МНОГОДИАПАЗОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ, УСИЛЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА
MULTIRANGE DEVICE FOR SELECTING, AMPLIFYING AND CONVERTING SIGNALS

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в приемных центрах в декаметровом диапазоне волн с целью повышения помехозащищенности приема.
Известно, что на радиоцентрах используется штатный режим работы, когда от одной антенны принимается необходимое количество каналов.
Для подключения к одной антенне нескольких приемников применяют аппаратуру многократного использования приемных антенн [1].
В состав аппаратуры входят устройства, распределяющие энергию сигналов, снимаемых с антенны по приемным трактам.
Простейшим случаем многократного использования антенны является включение на одну антенну нескольких приемников через развязывающие сопротивления. В этом случае коэффициент передачи мощности такой схемы много меньше единицы.
Очевидно, что применение этой распределительной схемы неизбежно вызовет ухудшение чувствительности приемного канала. Увеличение числа приемников приводит к уменьшению чувствительности каждого канала.
Для подключения N приемников к одной антенне применяют антенный усилитель - распределитель АУР. Основными элементами АУР являются мультиплексорный усилитель и многоступенчатый трансформаторный гибридный разветвитель мощности МТГР. Каждая ступень МТГР вносит затухание около 3,5 дБ [2, 3].
Число однотрактовых радиоприемников, которые могут быть подключены к АУР, определяется выражением P=2n, где n - число ступеней МТГР.
Коэффициент усиления усилителей выбирается из условия компенсации затухания МТГР. Повышение коэффициента усиления усилителя высокой частоты при большом числе приемных трактов обеспечивается в МТГР каскадированием усилительных ячеек, что отрицательно сказывается на линейности АУР. Известно [2], что при увеличении числа приемников до восьми динамический диапазон АУР значительно уменьшается из-за сосредоточения усиления в одном месте, а распределить усиление между каскадами, вносящими затухание, невозможно, так как разветвитель является общим для всех приемных трактов.
Вторым недостатком АУР является широкая полоса пропускания приемного канала усиления. В результате данный АУР оказывается непригодным для работы на совмещенных приемопередающих радиоцентрах ППРЦ.
Очевидно, что использование развязывающих резисторов приведет к недопустимому увеличению затухания входной цепи, а включение электронных приборов непосредственно на входе приемника повысит уровень интермодуляционных шумов. Тенденция развития современных стационарных радиоцентров сводится к замене одноканальных радиоприемников многоканальными. Это особенно актуально при использовании структуры приемников с прямым аналого-цифровым преобразованием.
Приемники с аналого-цифровым преобразованием на радиочастоте имеют существенные преимущества по сравнению с супергетеродинными.
Известно, что в супергетеродинных приемниках шумы синтезатора частот оказывают влияние на все его основные параметры. Они снижают чувствительность и динамический диапазон по интермодуляционным искажениям, ухудшают эффективную избирательность приемника. Шумы гетеродина особенно сказываются при наличии на входе приемника сосредоточенных помех [4].
Известно многоканальное радиоприемное устройство, которое используется в приемных центрах, которое выполняет роль многоканальной радиоприемной системы. Описание этого устройства приведено в патенте РФ №2308149, кл. H04B 1/06, опубл. 10.10.2007 г., бюл. №28 [5].
Многоканальное радиоприемное устройство содержит последовательно соединенные антенный вход, согласующее устройство, М устройств селекции, усиления и преобразования сигналов, модулей цифровой обработки сигналов и устройств демодуляции и декодирования сигналов. Каждое из М устройств селекции, усиления и преобразования сигналов является однотрактовым многодиапазонным радиоприемным устройством для приема сигналов в диапазоне декаметровых волн 2-30 МГц. Каждое радиоприемное устройство содержит аналоговую и цифровую части. Цифровая обработка сигналов осуществляется по второй промежуточной частоте, см. патент РФ №2308149.
Недостатком известного радиоприемного устройства является наличие согласующего устройства на М выходов, что приводит к значительному уменьшению коэффициента передачи сигнала в каждом приемном тракте. Наличие М многодиапазонных радиоприемных устройств значительно увеличивает габариты всего устройства.
Известно многоканальное радиоприемное устройство, описание которого приведено в патенте на полезную модель РФ №116724, опубл. 27.05.2012 г., бюл. №15 [6].
Известное радиоприемное устройство содержит, последовательно соединенные антенный вход, разрядник, противолокационный фильтр, схему защиты, устройство приема и обработки сигналов, включающее многополюсное широкополосное частотно-селективное устройство, содержащее один вход и М выходов, к каждому выходу которого подключен поддиапазонный радиоканал, содержащий соединенные последовательно управляемый аттенюатор, усилитель высокой частоты и поддиапазонную частотно-селективную систему, а также аналого-цифровой преобразователь.
Устройство приема и обработки сигналов может быть принято в качестве прототипа.
Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств в области входных устройств многоканальных радиоприемных систем.
Технический результат - повышение чувствительности в каждом радиоприемном канале.
Технический результат достигается тем, что в многодиапазонном устройстве для селекции, усиления и преобразования сигналов, содержащем М поддиапазонных каналов, при этом у каждого канала вход соединен с входом устройства, а выход одновременно является выходом как канала, так и устройства, согласно изобретению каждый канал содержит соединенные последовательно вход, входной поддиапазонный полосовой фильтр, первый управляемый аттенюатор, первый усилитель радиочастоты, поддиапазонный перестраиваемый полосовой фильтр, второй усилитель радиочастоты, второй управляемый аттенюатор, аналого-цифровой преобразователь и выход,
поддиапазонный полосовой фильтр содержит первую катушку индуктивности, у которой первый вывод соединен с входной потенциальной клеммой устройства, а второй вывод соединен с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с первыми выводами второго и третьего конденсаторов, второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен с первым выводом второй катушки индуктивности, у которой второй вывод соединен с первыми выводами четвертого и пятого конденсаторов, второй вывод четвертого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод пятого конденсатора соединен с первым выводом третьей катушки индуктивности, у которой второй вывод соединен с первым выводом шестого конденсатора и с выходной потенциальной клеммой, второй вывод шестого конденсатора соединен с общей шиной,
поддиапазонный перестраиваемый полосовой фильтр содержит общую шину, входную и выходную потенциальные клеммы, первую и вторую катушки индуктивности, у которых первый вывод соединен с входной потенциальной клеммой, второй вывод у первой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с первым выводом первого магазина дискретных конденсаторов и с первым выводом третьей катушки индуктивности, второй вывод первого магазина дискретных конденсаторов соединен с общей шиной, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с первыми выводами четвертой и пятой катушек индуктивности, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод пятой катушки индуктивности соединен с первым выводом второго магазина дискретных конденсаторов и первым выводом шестой катушки индуктивности, второй вывод второго магазина дискретных конденсаторов соединен с общей шиной, второй вывод шестой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с первым выводом седьмой катушки индуктивности, второй вывод седьмой катушки индуктивности соединен с общей шиной,
параллельно входу устройства включен корректирующий элемент, содержащий соединенные параллельно катушку индуктивности, конденсатор, первый и второй двухполюсники, каждый из которых выполнен в виде соединенных последовательно катушки индуктивности и конденсатора.
Сущность изобретения состоит в том, что в многодиапазонном устройстве для селекции, усиления и преобразования сигналов, содержащем М поддиапазонных каналов, каждый канал содержит соединенные последовательно вход, входной поддиапазонный полосовой фильтр, первый управляемый аттенюатор, первый усилитель радиочастоты, поддиапазонный перестраиваемый полосовой фильтр, второй усилитель радиочастоты, второй управляемый аттенюатор, аналого-цифровой преобразователь и выход,
поддиапазонный полосовой фильтр содержит первую катушку индуктивности, у которой первый вывод соединен с входной потенциальной клеммой устройства, а второй вывод соединен с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с первыми выводами второго и третьего конденсаторов, второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен с первым выводом второй катушки индуктивности, у которой второй вывод соединен с первыми выводами четвертого и пятого конденсаторов, второй вывод четвертого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод пятого конденсатора соединен с первым выводом третьей катушки индуктивности, у которой второй вывод соединен с первым выводом шестого конденсатора и с выходной потенциальной клеммой, второй вывод шестого конденсатора соединен с общей шиной,
поддиапазонный перестраиваемый полосовой фильтр содержит общую шину, входную и выходную потенциальные клеммы, первую и вторую катушки индуктивности, у которых первый вывод соединен с входной потенциальной клеммой, второй вывод у первой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с первым выводом первого магазина дискретных конденсаторов и с первым выводом третьей катушки индуктивности, второй вывод первого магазина дискретных конденсаторов соединен с общей шиной, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с первыми выводами четвертой и пятой катушек индуктивности, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод пятой катушки индуктивности соединен с первым выводом второго магазина дискретных конденсаторов и первым выводом шестой катушки индуктивности, второй вывод второго магазина дискретных конденсаторов соединен с общей шиной, второй вывод шестой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с первым выводом седьмой катушки индуктивности, второй вывод седьмой катушки индуктивности соединен с общей шиной,
параллельно входу устройства включен корректирующий элемент, содержащий соединенные параллельно катушку индуктивности, конденсатор, первый и второй двухполюсники, каждый из которых выполнен в виде соединенных последовательно катушки индуктивности и конденсатора.
На фиг. 1 приведена функциональная схема радиоприемного устройства, на фиг. 2. приведена принципиальная электрическая схема поддиапазонного полосового фильтра, на фиг. 3 приведена принципиальная электрическая схема поддиапазонного перестраиваемого полосового фильтра, на фиг. 4 приведена электрическая схема элемента коррекции.
Предлагаемое многодиапазонное устройство селекции, усиления и преобразования сигналов (см. фиг. 1) содержит вход 1, к которому подключены входы устройства для селекции, усиления и преобразования сигналов 2 и элемента коррекции 3. Устройство селекции и усиления сигналов 2 содержит М поддиапазонных каналов 4. Каждый поддиапазонный канал 4 содержит соединенные последовательно поддиапазонный полосовой фильтр 5, первый управляемый аттенюатор 6, первый усилитель радиочастоты 7, поддиапазонный перестраиваемый фильтр 8, второй усилитель радиочастоты 9, второй управляемый аттенюатор 10, аналого-цифровой преобразователь 11 и выход 12. Вход первого управляемого аттенюатора 6 соединен с выходом частотно-селективного устройства 5. Вход управления аттенюатора 10 соединен с выходом управления аналого-цифрового преобразователя 11.
В состав входного устройства многоканальной радиоприемной системы входят блок управления. Питание устройства производится от отдельного источника питания.
На фиг. 2 приведена электрическая схема поддиапазонного полосового фильтра 5. Поддиапазонный полосовой фильтр 5 содержит общую шину 13 и входную потенциальную клемму 14, к которой подключен первый вывод катушки индуктивности 15. Второй вывод катушки индуктивности 15 соединен с первым выводом конденсатора 16, второй вывод которого соединен с первыми выводами конденсаторов 17 и 18, второй вывод конденсатора 17 соединен с общей шиной, второй вывод конденсатора 18 соединен с первыми выводом катушки индуктивности 19, второй вывод катушки индуктивности 19 соединен с первыми выводами конденсаторов 20 и 21. Второй вывод конденсатора 20 соединен с общей шиной, второй вывод конденсатора 21 соединен с первым выводом катушки индуктивности 22, у которой второй вывод соединен с первым выводом конденсатора 23 и с выходной потенциальной клеммой 24. Второй вывод конденсатора 23 соединен с общей шиной.
На фиг. 3 изображена электрическая схема поддиапазонного перестраиваемого полосового фильтра 8. Фильтр содержит в общую шину 25, входную потенциальную клемму 26, к которой подключен первый вывод катушек индуктивности 27 и 28. У катушки индуктивности 27 второй вывод соединен с общей шиной. У катушки индуктивности 28 второй вывод соединен с первым выводом магазина дискретных конденсаторов 29 и первым выводом катушки индуктивности 30, у которой второй вывод соединен с первыми выводами катушек индуктивности 31 и 32. Вторые выводы магазина дискретных конденсаторов 28 и катушки индуктивности 31 соединены с общей шиной. Второй вывод катушки индуктивности 32 соединен с первым выводом магазина дискретных конденсаторов 33 и с первым выводом катушки индуктивности 34. Второй вывод магазина дискретных конденсаторов 33 соединен с общей шиной. Второй вывод катушки индуктивности 34 соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра 35 и с первым выводом катушки индуктивности 36.
На фиг. 4 приведена электрическая схема элемента 3. Элемент 3 содержит потенциальную клемму 37 и общую шину 38. К потенциальной клемме 37 подключены первые выводы конденсатора 39 и катушек индуктивности 40, 41 и 42. Вторые выводы конденсатора 39 и катушки индуктивности 40 соединены с общей шиной. Второй вывод катушки индуктивности 41 посредством конденсатора 43 соединен с общей шиной. Второй вывод катушки индуктивности 42 посредством конденсатора 44 соединен с общей шиной.
В устройстве потенциальная клемма 37 соединена с входной клеммой устройства 1. Многодиапазонное устройство для селекции, усиления и преобразовании сигналов работает следующим образом.
Групповой сигнал с входа 1 в диапазоне частот 1-30 МГц поступает на входы поддиапазонных каналов 4. Рабочий диапазон принимаемых частот декаметрового диапазона 1-30 МГц разделен на М поддиапазонов. Коэффициент перекрытия по частоте каждого поддиапазона не более 2. В каждом поддиапазоне рабочая полоса пропускания выделяется широкополосным фильтром. Далее сигналы поступают на вход управляемого аттенюатора 6, а затем на вход входного усилителя радиочастоты 7. Аттенюатор 6 управляется с входа своим элементом управления. В случае перегрузки помехами или сигналами на управляющий вход аттенюатора 6 подается сигнал для уменьшения коэффициента передачи. С выхода усилителя радиочастоты 7 сигналы поступают на вход поддиапазонного перестраиваемого полосового фильтра 8. Фильтр настраивается на требуемую частоту при помощи магазинов дискретных конденсаторов 29 и 33. Изменение емкости конденсаторов 39 и 33 производится синхронно с пульта управления. Полоса пропускания узкополосного фильтра 8 может быть равной 3-10% от номинальной частоты. С выхода полосового фильтра 8 сигналы поступают на вход усилителя радиочастоты 9, а затем на вход управляемого аттенюатора 10. С выхода аттенюатора 10 сигналы поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 11, а затем на выход устройства 12 в цифровом виде. У аттенюатора 10 вход управления соединен с выходом управления аналого-цифрового преобразователя 11. В случае перегрузки аналого-цифрового преобразователя 11 сигналом или помехами на управляющий вход аттенюатора 10 с выхода управления аналого-цифрового преобразователя подается сигнал и коэффициент передачи аттенюатора 10 уменьшается, исключая перегрузку аналого-цифрового преобразователя.
К выходам входного устройства многоканальной радиоприемной системы могут быть подключены входы блока цифровой обработки сигналов и т.д.
В сравнении с прототипом у предлагаемого многодиапазонного радиоприемного устройства каждый приемный канал имеет более высокую чувствительность при более высокой избирательности по сравнению с прототипом.
Источники информации
1. Б.К. Барановский Аппаратура многократного использования приемных антенн коротковолнового диапазона. М.: Связь. 1966 г.
2. Михайлов B.C., Шеметов И.С. Помехоустойчивая аппаратура многократного использования приемной КВ антенны // Электросвязь. - 1981. - №1. С. 51-58.
3. Челышев В.Д. Приемные радиоцентры. - М.: Связь. - 1975. С. 205.
4. В.А. Березовский и др. Современная декаметровая связь // Радиотехника. М. 2011. С. 94-163.
5. Банников И.М. и др. Новое поколение цифровых приемников KB диапазона для современных комплексов радиоприема и радиомониторинга // Труды 13-й международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь». - Воронеж. 2007. - Т. 2. - С. 1270-1276.
6. Патент РФ №2308149, кл. H04B 1/06, опубл. 10.10.2007 г., бюл. №28.
7. Патент РФ №116724, опубл. 27.05.2013 г., бюл. №15.