устройство для селекции и преобразования частоты модулированных радиосигналов
Классы МПК: | H03D7/00 Перенос модулированного сигнала с одной несущей на другую, например преобразование частоты |
Автор(ы): | Алексеенко Алексей Владимирович (RU), Потапов Сергей Григорьевич (RU), Тимофеев Сергей Сергеевич (RU), Филимонов Борис Киреевич (RU), Шмаков Николай Петрович (RU), Шуст Михаил Петрович (RU) |
Патентообладатель(и): | ООО Научно-производственное предприятие "Новые Технологии Телекоммуникаций" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-11-22 публикация патента:
20.01.2013 |
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 Uc( с, с), a также двухпроводной линии (ДПЛ) (2), на вход которой подведен сигнал от генератора модулированных колебаний Uг( г, г), несущая частота которых совпадает с несущей частотой модулированного радиосигнала ( г= с), а частота модуляции г больше частоты модуляции c радиосигнала. (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 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.
Формула изобретения
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 длины 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.
Описание изобретения к патенту
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 Uc( c, с), например, от антенны или широкополосного антенного усилителя;
2) двухпроводную линию 2, на вход которой подведен сигнал Uг( г, г) от генератора модулированных колебаний, несущая частота которого совпадает с несущей частотой модулированного радиосигнала ( г= с), а частота модуляции г больше частоты модуляции 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 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 соотношениями являются следующие.
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;
mе - масса электрона;
- 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 |Еc| - амплитуда электрического поля в двухпроводной линии 1:
- при AM;
- при ЧМ, ФМ,
где Umc - амплитуда напряжения несущего колебания радиосигнала;
d э - эквивалентное расстояние между проводами линии;
|Ег| - амплитуда электрического поля в двухпроводной линии 2:
- при AM,
- при ЧМ, ФМ,
где Umг - амплитуда напряжения несущего колебания генератора;
- разность фаз бегущих навстречу электромагнитных волн в двухпроводных линиях 1, 2:
=2mz - при AM радиосигнала и AM сигнала генератора;
=2mz+(Мгcos гt-Мсcos ct) - при ЧМ, ФМ радиосигнала и ЧМ, ФМ сигнала генератора;
=2mz-Мсcos ct - при ЧМ, ФМ радиосигнала и AM сигнала генератора;
m - волновое число высокочастотных колебаний радиосигнала и сигнала генератора при совпадении их частот.
с, г - круговая частота модуляции радиосигнала и сигнала генератора, при этом г> с;
Мс, Мг - 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 выше приведенных 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 следующему.
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 г и две боковые составляющие с частотой ( г- с) и ( г+ с):
1. При AM радиосигнала и AM сигнала генератора:
2. При узкополосной 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 г, модулированное сообщением с радиосигнала. Это напряжение подается на вход полосового фильтра 4, который настроен на частоту модуляции колебаний генератора г и не пропускает на выход фильтра 4 составляющую спектра с частотой сообщения 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 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 г колебаний генератора, модулированное сообщением 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.
Класс H03D7/00 Перенос модулированного сигнала с одной несущей на другую, например преобразование частоты
аналоговый смеситель сигналов - патент 2504072 (10.01.2014) | |
двойной балансный преобразователь частоты - патент 2490781 (20.08.2013) | |
смеситель свч - патент 2473166 (20.01.2013) | |
аналоговый смеситель двух сигналов - патент 2458456 (10.08.2012) | |
широкополосный блок подавления зеркального канала - патент 2450428 (10.05.2012) | |
коррекция смещения для пассивных смесителей - патент 2450421 (10.05.2012) | |
преобразователь терагерцового излучения (варианты) - патент 2447574 (10.04.2012) | |
аналоговый смеситель сигналов - патент 2441313 (27.01.2012) | |
смеситель аналоговых сигналов - патент 2439777 (10.01.2012) | |
схема смесителя и способ - патент 2437205 (20.12.2011) |