SU1046906A1 - Фазовый демодул тор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к аналоговым устройствам обработки сигналов и может быть и-спользовано в рещиоизмерительной технике, радиолокации радионавигации и св зи. Известно устройство измерени  функций угловой модул ции, содержащее последовательно соединенные ограничитель, частотный дискриминатор и интегратор. При поступлении частотно-модулированного (ЧМ) сигна ла с девиацией дГо, и средней частотой to на вход ограничител  он ограничиваетс  по амплитуде и подаетс  на вход частотного дискриминатора с центральной.частотой fp.Затем видеосигнал, снимаемый с выхода час тотного дискриминатора, амплитуДи знак которого определ ютс  величинюй и знаком отклонени  часто ты сигнала на входе частотного дискриминатора от величины f , поступа ет на вход интегратора. С выхода, ин тегратора снимаетс  сигнал, огибающа  которого несет информацию о фун ции угловой модул ции- 9(t) входного сигнала. ЧастотнЕлй дискриминатор, используемый в данном устройстве, выполне по типовой схеме. Наиболее употребл емыми  вл ютс  частотные дискримина торы балансного типа и частотные дискриминаторы с расстроенными контурами. Частотный дискриминатор балансного типа содержит два фильтра , настроенные на среднюю частоту и имеющие слабую индуктивную и силь ную емкостную св зь, детектирующую цепь и общую нагрузку. Частотный дискриминатор с расстроенными контурами содержит два фильтра, резонансные частоты которых разнесены симметрично относительно средней частоты fp на величину ± Ь.т ,детектирующую цепь и общую нагрузку. В результате этого при отклонении частоты входного сигнала от fo на выходе частотного дискриминатора имеет место напр жение, знак и величина которого определ етс  направ лением и величиной отклонени  частоты от TO . I Сравнение частотных дискриминато ров показывает, что при одинаковой крутизне характеристик частотный дискриминатор на расстроенных контурах при прочих равных услови х требует фильтра с несколько меньшей добротностью. Причем фильтры, исполь зуемые в частотных дискриминаторах, могут быть выполнены как из элементов с сосредоточенными параметрами так и из элементов на поверхностных акустических волнах |.ПАВ) Недостатком известного устройства измерени  функции угловой модул ции  вл етс  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 возбуд тс  оба фильтра. Их импульсные отклики возникают на разных частотах, но имеют одинаковые огибающие, поэтому после детектировани  этих откликов и противофазного их суммировани  на общей нагрузке выходной сигнал частотного дискриминатора, а следовательно, и всего устройства равен нулю. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  фазовый демодул тор, содержащий источник входного сигнала с ограничителем, вход которого  вл етс  входом фазового демодул тора, последовательно соединенные первый фазовращатель, первый перемножитель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные второй перемножитель и второй полосовой фильтр; цепь формировани  опорного сигнала, общую дл  первого и второго перемножителей , выполненную в виде последовательно соединенных генератора опорного сигнала, третьего перемножител , сигнальный вход которого  вл етс  сигнальным входом цепи формировани  опорного сигнала, и третьего полосового фильтра, выход которо-. го  вл етс  выходом цепи формировани  опорного сигнала, который соединен с входами первого и второго перемножителей через второй и третий фазовращатели, при этом вход первого фазовращател  и сигнальные входы второго перемножител  и цепи формировани  опорного сигнала соединены с выходом ограничител , выходы первого и второго полосовых фильтров подключены к входам сумматора. В указанном устройстве входной сигнал со средней частотой tf перемножаетс  в третьем перемножителе с сигналом генератора опорного сигнала частоты (si)ti и затем пропускаетс  через фильтр,.настроенный на низкую разностную частоту (i - Lf. Этот фильтр  вл етс  основополагающим элементом, так как он задает узкую полосу Л Шф всего устройства, котора  может быть легко реализована, так как фильтраци  осуществл етс  на относительно низких частотах си ($)г . Вс  остальна  часть схемы предназначена дл  того, чтобы вернутьс  на среднюю частоту % , вход- ного сигнала, остава сь при этом в полученной узкой полосе . Дл  этого используетс  компенсационный метод, позвол ющий избежать применени  сложных фильтрующих схем, необходимых в этом случае, когда дл  выделени  сигнала частоты ш исполь зуетс  однократное смешение выходного сигнала узкополосного фильтра с разностной частотой W - i, и га монического колебани  частоты (И. При компенсационном методе сигнал разностной частоты Щ| - tf , выделенный в узкой полосе ДОф полосовым фильтром, передаетс  в два канала, каждый из которых содержит перемножутель, В одном он перемножаетс  с косинусоидальным колебани ем частоты . / результате чего получаетс  сумма двух косинусоид с разностной и суммарной частотами cos ( а2)+ cos(a - + В другом канале тот же сигнал разностной частоты и/у) - UJ и з армоническое колебание частоты помощью фазовращателей на П/2 преобразуютс  в синусоидальный вид, а затем перемножаютс  друг с другом, при этом произведение двух синусоид sin( иЦ - ifii ) и .sin( UD ) дает разность косинусоид cos( - -cost, UJ) - (Юс + ) . Вычита  сигналы первого и второго каналов избавл ютс  от разностной частоты ( щ - tis) и оставл ют суммарную w . i . Таким образом, осущес вл етс  переход на частоту у входного сигнала, а полоса этого сигнала при этом така  же как у полосового фильтрас низкой средней частотой i заданной узкой полосой ( Шф 2. Недостатком указанного устройства  вл етс  низка  точность демодул ции Цель изобретени  - повышение точ ности демодул ции частотно-модулированного и фазомодулированного сиг налов. Указанна  цель достигаетс  тем, что в фазовый демодул тор, содержащий ограничитель, вход которого  вл етс  входом фазового демодул то ра, последовательно соединенные пер вый фазовращатель, первый перемножитель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные второй перемножитель и второй полосовой фильтр, цепь формировани  опорного сигнала, общую дл  первого и второго перемножителей и выполненную в виде последовательно соединенных генератора опорного сигнала, третье го перемножител , сигнальный -вход которого  вл етс  сигнальным входом цепи формировани  опорного сигнала и третьего полосового фильтра,.выход которого  вл етс  выходом цепи формировани  опорного сигнала, а также второй фазовращатель и сумматор , выход которого  вл етс  выходом фазового демодул тора, между выходом ограничител  и входом первого фазовращател  введен весовой фильтр, между выходом первого полосового фильтра и первым входом сумматора и между выходом второго полосового фильтра и входом .о фазовращател  введены соответственно первый 1Г второй интегратоЕи, а также введен четвертый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом ограничител , а выход - с сигнальными входами второго перемножител  и цепи формировани  опорного сигнала, при этом выход второго фазовращател  подключен к второму входу сумматора, а выход цепи формировани  опорного сигнала подключен к опорным входам первого и второго перемножителей непосредственно, Нафиг, 1 приведена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - эпюры, по сн надие его работу .. Фазовый демодул тор содержит ограничитель 1, вход которого  вл етс  входом фазового демодул тора,последовательно соедиенные первый фазовращатель 2, первый пёремножитель 3 первый полосовой фильтр 4, последовательно соединенные второй перемножитель 5 и второй полосовой фильтр 6, цепь 7 формировани  опорного сигнала, содержаща  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. При поступлении на его вход ФМ сигнала в виде последовательности четырех элементарных радиоимпульсов, длительностью ty, каждый, различной амплитуды с частотой заполнени  Wf, и скачками фазы на Т цежду ними. После ограничител  1 ФМ сигнал посто нной амплитуды Ад поступает на входы весового фильтра 13 и четвертого полосового фильтра 1Б, который имеет ширину полосы пропуекани  Дс со средней частотой ОЦ, и.обладают задержкой сигнала на. величину Ър , Вид сигнала на выходе ограничител  1 приведе1 на фиг, 2а, Этот сигнал в общем виде можно записать XiU)-AoC05tu;o-t- -® -t)i-4o, U) где tfj - начальна  фаза; eit) - функци  угловой модул ции , котора  в пределах , одного периода модул ции принимает значение О,П. Совокупность весового фильтра 13 с первым фазовращателем 2 на T/i j)6-, ладает общей амплитудно-частотной характеристикой 1АХЧ), линейно возрастающей по направлению к. верхней частоте полосы пропускани  и линей ную фазово-частогную характеристику (ФЧХ) , сдвинутую на тс/й относительно начала координат. Таким об разом, на выходе первого фазовраща тел  2 сигнал имеет вид (iU)-Ао Cli;o + fc(-t) sinLuJoi -&t 3 ( 2) и представл ет собой колебание час тоты Щ с комплексной огибающей, пропорциональной мгновенной углово частоте (фиг. 2б). Из фиг. 26 видно/ что этот сигнал имеет разрывы в моменты скачки .фазы на П. Такой сигнал поступает на первый вход первого перемножител  3. Ограниченный сигнал ФМ с выхода ограничител  1 поступает на вход V четвертого полосового фильтра 16 с шириной полосы пропускани  Л tsj средней частотой tiJo ,обладающего задержкой сигнала t . Четвертый по лосовой фильтр 16 имеет пр моугольную АЧХ и линейную ФЧХ и предназначен дл  .ограничени  в полосе частoт i ширины спектра сигнала, поступающего с выхода ограничител  1, так как известно, что при ограничении сигнала происходит обоггицение его спектра частот. ФМ сигнал X-l6(:)tAoCOS :U)) с выхода четвертого полосового фильтра 16 поступает на входы второ . го и третьего перемножителей 5 и 9. На второй вход перемножител  9 поступает гармоническое колебание ч,ас тоты (Л от генератора 8. На выходе перемножител  9 посредством поло сового фильтра 10 выдел етс  ФМ сиг нал разностной частоты ttb - -f , а именно i oW AoCosC(u;o-№i)-kf-9t t-Vi 3.1 Г где Lf (у tf г- г начальна  фаза генератора 8, который поступает на вторые входы перемножителей 3 и 5. На выходе перемножител  3 посредством полосового фильтра 4 выдел етс  сигнал ) )--AitWo+eC-t)iyiLmii-4rb -A,tUJote4-t)35ivi(.ui t Vr4K) (5), образованный разностью частот - iV колебаний, поступающих на входы перемножител  3. Этот сигнал представл ет собой последовательность четырех элементарных радиоимпульсов посто нной амплитуды частоты и/и , причем разрывы текущей фазы между радиоимпульсами сохран ютс , но все радиоимпульсы имеют одинаковые начальные фазы. Он поступает на вход первого интегратора 14,  вл ющегос  фильтром со средней частотой (V. , АЧХ, равной модулю функции (sin х)/х, и импульс НОЙ характеристикой в виде радиоимпульса с пр моугольной огибающей частоты ш., и длительностью Т, значительно превышающей длительность элементарного импульса во входном ФМ сигнале, но не меньше длительности всего входного сигнала. Реакци  интегратора 14 на каждый элементарный радиоимпульс посто нной амплитуды А длительностью ty, и частотой tf входного сигнала представл ет собой свертку элементарного радиоимпульса с импульсной характеристикой интегратора 14. Таким образом, от каждого элементарного радиоимпульса входного сигнала на выходе интегратора 14 получаетс  радиоимпульс с частотой заполнени  ц t длительностью У + ,, огибающа  которого линейно растет на интервале времени tyj , посто нна на интервалевремени Т и линейно спадает на интервале времени длительностью t. Эти отклики интегратора 14 на каждый элем.ентартный импульс запаздывают относительно друг друга на величину ty,, также как и элементарный радиоимпульс во входном сигнале интегратора 14, и суммируютс  в нём синфазно, так как начальные фазы всех элементарных радиоимпульсов равны. Следовательно сигнал на выходе интегратора 14 (фиг. 2в) представл ет собой радиоимпульс вида )-A-,U)S « ai-rg -itT(;) f6) длительностью , где Т - длительность импульсной характеристики интегратора 14/ tp,длительность ФМ сигнала. При tg, Т, т.е. 2Т, огибающа  А .(t) этого сигнала пропорциональна текущей а зе 4j (-t)(-t) (7) входного сигнала на временном интервале от начала отклика интегратора 11 до Т, а во второй его половине от Т до 2Т i огибающа  A(t) пропорциональна зеркальной текущей фазе. Этот сигнал поступает на первый вход сумматора 12. На второй вход сумматора 12 подаетс  проинтегрированный и сдвинутый по фазе на 7Г/2 сигнал, который образуетс : на выходе перемножител  5. На первый вход перемножител  5 с выхода полосового фильтра 16 поступает ФМ сигнал длительностью tg, , представл ющий собой последовательность четырех радиоимпульсов одинаковой амплитуды со средней частотой (Ар и со скачками фазы на ТГ между ними. На второй вход перемножител  5 поступает ФМ сигнал с выхода полосового фильтра 10, который отличаетс  от подаваемого на первый вХод только среэдней частотой заполнени , равной 0 - ft-fN На выходе перемножител  5 образуютс  сигналы суммарной

и разностной частоты. Сигнал разностной частоты uip - at - u w вьщел етс  полосовым фильтром 6 и представл ет собой радиоимпульс с посто нной амплитудой, длительностью частотой заполнени  . 2г), т.е. УбОь) (оУ4 -t-iPr ) . (8) Этот сигнал поступает на вход

второго интегратора 15, характеристики которого такие же как у первого интегратора 14. Выходной сигнал интегратора 15 (фиг. 2д) представл ет собой радиоимпульс ) Aji.C) cos ( oij-t ) (9) длительностью 1: Т + tpJ . При tftx т, т.е. tgjj,y 2Т, огибающа  этого сигнала имеет на временном интервале от начала отклика интегратора 15 до Т треугольную форму и пропорционгшьна линейному фазовому члену входного ФМ сигнала , а во второй половине

от Т до 2Т пропорциональна зеркальному ли1|ейному фазовому члену

Чтобы получить на выходе сумматора 12 функцию угловой модул ции Q (t) входного ФМ сигнала, необходимо устранить линейный фазовый член t в выходном сигнале первого интегратора 14 дл  чегр из этого сигнала нужно вычесть вшходной сигнал второго интегратора 15. Поэтому перед суммированием выходйой сигнгш интегратора 14 поступает на фазовращатель 11 на ТС/ . Поскольку

этот сигнал узкополосный, то сдвиг

фазытг/а эквивалентен введению дополнительной задержки этого сигнала такой, чтобы набег фазы равн лс  на частоте . При этом сигнал на выходе фазовращател  11 имеет вид 1 Д : ЛгШсо5(.)--AaWsinCu/H-ifrK () Кроме того, необходимо, чтобы амплитуды сигналов на входах интеграторов 14 и 15 были равны.

Таким образом, на сумматор 12 подаютс  два колебани , различающиес  на фазе на величину Т Х дС-СЬ ЛД4)sin (цм-Ь- Чг tTt) ( )sin (i -t-JlV) С) Сигнал на дыходе сумматора имеет вид (фиг. 2е). - . .

Xn(O--CA-Ittl-AaU) (lUi-l- r tTf) Огибающа  этого сигнала, равна  A(t) - ) пропорциональна функции угловой модул ции 9 (t) входного ФМ сигнала на временном интбрвале от начала отклика сумматора 12 до Т, во второй его половине от Т до 2Т огибающа  А (t) - ,) пропорциональна .зеркальной функции угловой модул ции.

Предлагаемый фазовый демодул тор позвол ет однозначно определить функцию угловой модул ции частотномодулированных и фазомодулированных сигналов, что расшир ет функциональные возможности устройств обработки, в которых оно используетс , и позвол ет повысить точность.

л

Xaft)

/

/wvuwv

Claims (1)

1. ФАЗОВЫЙ ДЕМОДУЛЯТОР,содержащий ограничитель, вход которого является входом; фазового демодулятора, последовательно соединенные первый фазовращатель, первый перемножитель й 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, о т л и ч а ющ и й с я тем,, что, с' целью повышения точности демодуляции частотномодулированного и фазомодулированного сигналов, 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 второго фазовращателя вве- <g дены 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 подключен к второму входу сумматора, а выход цепи формирования опорного сигнала подключен к опорным входам первого и второго перемножителей непосредственно.

   SU „,1046906