Супергетеродинный приемник-частотомер

Супергетеродинный приемник-частотомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемый супергетеродинный приемник-частотомер относится к радиотехнике и может использоваться в качестве панорамного, супергетеродинного приемника с частотным анализом, работающим в условиях приема в широком динамическом и частотном диапазонах.

Известные супергетеродинные приемники, осуществляющие перенос сигналов в полосу промежуточных частот с помощью смесителя и гетеродина, помимо измерительного канала, как правило, формируют специальный канал защиты от приема на зеркальной частоте, поскольку прием сигналов в зеркальной полосе частот вносит неопределенность и грубую ошибку в измерение таких основных параметров сигнала, как частота и фаза. Сложность канала защиты от приема на зеркальной частоте возрастает по мере расширения диапазона частот и динамического диапазона принимаемых сигналов, см. Ball D.M., Disman R.I., Receiver system including spurious signal detector, патент США № 3396395, 06.08.1968 г.

Известен супергетеродинный приемник, см. патент США № 3936753, 03.02.1976 г., МПК Н 04 В 1/32, в котором реализован фазовый способ защиты от приема на зеркальной частоте. Устройство содержит измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных усилителя, смесителя, ко второму входу которого подключен гетеродин, усилителя промежуточной частоты и измерителя промежуточной частоты, дополнительный фазовый канал защиты от приема на зеркальной частоте и решающее устройство, запрещающее прием при попадании сигнала в зеркальную полосу частот.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является супергетеродинный приемник мгновенного измерения частоты, описанный в статье "Приемные устройства систем радиоэлектронной борьбы", Щербак В.И., Водянин И.И., Зарубежная радиоэлектроника № 5, 1987 г. Устройство содержит последовательно соединенные усилитель, смеситель (преобразователь), ко второму входу которого подключен гетеродин, измеритель промежуточной частоты, дополнительный амплитудный канал защиты от приема на зеркальной и комбинационных частотах и решающее устройство - формирователь выходного сигнала.

Недостатком устройства, кроме сложного канала защиты, является прием и измерение параметров сигнала только в основной полосе приема, образующейся на выходе преобразователя.

Задачей изобретения является упрощение супергетеродинного приемника моноимпульсного измерения частоты и обеспечение узкополосного одновременного приема и измерения параметров как на основной, так и на зеркальной частоте сигнала. Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель входных сигналов, первый смеситель, первый полосовой фильтр промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, первый амплитудный компаратор, выход которого подключен к первому входу решающего устройства, и источник опорного напряжения, первый выход которого подключен ко второму входу амплитудного компаратора, причем ко второму входу смесителя подсоединен выход первого гетеродина, вход которого соединен с первым выходом схемы управления частотой гетеродинов, третий выход которой соединен со вторым входом решающего устройства, введены второй гетеродин и последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр промежуточной частоты, второй амплитудный детектор, второй амплитудный компаратор, выход которого соединен с третьим входом решающего устройства, причем ко второму входу второго амплитудного компаратора подключен второй выход источника опорного напряжения, вход второго гетеродина соединен со вторым выходом схемы управления частотой гетеродинов, а выход подключен ко второму входу второго смесителя.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема цифрового синтезатора частоты гетеродина; на фиг.3 - частотная диаграмма, иллюстрирующая прием в основной и зеркальной полосе.

Супергетеродинный приемник-частотомер содержит усилитель 1 входных сигналов, первый 2 и второй 3 смесители, первый 4 и второй 5 гетеродины, первый 6 и второй 7 полосовые фильтры промежуточной частоты, первый 8 и второй 9 усилители промежуточной частоты, первый 10 и второй 11 амплитудные детекторы, первый 12 и второй 13 амплитудные компараторы, решающее устройство 14, источник опорного напряжения 15 и схему управления частотой гетеродинов 16. Причем к выходу усилителя входных сигналов 1 последовательно подключены первый смеситель 2, ко второму входу которого подсоединен первый гетеродин 4, первый полосовой фильтр промежуточной частоты 6, первый усилитель промежуточной частоты 8, первый амплитудный детектор 10, первый амплитудный компаратор 12, ко второму входу которого подсоединен первый вход источника опорного напряжения 15 и первый вход решающего устройства 14. Дополнительно к выходу усилителя 1 последовательно подключены второй смеситель 3, ко второму входу которого подсоединен второй гетеродин 5, второй полосовой фильтр промежуточной частоты 7, второй усилитель промежуточной частоты 9, второй амплитудный детектор 11, второй амплитудный компаратор 13, ко второму входу которого подсоединен второй вход источника опорного напряжения 15 и третий вход схемы решающего устройства 14. Ко входу первого гетеродина 4 подсоединен первый выход схемы управления частотой гетеродинов 16, второй выход которой подсоединен ко входу второго гетеродина 5. Третий выход схемы управления 16 подсоединен ко второму входу решающего устройства 14.

Супергетеродинный приемник-частотомер работает следующим образом. Сигнал с антенны А поступает на вход усилителя 1, с выхода усилителя 1 сигнал подается на вход смесителя 2 (3), на второй вход которого подается сигнал гетеродина 4 (5). На выходе смесителя 2 (3) выделяется сигнал разностной (промежуточной) частоты f_ПЧ=|f_Г-f_С| с помощью полосового фильтра промежуточной частоты 6 (7). Поиск входных сигналов в полосе приема

где f_В - верхняя частота приема;

f_Н - нижняя частота приема;

осуществляется за счет перестройки гетеродина 4 (5), на вход которого поступает сигнал управления из схемы управления частотой гетеродинов 16. Гетеродин 4 (5) выполняется как цифровой синтезатор частоты, структурная схема которого показана на фиг.2. Сигнал частотой f_ОБР с выхода генератора образцовой частоты 17 поступает на первый вход интегральной схемы 18, выход которой через фильтр низкой частоты 19 поступает на вход генератора, управляемого напряжением (ГУН) 20. Второй вход интегральной схемы 18 подсоединен к выходу ГУН 20, который является выходом гетеродина 4 (5). На третий вход интегральной схемы 18 поступает сигнал управления с коэффициентом деления, соответствующим заданной частоте гетеродина f_Г. Тип интегральной схемы (ИС) 18, которая включает в себя частотно-фазовый детектор, делитель образцовой частоты и программируемый делитель частоты гетеродина выбираются в зависимости от диапазона входных частот приемника Δf_C. При работе в диапазоне частот до нескольких ГГц удовлетворяет, например, ИС типа AD4153 фирмы Analog Devices. Работу до 900 МГц обеспечивает отечественная ИС типа КН1015ПЛ5А (см. Радио, 1999, № 5, с.45-46).

Полоса одновременного приема (ΔF) всего устройства формируется с помощью полосового фильтра 6 (7), ширина полосы (ΔF_ПЧ) которого равна

Ширина спектра (ΔF_С) любого из входных сигналов не превышает полосы пропускания тракта промежуточной частоты, т.е.

Частота f_Г1 первого гетеродина 4 выбирается ниже частоты f_Г2 второго гетеродина 5, так что при поиске сигналов в полосе Δf_С всегда сохраняется условие f_Г2>f_Г1 и

На фиг.3 представлена частотная диаграмма, иллюстрирующая прием в основной полосе, когда выполняется условие

и в зеркальной полосе приема, когда выполняется условие

В рассматриваемом случае узкополосного приема выполняется также условие

При попадании входного сигнала f_С в основную полосу частот сигнал промежуточной частоты (ПЧ) проходит без ослабления полосовой фильтр 6, средняя частота которого выбирается, равной

С выхода фильтра 6 сигнал ПЧ усиливается усилителем промежуточной частоты 8 и поступает на амплитудный детектор 10, детектируется и поступает на первый вход амплитудного компаратора 12, на второй вход которого подается опорное пороговое напряжение (U_ПОР), превышающее уровень тепловых шумов приемного тракта (обычно на 10 дБ). При превышении уровня сигнала величины U_ПОР компаратор срабатывает и выдает на вход решающего устройства 14 видеосигнал, свидетельствующий о наличии сигнала f_С на входе приемника. В это время во втором канале приемного устройства сигнал промежуточной частоты f_ПЧ не попадает в полосу фильтра 7, средняя частота которого выбирается, равной

и, соответственно, отсутствует видеосигнал на третьем входе решающего устройства 14. При наличии видеосигнала на первом входе и отсутствии на третьем решающее устройство вычисляет код частоты принимаемого сигнала в основной полосе приема по формуле

Когда сигнал попадает в зеркальную полосу приема, см. фиг.3, сигналы промежуточной частоты проходят без ослабления как полосовой фильтр 6 в первом канале, так и полосовой фильтр 7 во втором канале. После детектирования и срабатывания амплитудных компараторов 12 и 13 видеосигналы будут присутствовать одновременно на первом и третьем входах решающего устройства 14, которое в этом случае вычисляет код частоты принимаемого сигнала по формуле

Текущий код частоты гетеродина f_Г поступает с третьего выхода схемы управления частотой гетеродинов 16 на второй вход решающего устройства 14. Код промежуточной частоты f_ПЧ1 является заданным и хранится в памяти решающего устройства. Ошибка в определении промежуточной частоты не превышает половины полосы узкополосного фильтра 6 в первом канале приемника.

Таким образом, вместо использования сложного канала защиты от приема на зеркальной частоте, предлагаемое устройство путем введения второго гетеродина и последовательно соединенных второго смесителя, второго полосового фильтра, второго усилителя промежуточной частоты, второго амплитудного детектора и второго амплитудного компаратора позволяет осуществлять узкополосный прием и измерение частоты как в основной, так и в зеркальной полосе частот.

Супергетеродинный приемник-частотомер, содержащий последовательно соединенные усилитель входных сигналов, первый смеситель, первый полосовой фильтр промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, первый амплитудный компаратор, выход которого подключен к первому входу решающего устройства, причем ко второму входу смесителя подсоединен выход первого гетеродина, вход которого соединен с первым выходом схемы управления частотой гетеродинов, третий выход схемы управления соединен со вторым входом решающего устройства, второй вход первого амплитудного компаратора соединен с первым выходом источника опорного напряжения, отличающийся тем, что введены второй гетеродин и последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр промежуточной частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй амплитудный детектор и второй амплитудный компаратор, причем первый вход второго смесителя подсоединен к выходу усилителя входных сигналов, второй вход второго смесителя соединен с выходом второго гетеродина, вход которого соединен со вторым выходом схемы управления частотой гетеродинов, второй вход второго амплитудного компаратора подключен ко второму выходу источника опорного напряжения, выход второго амплитудного компаратора соединен с третьим входом решающего устройства, которое при наличии видеосигнала на первом входе и отсутствии видеосигнала на третьем входе вычисляет код частоты f_c=f_осн=f_г1+f_пч1, где f_г1 - текущий код частоты первого гетеродина, f_пч1 - средняя частота первого полосового фильтра промежуточной частоты, а при наличии видеосигналов на первом и втором входах вычисляет код частоты принимаемого сигнала в зеркальной полосе приема по формуле f_c=f_зерк=f_г1-f_пч1, при этом текущий код частоты первого гетеродина поступает на второй вход решающего устройства, частота первого гетеродина выбирается ниже частоты второго гетеродина, разнос частот гетеродинов при их перестройке сохраняется постоянным, а средняя частота второго полосового фильтра промежуточной частоты превышает среднюю частоту первого полосового фильтра промежуточной частоты на величину разноса частот гетеродинов.