Фазовый демодулятор

Фазовый демодулятор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

M51) Н 03 Р 3/О 0

Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (?1) 3267183/18-09 (22) 19.01.81 (46) 07. 10.83. Бюл. В 37 (72) A.Ï.Àáðàìîâ, Л.-К.E.Áîíäàðåíêî, В.A.Æóêoâ и Ш.К.Кадышев (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53) 621.376.4(088.8) (56) 1. Тверской В,И. Дисперсионновременные методы измерений спектров радиосигналов. М., "Советское радио"

1974, с. 170, рис. 5-9, 2 Асеев В;П. Фаэовые соотношения в радиотехнике. М., Связьиздат, 1959, с.127-129, рис. 3-27 (прототип), (54)(57) ФАЗОВЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР, содержащий ограничитель, вход которого является входом; фазового демодулятора, . последовательно соединенные первый фазовращатель, первый перемножитель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные второй перемножитель и второй полосовой фильтр, цепь формирования опорного сигнала, общую для первого и второго перемножителей и выполненную в виде после,довательно соединенных генератора . опорного сигнала, третьего перемножителя, сигнальный вход которого является сигнальным входом цепи формирования опорного сигнала, и третьего полосового фильтра, выход которого является выходом цепи формирования опорного сигнала, а также второй фаэовращатель и сумматор, выход которого является выходом фазового демодулятора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности демодуляции частотно модулированного и фаэомодулированного сигналов, между выходом ограничителя и входом первого фаэовращателя в в еде н весовой фильтр, между выходом первого полосового фильтра и первым входом сумматора и между выходом второго полосового фильтра и входом второго фазовращателя введены соответственно первый и второй интеграторы, а также введен четвертый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом ограничителя, а выход — с сигнальными входами второго перемножителя и цепи формирования опорного сигнала, при этом выход второго фазовращателя подклю- чен к второму входу сумматора, а выход цепи формирования опорного сигнала подключен к опорным входам первого и второго перемножителей непосредственно.

104б906

Изобретение относится к аналоговым устройствам обработки сигналов и может быть использовано в радиоизмерительной технике, радиолокации, радионавигации и связи.

Известно устройство измерения функций угловой модуляции, содержащее последовательно соединенные ограничитель, частотный дискриминатор и интегратор. При поступлении частотно-модулированного (ЧМ) сигнала с девиацией Г и средней частотой 1 о на вход ограничителя, он orpae wzaaevcz по амплитуде и подается на вход частотного дискриминатора с центральной. частотой fo .Затем видеосигнал, снимаемый с выхода частотного дискриминатора, амплитуды Ugbg и знак которого определяются величиной и знаком отклонения частоты сигнала на входе частотного дискриминатора от величины Го, поступает на вход интегратора. С выхода интегратора снимается сигнал, огибающая которого несет информацию о функции угловой модуляции 8(t,) входного сигнала.

Частотиый дискриминатор, используемый в данном устройстве, выполнен по типовой схеме. Наиболее употребляемыми являются частотные дискриминаторы балансного типа и частотные дискриминаторы с расстроенными турами. Частотный дискриминатор балансного типа содержит два фильтра, настроенные на среднюю частоту и имеющие слабую индуктивную и сильную емкостную связь, детектирующую цепь и общую нагрузку. Частотный дискриминатор с расстроенными контурами содержит два фильтра, резонансные частоты которых разнесены симметрично относительно средней частоты f на величину + h,fp,детектирующую цепь и общую нагрузку. В результате этого при отклонении частоты входного сигнала от fo на выходе частотного дискриминатора имеет место напряжение, знак и величина которого определяется направлением и величиной отклонения частоты от р .

Сравнение частотных дискриминаторов показывает, что при одинаковой крутизне характеристик частотный дискриминатор на расстроенных контурах при прочих равных условиях требует фильтра с несколько меньшей добротностью. Причем фильтры, используемые в частотных дискриминаторах, могут быть выполнены как из элементов с сосредоточенными параметрами так и из элементов на поверхностных акустических волнах (IIAB) P1) .

Недостатком известного устройства измерения функции угловой модуляции является то, что с его помощью можно обрабатывать лишь частотно-модулированные (ЧМ) сигналы. Если на вход этого устройства поступает фазомодулированный (ФМ ) сигнал, то в моменты скачков фазы на первый и второй фильтры воздействует широкий спектр частот, в результате чего возбудятся оба фильтра.

Их импульсные отклики возникают на разных частотах, но имеют одинаковые огибающие, поэтому после детектирования этих откликов и противофазного их суммирования на общей нагрузке выходной сигнал частотного дискриминатора, а следовательно, и всего устройства равен нулю.

Наиболее близким к предлагаемому является фазовый демодулятор, содержащий;источник входного сигнала с ограничителем, вход которого явля20 ется входом фазового демоцулятора, последовательно соединенные первый фазовращатель,.первый перемножитель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные второй перемно 5 житель и второй полосовой фильтр; цепь формирования опорного сигнала, общую для первого и второго перемножителей, выполненную в виде последовательно соединенных генератора опорного сигнала, третьего перемножителя, сигнальный вход которого является сигнальным входом цепи формирования опорного сигнала, и третьего полосового фильтра, выход котороЕго является выходом цепи формирования опорного сигнала, который соединен с входами первого и второго перемножителей через второй и третий фазовращатели, при этом вход первого фазовращателя и сигнальные входы второго перемножителя и цепи формирования опорного сигнала соединены с выходом ограничителя, выходы первого и второго полосовых фильтров подключены к входам сумматора.

B указанном устройстве входной сигнал со средней частотой Ж перемножается в третьем перемножителе с сигналом генератора опорного сигнала частоты и0< и затем пропускается через фильтр, настроенный на низкую разностную частоту (Ь„ — Ю . Этот фильтр является основополагающим элементом, так как он задает узкую полосу ЬЮф всего устройства, которая может быть легко реализована, так как фильтрация осуществляется на относительно низких частотах (в в

Ф . Вся остальная часть схемы предназначена для того, чтобы вернуться на среднюю частоту Ж,, вход- . ного сигнала, оставаясь при этом в полученной узкой полосе йа ф . Для .этого используется компенсационный метод, позволяющий избежать применения сложных фильтрующих схем, не1046 9А

65 обходимых в этом случае, когда для выделения сигнала частоты и>„используется однократное смешение выходного сигнала узкополосного фильтра с разностной частотой - Ny u гармонического колебания частоты 8)p, При компенсационном методе сигнал разностной частоты Ю вЂ” Ю, выделенный в узкой полосе 6®ф полосовым фильтром, передается в два канала, каждый иэ которых содержит перемножитель, В одном он.перемножается с косинусоидальным колебанием частоты Ю, в результате чего получается сумма двух косийусоид с разностной и суммарной частотами сОБ (٠— 0JQ- Qgg)+ cos (%q — ЮС + Ж ) В другом канале тот же сигнал разностной частоты Nq — Ч> и гармоническое колебание частоты 0 с помощью фазовращателей на П/2 преобразуются в синусоидальный вид, а затем перемножаются друг с другом, при этом произведение двух синусоид sin(HJq — а/g ) и .sin(OJ< ) дает разность косинусоид cos{ q — ы -а ) .

-cos{ Ы вЂ” uJ<+ Ж ) . Вычитая сигналы первого и второго каналов избавляются от разностной частоты (ю„(И вЂ” Ф ) и оставляют суммарную (Uzщ + ug,2 = Wq . Таким образом, осущест. вляется переход на частоту щ, входного сигнала, а полоса этого сигнала при этом такая же как у полосоаого фильтра с низкой средней частотой Kq — +z.и заданной узкой полосой 6,0)y (2).

Недостатком указанного устройства является низкая точность демодуляции, Цель изобретения — повышение точности демодуляции частотно-модулированного и фаэомодулированного сигналов.

Указанная цель достигается тем, что в фазовый демодулятор, содержащий ограничитель, вход которого является входом фазового демодулятора, последовательно соединенные первый фазовращатель, первый перемножитель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные второй перемножитель и второй полосовой фильтр, цепь формирования опорного сигнала, общую для первого и второго перемножителей и выполненную в виде последовательно соединенных генератора опорного сигнала, третьего перемножителя, сигнальный вход которого является сигнальным входом цепи формирования опорного сигнала и третьего полосового фильтра, выход которого является выходом цепи формирования опорного сигнала, а также второй фазовращатель и сумматор,. выход которого является выходом фазового демодулятора, между выходом ограничителя и входом первого фазовращателя введен весовой фильтр, между выходом первого полосового фильтра и первым входом сумматора и между выходом второго полосового фильтра и входом oporo фаэовращателя введены соответственно первый и второй интеграторы, а также введен четвертый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом ограничи10 теля, а выход — с сигнальными входами второго перемножителя и цепи формирования опорного сигнала, при этом выход второго фазовращателя подключен к второму входу сумматора, 15 а выход цепи формирования опорного сигнала подключен к опорным входам первого и второго перемножителей непосредственно.

На фиг. 1 приведена структурная

20 lсхема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — эпюры, поясняющие его рабо ту ° . Фазовый демодулятор содержит ограничитель 1, вход которого является входом фазового демодулятора,. последовательно соедиенные первый фазовращатель 2, первый перемножитель 3, первый полосовой фильтр 4, последовательно соединенные второй перемножитель 5 и второй полосовой фильтр б, цепь 7 формирования опорного сигнала, содержащая генератор 8 опорного сигнала, третий перемножитель 9, и третий полосовой фильтр 10, второй фазовращатель 11, сумматор 12, весовой фильтр 13, первый и второй интеграторы 14 и

15, четвертый полосовой фильтр 16.

Устройство работает следующим образом.

40 При поступлении на его вход ФМ сигнала в виде последовательности четырех элементарных радиоимпульсов, длительностью t> каждый, различной амплитуды с частотой заполнения сУ

45 и скачками фазы íà E (ежду ними.

После ограничителя 1 ФМ сигнал постоянной амплитуды А поступает на входы весового фильтра 13 и четвертого полосового фильтра 16, который имеет ширину полосы пропускания Ю со средней частотой Мо и.обладают задержкой сигнала на, величину

Вид сигнала на выходе ограничителя 1 приведен. на фиг. 2а. Этот сигнал в общем виде можно записать так

Х,(t)=AoCOSt о<+ eN)+q.), Ю где ф, - начальная фаза, e(t) — функция угловой модуляции, которая в пределах одного периода модуляции принимает значение О,П.

Совокупность весового фильтра 13 с первым фаэовращателем 2 на Г обладает общей амплитудно-частотной характеристикой (АХЧ), линейно воз"

1046906 растающей по направлению к верхней частоте полосы пропускания и линейную фазово-частотную характеристику (ФЧХ), сдвинутую íà 7C(Q.относительно начала координат. Таким образом, на выходе первого фазовращателя 2 сигнал имеет вид

Ч (0- -А о С(вр+ В (4)2 1ИЕш6 + 9++Чр 1 (2 ) и представляет собой колебание частоты Юр с комплексной огибающей, пропорциональной мгновенной угловой частоте (фиг. 2б). Из фиг. 2б видно, что этот сигнал имеет разрывы в моменты скачки .фазы на П. Такой сигнал поступает на первый вход первого.перемножителя 3.

Ограниченный сигнал ФМ с выхода ограничителя 1 поступает на вход

1четвертого полосового фильтра 16 с шириной полосы пропускания 6 <6 средней частотой л,обладающего задержкой сигнала t . .Четвертый полосовой фильтр 16 имеет прямоугольную АЧХ и линейную ФЧХ и предназначен для .ограничения в полосе частот ц ширины спектра сигнала, поступающего с выхода ограничителя 1, так как известно, что при ограничении сигнала происходит обогащение его спектра частот, ФМ сигнал Фб()=ДpCOSL(Ngt+9И)+/02 L3) 10

20 где 4 р" г: Ч - начальная фаза генератора 8, который поступает на 45 вторые входы перемножителей 3 и 5.

На выходе перемножителя 3 посредством полосового фильтра 4 выделяется сигнал

Х4(%)=-А,СВ.+Е (k}2qq-qP „g q,) з р+ 2 Sin(„< Ч„л. ) (5 )

В образованный разностью частот и „и О р — <Ю„ колебаний, поступающих на входы перемножителя 3. Этот сигнал представляет собой последовательность четырех элементарных радиоимпульсов постоянной амплитуды частоты ц л, причем разрывы текущей фазы между радиоимпульсами сохраняются, но все радиоимпульсы 60 ! имеют одинаковые начальные фазы.

Он поступает на вход первого интегратора 14, являющегося фильтром со средней частотой OJ., АЧХ, равной модулю функции (я п х}/х, и импульс, 65

50 с выхода четвертого полосового фильтра 16 поступает на входы второ.го и третьего перемножителей 5 и 9.

На второй вход перемножителя 9 поступает гармоническое колебание частоты Ofq от генератора 8. На выходе перемножителя 9 посредством полосового фильтра 10 выделяется ФМ сигнал разностной частоты Юр — Фл 40 а именно

Ч ой)=А. со Г(жди„> в +Ч„1 (4) ной характеристикой в виде радиоимпульса с прямоугольной огибающей частоты ии и длительностью Т, значительно превышающей длительность элементарного импульса во входном ФМ сигнале, но не меньше длительности всего входного сигнала. Реакция интегратора 14 на каждый элементарный радиоимпульс постоянной амплитуды A длительностью t и частотой О)„ входного сигнала представляет. собой свертку элементарного радиоимпульса с импульсной характеристикой интегратора 14. Таким образом, от каждого элементарного радиоимпульса входного сигнала на выходе интегратора 14 получается радиоимпульс с частотой заполнения у„, длительностью T + t огибающая которого линейно растет на интервале времени t, постоянна на интервале времени Т и линейно спадает на интерва- ле времени длительностью Си . Эти отклики интегратора 14 на каждый, элементартный импульс запаздЫвают относительно друг друга на величину t, также как и элементарный радиоимпульс во входном сигнале интегратора 14, и суммируются в нем синфазно, так как начальные фазы всех элементарных радиоимпульсов равны, Следовательно сигнал на выходе интегратора 14 (фиг. 2в) представляет собой радиоимпульс вида

}(14(}-А1(t)S(1Ч1+Ц (6) длительностью (ьых зч где Т вЂ” длительность импульсной характеристики интегратора 14 t

ЬХ длительность ФМ сигнала. При 8х = Т, т.е, ых = 2Т, огибающая А (t } этого сигнала пропорциональна текущей фазе Ч,„(<) =и)р+ g(<) (7) входного сигнала на временном интервале от начала отклика интегратора 11 до Т, а во второй его половине от Т до 2Т огибающая A„(t} пропорциональна зеркальной текущей фазе. Этот сигнал поступает на первый вход сумматора 12.

На второй вход сумматора 12 подается проинтегрированный и сдвинутый по фазе на 7г)Q. сигнал, который образуется: на выходе перемножителя 5, На первый вход.перемножителя 5 с выхода полосового фильтра 16 поступает ФМ сигнал длительностью t представляющий собой последовательность четырех радиоимпульсов одинаковой амплитуды со средней частотой Юр и со скачками фазы на 1 между ними.

На второй вход перемножителя 5 поступает ФМ сигнал с выхода полосового фильтра 10, который отличается от подаваемого на первый вход только средней частотой заполнения, равной C o - 0,» На выходе перемножителя 5 образуются сигналы суммарной

1046906 и разностной частоты. Сигнал разностной частоты 04 — ok — ® = Ы выделяется полосовым фильтром 6 и представляет собой радиоимпульс с постоянной . амплитудой, длительностью с@„и частотой заполнения uuq(фиг. 2г), т.е.

Х(,(Ь) =A„cOS(ovq 4 -Ч ) (8)

Этот сигнал поступает на вход второго интегратора 15, характеристики которого такие же как у первого интегратора 14 ° Выходной сигнал интегратора 15 (фиг. 2д) представляет собой радиоимпульс Х (Ц = A ($) о (<ф — Vq ) (9) длительностью t

Т + t>> . При tgg = Т, т.е. С,,х=

2Т, огибающая А (1) этого сигнала имеет на временйом интервале от начала отклика интегратора 15 до Т треугольную форму и пропорциональна линейному фаэовому члену входного ФМ сигнала tdq t, а во второй половине отклика от Т до 2Т пропорциональна зеркальному линейному фазовому члену

Чтобы получить на выходе сумматора 12 функцию угловой модуляции Я (t) входного ФМ сигнала, необходимо устранить линейный фазовый член Ob t в выходном сигнале первого интегратора 14 для чего из этого сигнала нужно вычесть выходной сигнал второго интегратора 15. Поэтому перед суммированием выходиой сигнал интегратора 14 поступает на фаэовращатель 11 íà KJg . Поскольку этот сигнал узкополосный, то сдвиг фазы г® эквивалентен введению дополнительной задержки этого сигнала ° такой, чтобы набег фазы равнялся

4. на частоте Qf bt = <<È . При этом

5 сигнал на выходе фазоврашателя 11 имеет вид X«5).A<(t)coo(w„t-,- )=

-А КвЬМ-V,). (0)

Кроме того, необходимо, чтобы амплитуды сигналов на входах интеграто о ров 14 и 15 были равны, Таким образом, на сумматор 12 подаются два колебания, различающиеся на фазе на величину й-Х Ц)А„()уи (эА-Ч +Чс)(ЙМ Х ®)=Л й)чи (щЕ-Чу) (ц)

Сигнал на выходе сумматора имеет вид (фиг. 2е)., Хн(О=СА И)-Атй) )да (щ -Е-Ч tli).

Огибающая этого сигнала," равная

А, (t ) - A (t) пропорциональна функ7О ции угловой модуляции g (t) входного ФМ сигнала на временном интерва ле от начала отклика сумматора 12 до Т, во второй его половине от T до 2Т огибающая A„(t) — Az(t) пропорциональна,зеркальной функции уг- ловой модуляции.

Предлагаемый фазовый демодулятор позволяет однозначно определить функцию угловой модуляции частотно.модулированных и фазомадулированных сигналов, что расширяет функциональные возможности устройств обработки, в которых ойо используется, и позволяет повысить точность.

1046906

>e(<) ХцЯ

Составитель Л.Ананьева

Техред T.Маточка Корректор А.Ильин

Редактор Ю.Середа

Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 7750/55 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб, д. 4/5