно, при использовании заявляемого устройства для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов не образуются побочные каналы приема, свойственные известным устройствам аналогичного назначения.

Таким образом, селекция и преобразование частоты модулированных радиосигналов на линиях с распределенными параметрами осуществляется благодаря тому, что сила высокочастотного давления на электроны проводимости и обусловленный ею ток в проводнике 3 с частотой модуляции колебаний генератора, модулированный сообщением радиосигнала, пропорциональны градиенту квадрата амплитуды высокочастотного модулированного пространственно неоднородного электрического поля в области линий с распределенными параметрами.

Прием сигналов радиовещательных станций с использованием заявляемого устройства подтверждает его работоспособность.

Устройство для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов, содержащее фильтр и двухпроводную линию, к входу которой подведен модулированный радиосигнал, а между ее проводами, параллельно им, размещен проводник той же длины, который присоединен к фильтру, при этом длина двухпроводной линии и проводника выбраны не менее одной десятой длины волны модулированного сигнала, отличающееся тем, что соосно с двухпроводной линией, к входу которой подведен модулированный радиосигнал, введена другая двухпроводная линия той же длины, и к ее входу подведен сигнал от генератора модулированных колебаний, несущая частота которых совпадает с несущей частотой модулированного радиосигнала, а частота модуляции выше частоты модуляции радиосигнала, при этом двухпроводные линии порознь нагружены на сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, и по направлению бегущих в них волн ориентированы встречно, а проводник, размещенный между проводами двухпроводных линий, параллельно им, присоединен к входу полосового фильтра, настроенного на частоту модуляции колебаний генератора.