Фазовый демодулятор

ОП Н АВ Е ИЗОБРЕТЕНИ онноктров радио жду тра ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский институт авиационного приборостроения53) 621.376.4(088.8)(56) 1. Тверской В.И. Дисперсивременные методы измерений сперадиосигналов. М., "Советское1974, с. 170, рис. 5-9,2 Асеев Б;П, Фаэовые соотношенияв 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 первыйфазовращатель, первый перемножительй 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 генератораопорного сигнала, третьего перемножителя, сигнальный вход которогоявляется сигнальным входом цепи формирования опорноро сигнала, итретьего полосового фильтра, выходкоторого является выходом цепи формирования опорного сигнала, а такжевторой фаэовращатель 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 фаэомодулированного сигналов, между выходом ограничителя и входом первого фазовращателя введен весовой фильтр, междувыходом первого полосового фильтраи первым входом сумматора и мевыходом второго полосового Фильи входом второго Фазовращателя введены соответственно первый и второйинтеграторы, а также введен четвертый полосовой фильтр, вход которогосоединен с выходом ограничителя,а выход - с сигнальными входамивторого перемножителя и цепи формирования опорного сигнала, при этомвыход второго фазовращателя подклю-чен к второму входу сумматора, авыход цепи формирования опорногосигнала подключен к опорным входампервого и второго перемножителейнепосредственно,40 50 55 60 65 Изобретение относится к аналоговым устройствам обработки сигналови может быть использовано в радиоизмерительной технике, радиолокации,радионавигации и связи.Известно устройство измеренияФункций угловой модуляции, содержащее последовательно соединенныеограничитель, частотный дискриминатор и интегратор. При поступлениичастотно-модулированного ЧМ) сигнала с девиацией г и средней частотой 1 о на вход ограничителя, он ограничивается по амплитуде и подается на вход частотного дискриминатора с центральной частотой Го,Затемвидеосигнал, снимаемый с выхода частотного дискриминатора, амплитуды Брея и знак которого определяютсявеличиной 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 Э(1) входного сигнала,Частотиый дискриминатор, используемый в данном устройстве, выполненпо типовой схеме. Наиболее употребляемыми являются частотные дискриминаторы балансного типа и частотныедискриминаторы с расстроеннымиконтурами. Частотный дискриминаторбалансного типа содержит два фильтра, настроенные на среднюю частотуи имеющие слабую индуктивную и сильную емкостную связь, детектирующуюцепь и общую нагрузку. Частотныйдискриминатор с расстроенными контурами содержит два фильтра, резонансные частоты которых разнесенысимметрично относительно среднейчастотына величину + 6 гр,детектирующую цепь и общую нагрузку, Врезультате этого при отклонениичастоты входного сигнала от Го навыходе частотного дискриминатораимеет место напряжение, знак и величина которого определяется направлением и величиной отклонения частоты от Гр е Сравнение частотных дискриминаторов показывает, что при одинаковойкрутизне характеристик частотныйдискриминатор на расстроенных контурах при прочих равных условияхтребует Фильтра с несколько меньшейдобротностью, Причем Фильтры, используемые в частотных дискриминаторах,могут быть выполнены как из элементов с сосредоточенными параметрамитак и из элементов на поверхностныхакустических волнах 1 ПАВ) 11,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 напервый и второй фильтры воздействует широкий спектр частот, в результате чего возбудятся оба фильтра,Их импульсные отклики возникаютна 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 сигналас ограничителем, вход которого явля 20 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 генератораопорного сигнала, третьего перемножителя, сигнальный вход которого является сигнальным входом цепи формирования опорного сигнала, и третьего полосового фильтра, выход которофго является выходом цепи формирования опорного сигнала, который соединен с входами первого и второгоперемножителей через второй и третий Фазовращатели, при этом вход первого фазовращателя и сигнальныевходы второго перемножителя и цепиФормирования опорного сигнала соединены с выходом ограничителя, выходыпервого и второго полосовых фильтров подключены к входам сумматора,В указанном устройстве входной сигнал со средней частотой Ю перемножается в третьем перемножителе с сигналом генератора опорного сигнала частоты а и затем пропускается через Фильтр, настроенный на низкуюразностную частоту Ь - Ю. Этотфильтр является основополагающимэлементом, так как он задает узкуюполосу Ь М/ф всего устройства, которая может быть легко реализована,так как фильтрация осуществляетсяна относительно низких частотах В -Ф . Вся остальная часть схемыпредназначена для того, чтобы вернуться на среднюю частоту Ж входного сигнала, оставаясь при этомв полученной узкой полосе йцф . Для.этого используется компенсационныйметод, позволяющий избежать применения сложных фильтрующих схем, не60 65 обходимых в этом случае, когда для выделения сигнала частоты и используется однократное смешение выходного сигнала узкополосного фильтра с разностной частотой Ф - Ю и гармонического колебания частоты Юд,При компенсационном методе сигнал разностной частоты Ю - (6, выделенный в узкой полосе Ьаф 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 частотамисоэ (Щ- ШД- Ы+ со 5(Ф, - ЮС +Ж) В другом канале тот же сигналразностной частоты Ю - Ч) и гармоническое колебание частоты Испомощью Фазовращателей на П/2 преобразуются в синусоидальный вид, азатем перемножаются друг с другом,при этом произведение двух синусоид зп( Ш - Ю ) и .яп( М ) даетразность косинусоид соя(ц 4 - в - а) .-сов( Ы - Ю+ Ж ) . Вычитая сигналы первого и второго каналов избавляются от разностной частоты ( юМ - Ф) и оставляют суммарную Фщ + Ф,2 = сЮ . Таким образом, осуществляется переход на частоту щ, входного сигнала, а полоса этого сигнала при этом такая же как у полосового фильтра с низкой средней частотой Ю в Юа и заданной узкой полосой Ь 0)Ф 23.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 которогоявляется входом фазового демодулятора, последовательно соединенные первый фазовращатель, первый перемножитель и первый полосовой фильтр,последовательно соединенные второйперемножитель и второй полосовойфильтр, цепь формирования опорногосигнала, общую для первого и второго перемножителей и выполненную ввиде последовательно соединенныхгенератора опорного сигнала, третьего перемножителя, сигнальный входкоторого является сигнальным входомцепи Формирования опорного сигналаи третьего полосового фильтра,.выход которого является выходом цепиформирования опорного сигнала, атакже второй Фазовращатель и сумматор,. выход которого является выходом фазового демодулятора, между выходом ограничителя и входом первого фазовращателя введен весовойфильтр, между выходом первого полосового фильтра и первым входом сумматора и между выходом второго полосового фильтра и входом в.срого фаэовращателя введены соответственно первыйи второй интеграторы, а также введен четвертый полосовой фильтр, входкоторого соединен с выходом ограничи 10 теля, а выход - с сигнальными входами второго перемножителя и цепи Формирования опорного сигнала, приэтом выход второго фазовращателяподключен к второму входу сумматора,15 а выход цепи Формирования опорногосигнала подключен к опорным входампервого и второго перемножителейнепосредственно,Нафиг. 1 приведена структурная20 схема предлагаемого устройства, иафиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу в.Фазовый демодулятор содержитограничитель 1, вход которого является входом фазового демодулятора,последовательно соедиенные первыйфазовращатель 2, первый перемножитель 3, первый полосовой фильтр 4,последовательно соединенные второйперемножитель 5 и второй полосовойфильтр 6, цепь 7 формирования опорного сигнала, содержащая генератор 8 опорного сигнала, третий перемножитель 9, и третий полосовойФильтр 10, второй фазовращатель 11,сумматор 12, весовой фильтр 13,первый и второй интеграторы 14 и15, четвертый полосовой Фильтр 16,Устройство работает следующимобразом.40 При поступлении на его вход ФМсигнала в виде последовательностичетырех элементарных радиоимпульсов,длительностью С, каждый, различнойамплитуды с частотой заполнения Оl45 и скачками Фазы на Ю Чежду ними.После ограничителя 1 ФМ сигнал постоянной амплитуды А поступает навходы весового фильтра 13 и четвертого полосового фильтра 16, которыйимеет ширину полосы пропусканияЬЮсо средней частотой Юо и.обладаютзадержкой сигнала на, величинуВид сигнала на выходе ограничителя 1приведен. на фиг. 2 а, Этот сигналв общем виде можно записать так55Х 1 Ь)=Аосоэао 1+ ВИ)+Мо), Ю где- начальная фаза;9(Ъ) - функция угловой модуляции, которая в пределах одного периода модуляции принимает значение О,П. Совокупность весового фильтра 13 с первым Фаэовращателем 2 на 7 Г(Х обладает общей амплитудно-частотной характеристикойАХЧ), линейно воз"растающей по направлению к верхнейчастоте полосы пропускания и линейную фазово-частотную характеристику (ФЧХ), сдвинутую на Е(1 относительно начала координат. Таким образом, на выходе первого фазовращателя 2 сигнал имеет вид Ч 1 Ю= -До СОо+ В Я)Л МИГШ 61+М+Мо 3 ( 2)и представляет собой колебание частоты Юо с комплексной огибающей,пропорциональной мгновенной угловойчастоте (фиг. 2 б). Из фиг, 2 б видно, что этот сигнал имеет разрывыв моменты скачки .фазы на П. Такойсигнал поступает на первый входпервого.перемножителя 3.Ограниченный сигнал ФМ с выходаограничителя 1 поступает на вход1 четвертого полосового фильтра 16с шириной полосы пропускания 6 Юсредней частотой иобладающегоЗадержкой сигнала С . Четвертый полосовой фильтр 16 имеет прямоугольную АЧХ и линейную ФЧХ и предназначен для .ограничения в полосе частот Ьц ширины спектра сигнала, поступающего с выхода ограничителя 1,так как известно, что при ограничении сигнала происходит обогащениеего спектра частот,ФМ сигнал ХЩЦ=ДоСОБСЮо 1+ВМ+Уо 3 СЗ) 10 15 20 где 1" о 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 сигналХ Ю:- АСВ,+ ЕИЦ Ь Св - Ц,)=: ДСЮр+9 ЮЭЛЬ(Ю 1-ЧГФЕ) (5)В образованный разностью частот Фон Оо - (Ю колебаний, поступающих на входы перемножителя 3. Этот сигнал представляет собой последовательность четырех элементарных радиоимпульсав постоянной амплитуды частоты и , причем разрывы текущей фазы между радиоимпульсами сохраняются, но все радиоимпульсы 60имеют одинаковые начальные фазы. Он поступает на вход первого интегратора 14, являющегося фильтром со средней частотой Ю. , АЧХ, равной модулю Функции (яп х)/х, и импульс 65 50 с выхода четвертого полосовогофильтра 16 поступает на входы второ.го и третьего перемножителей 5 и 9.На второй вход перемножителя 9 поступает гармоническое колебание частоты (Ю от генератора 8. На выходе перемножителя 9 посредством полосового фильтра 10 выделяется ФМ сигнал разностной частоты Юо - Ю 40 а именноЧОИ)=А со ГЮЛЕЙ)Я91+9 З И ) ной характеристикой в виде радио- импульса с прямоугольной огибающей частоты Ю, и длительностью Т, значительно превышающей длительность элементарного импульса ео входном ФМ сигнале, но не меньше длительности всего входного сигнала, Реакция интегратора 14 на каждый элементарный радиоимпульс постоянной амплитуды А длительностью С и частотой Ш входного сигнала представляет собой свертку элементарного радиоимпульса с импульсной характеристикой интегратора 14. Таким образом, от каждого элементарного радиоимпульса входного сигнала на выходе интегра" тора 14 получается радиоимпульс с частотой заполнения Ю, длительностью Т + СИ, огибающая которого линейно растет на интервале време" ни С , 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 СИ, 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. 2 в) представляет собой радиоимпульс видаХ 4 Й)=Д И)ув(ЩЬ+7 с) (6) длительностьюЬЫХ 86где Т - длительность импульсной характеристики интегратора 14СЬХ длительность ФМ сигнала. При С 8 х = Т, т.е. Сы, = 2 Т, огибающая А .(С) этого сигнала пропорциональна текущей фазе 9, (1): и)о+ щ) (7) входного сигнала на временном интервале от начала отклика интегратора 11 до Т, а во второй его половине от Т до 2 Т огибающая А(С) пропорциональна зеркальной текущей фазе, Этот сигнал поступает на первый вход сумматора 12.На второй вход сумматора 12 подается проинтегрированный и сдвинутый по фазе на 7 г(2 сигнал, который образуется: на выходе перемножителя 5, На первый вход.перемножителя 5 с выхода полосового фильтра 16 поступает ФМ сигнал длительностью СВХ, пРеД- ставляющий собой последовательность четырех радиоимпульсов одинаковой амплитуды со средней частотой Юо 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 Сбо-На выходе перемножителя 5 образуются сигналы суммарной1046906 Ю.Серед 4/5 илиал ППП "Патен Проектная, 4 г.ужгород 7750/55 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Мосоставитель Л,Ананьеваехред Т.Маточка Корректор А.Ильин Тираж 936 Подписирственного комитета СССРзобретений и открытийа, Ж, Раушская наб , д