фазокомпенсационный преселектор-смеситель приемника радиосигналов

Формула изобретения

Фазокомпенсационный преселектор-смеситель приемника радиосигналов, состоящий из усилителя радиочастоты (УРЧ), первого и второго смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем сигнальные входы обоих смесителей соединены между собой и подключены к выходу УРЧ приемника, а гетеродин своим выходом подключен ко второму входу первого смесителя непосредственно и ко второму входу второго смесителя через фазовращатель на 90°; выход сумматора подключен к входу ФСС, отличающийся тем, что в него введены дополнительно третий и четвертый смесители, второй гетеродин и второй фазовращатель на 90°, причем выход первого смесителя подключен к одному входу сумматора через третий смеситель, а выход второго смесителя подключен к другому входу сумматора через последовательно включенные четвертый смеситель и фазоинвертор; выход второго гетеродина подключен к другому входу третьего смесителя непосредственно и к другому входу четвертого смесителя через второй фазовращатель на 90°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приема радиосигналов.

Известны фазокомпенсационные преселекторы-смесители (преобразователи частоты) приемника радиосигналов, описанные в литературе, например, в:

1. Горелов Г.В., Фомин А.Ф., Волков А.А., Котов В.К. Теория передача сигналов на железнодорожном транспорте. - М:. Транспорт, 2001, с.304-306.

2. Верзунов М.В. и др. Однпополосная модуляция. - М.: Воениздат, 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 усилителя радиочастоты (УРЧ) приемника; выход первого смесителя подключен к одному входу сумматора непосредственно, а выход другого смесителя подключен ко второму входу сумматора через последовательно соединенные полосовой фазовращатель на 90° и фазоинвертор; выход сумматора подключен к входу ФСС; выход гетеродина соединен со вторым вводом первого смесителя непосредственно и со вторым входом второго смесителя - через фазовращатель на 90°.

Основным недостатком прототипа является относительно низкая степень подавления зеркального канала _З=30 дБ из-за большой погрешности =2°-3° фазового сдвига на угол =90° в полосовом фазовращателе, что приводит к существенному снижению качества радиоприема.

Техническим результатом изобретения является повышение качества радиоприема за счет повышения степени подавления зеркального канала до требуемого значения _З=80 дБ.

Сущность изобретения состоит в том, что в фазокомпенсационный преселектор-смеситель приемника радиосигналов, состоящий из усилителя радиочастоты (УРЧ), первого и второго смесителей, гетеродина, фазовращателя на 90°; фазоинвертора, сумматора, фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), причем сигнальные входы обоих смесителей соединены между собой накоротко и подключены к выходу УРЧ приемника, а гетеродин своим выходом подключен по второму входу первого смесителя непосредственно и ко второму входу второго смесителя - через фазовращатель на 90°; выход сумматора соединен со входом ФСС, введены дополнительно третий и четвертый смесители, второй гетеродин и второй фазовращатель на 90°; причем выход первого смесителя соединен с первым входом сумматора через третий смеситель, а выход второго смесителя соединен со вторым входом сумматора через последовательно включенные четвертый смеситель и второй фазоинвертор; выход второго гетеродина подключен ко второму входу третьего смесителя непосредственно и ко второму входу четвертого смесителя сигнала - через второй фазовращатель на 90°.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого фазокомпенсационного преселектора-смесителя, а на фиг.2 - частоты полезного сигнала _с, гетеродина _г зеркального канала _з, промежуточной частоты _пр.

На фиг.1 обозначено:

1 - усилитель радиочастоты (УРЧ);

2, 5, 6, 9 - смесители (преобразователи частоты сигналов);

3, 7 - гетеродины;

4, 8 - фазовращатели на 90°;

10 - сумматор;

11 - фазоинвертор;

12 - фильтр сосредоточенной селекции (ФСС);

13 - усилитель радиочастоты (УРЧ);

14 - детектор.

В целом - это схема радиоприемника. Блоки фазокомпенсационного преселектора-смесителя обведены пунктирной линией, а введенные элементы обведены точками.

Работа схемы происходит следующим образом:

u_c(t)=U_c sin[ _ct+ _c( ₀,t)].

С выхода УРЧ 1 сумма сигналов основного и зеркального u_с(t)=U_сsin[ _сt+ _с( _с,t)] каналов, т.е. u₁(t)=u_c (t)+u_з(t),

поступает на одни входы первого 2 и второго 5 смесителей. Здесь ( ,t) - составляющая фаза сигнала, несущая информацию о передаваемом сообщении (t).

Колебания гетеродина 3 u_г (t)=U_гsin _гt подаются на второй вход первого смесителя 2 непосредственно и на второй вход второго смесителя 5 - через фазовращатель 4 на 90°, т.е.

,

где выбрано _г> _с, как показано на фиг.2. На выходе смесителей 2, 5, представляющих собой в эквиваленте перемножители сигналов с активной нагрузкой, образуются колебания:

u ₂(t)=u₁(t)·u_г(t)=0,5U₁ U₂{cos[( _г- _с)t- _c( _c,t)]+cos[ _з- _г)t+ _з( _з,t)]+в.ч.},

u₅(t)=u ₁(t)·u₄(t)=0,5U₁U_г {-sin[( _г- _с)t- _c( _c,t)]+sin[ _з- _г)t+ _з( _з,t)]+в.ч.}.

Здесь высокочастотные (в.ч.) составляющие представляют собой не разницу, а сумму частот, которые затем отображаются в ФСС.

Разница частот в обоих случаях равна первой промежуточной частоте

_пр1= _г- _с= _з- _г.

Видно, что колебания u ₂(t) и u₅(t) находятся в квадратуре между собой и поэтому, невзирая на разные знаки сигналов основного и зеркального каналов в u₅(t), исключить зеркальный канал путем вычитания u₅(t) из u₂(t) невозможно.

Для такого исключения зеркального канала и введены указанные выше дополнительные элементы, обведенные точками на фиг.1.

Далее колебание u₂(t) поступает на один вход третьего перемножителя 6, а колебание u₅ (t) - на один вход четвертого перемножителя 9. Колебания второго гетеродина 7 u₇(t)=U₇sin ₇t поступают на второй вход перемножителя 6 непосредственно и на второй вход перемножителя 9 - через второй фазовращатель на 90° 8, т.е.

Частота колебания гетеродина 7 ₇< _пр1. Например, для стандартных промежуточных частот, используемых в железнодорожных радиостанциях системы ЖР-У,

f_пр2=1,59 МГц, частота второго гетеродина f_г2=24-1,59=22,41 МГц.

Поэтому на выходе перемножителей 6, 9 с активной нагрузкой будут колебания:

u₆(t)=u₂(t)u₇(t)=0,25U ₁U_гU₇{sin[( _пр1- ₇)t- _с( _с,t)]+sin[( _пр1- ₇)t+ _з( _з,t)]+В.Ч.},

u₉(t)=u ₅(t)u₈(t)=0,25U₁U_гU ₇{-sin[( _пр1- ₇)t- _с( _с,t)]+sin[( _пр1- ₇)t+ _з( _з,t)]+В.Ч.}.

Здесь в В.Ч. входит предыдущие в.ч. и суммарные частоты второго преобразования, которые много больше второй промежуточной частоты _пp2= _пр1- ₇.

Для приведенного выше примера сумма f_пр1+f₇=24+22,41=46,4 МГц>>1,59 МГц и поэтому ФСС, настроенный на f_пр2=1,59 МГц, не пропускает на свой выход частоту 46,4 МГц.

В результате второго преобразования частоты сигналы основного канала на выходе блоков 6 и 9 находятся в противофазе, а сигналы зеркального канала - в фазе. Теперь можно исключить зеркальный канал путем вычитания u₉(t) из u₆(t).

Для этого колебания u₆(t) подаются на один вход сумматора 10 непосредственно, а колебания u₉(t) - на другой его вход через аналоговый фазоинвертор 11, в результате чего на выходе сумматора 10 имеется только колебание основного канала:

u₁₀(t)=u₆(t)-u₉(t)=0,59U ₁U_ГU₇sin[ _пр2t- _c( _c,t)]+В.Ч.

Далее сигнал u ₁₀(t) поступает на вход ФСС 12, пропускающий на свой выход только основной сигнал второй промежуточной частоты _пр и не пропускающий В.Ч. составляющие.

Так фазокомпенсационным способом с помощью введенных элементов подавляется зеркальный канал. Степень этого подавления при одинаковых уровнях сигналов u (t) и u₉(t) определяется выражением: _здб=lgsin0,5 .

Так как фазовому сдвигу на 90° подвергается колебание гетеродина только одной частоты, то можно обеспечить очень малым, вплоть до 7 минут.

В этом случае _з=80 дБ вместо 35, как в прототипе. Так как вторая промежуточная частота низкая ( _пр2< _пр1), то существенно упрощается ФСС на выходе сумматора. Но при втором преобразовании частоты появляется второй зеркальный канал, отстоящий от частоты _пр1 полезного сигнала на 2 _пр2.

Второй зеркальный канал автоматически устраняется, как и первый, фазокомпенсационно, что можно показать аналитически, выделив из u_пр1(t) составляющую, частота которой ниже частоты второго гетеродина ₇ на _пр2.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение качества речевых сообщений за счет подавления побочных каналов приема фазокомпенсационным способом с высокой степенью 80 дБ вместо 35 дБ и упрощения и удешевления приемника.