ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО МНОГОКАНАЛЬНОЙ РАДИОПРИЕМНОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к радиосвязи и может быть использована в приемных центрах в декаметровом диапазоне волн с целью повышения помехозащищенности приема.
Известно, что на радиоцентрах штатный режим работы:- от одной антенны принимается необходимое количество каналов.
Для подключения к одной антенне несколько 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 определяются выражением Р=2n, где n - число ступеней МТГР.
Коэффициент усиления усилителей выбирается из условия компенсации затухания МТГР. Повышение коэффициента усиления УВЧ при большом числе приемных трактов обеспечивается в МТГР каскадированием усилительных ячеек, что отрицательно сказывается на линейности АУР. Из (Михайлова B.C. и др. табл.2) видно, 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. Н04В 1/06 опубл. 10.10.2007 г., бюл. №28, фиг.1 или фиг.2 [5].
М-канальное радиоприемное устройство содержит последовательно соединенные антенный вход, согласующее устройство, М устройств селекции, усиления и преобразования сигналов, модуль цифровой обработки сигналов и устройство 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 часть. Цифровая обработка сигналов осуществляется по второй промежуточной частоте см. патент РФ №2308149, фиг.1 или на радиочастоте фиг.2.
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 №96300, опубл. 20.07.2010 г., бюл. №20. [6].
Аналоговая часть этого устройства может быть принята в качестве прототипа.
Известное радиоприемное устройство содержит последовательно соединенные антенный вход, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, первый управляемый аттенюатор, устройство селекции, усиления и преобразования сигналов, модуль цифровой обработки сигналов и устройство демодуляции и декодирования, а также блок управления и источник питания.
Устройство селекции, усиления и преобразования сигналов содержит входное многополюсное широкополосное частотно-селективное устройство, содержащее один вход, соединенный с выходом первого управляемого аттенюатора, и N выходов, к каждому его выходу подключен поддиапазонный радиоканал, содержащий соединенные последовательно второй управляемый аттенюатор, усилитель высокой частоты, поддиапазонную частотно-избирательную систему, аналого-цифровой преобразователь.
Выходы устройства соединены с входами модуля цифровой обработки сигналов, выходы которого подключены к входу устройства демодуляции и декодирования сигналов.
Недостатком известного устройства является наличие первого управляемого аттенюатора на входе, так как на входе присутствует весь спектр принимаемых частот, который ограничен только ФНЧ и ФВЧ. Снижение помехозащищенности по соседнему каналу, когда ведется многоканальный прием в одном поддиапазоне. В этом случае все сигналы поступают на вход одного аналого-цифрового преобразователя.
За прототип принимается часть радиоприемного устройства, а именно устройство селекции и усиления сигналов.
Задачей полезной модели является повышение коэффициента передачи сигнала в каждом радиоприемном канале.
Технический результат - повышение чувствительности каждого приемного канала
1. Технический результат достигается тем, что во входном устройстве многоканальной радиоприемной системы, содержащем последовательно соединенные антенный вход, разрядник, противолокационный фильтр, схему защиты, устройство для селекции, усиления и преобразования сигналов, при этом устройство для селекции, усиления и преобразования сигналов включает входное многополюсное широкополосное частотно-селективное устройство, содержащее один вход, соединенный с выходом устройства защиты, и N выходов, к каждому выходу которого подключен поддиапазонный радиоканал, и М аналого-цифровых преобразователей, выходы которых являются выходами устройства, а также блок управления и источник питания, согласно предложения, входное многополюсное широкополосное частотно-селективное устройство выполнено коммутируемым, каждый поддиапазонный радиоканал, содержит последовательно соединенные поддиапазонный управляемый аттенюатор, входной усилитель высокой частоты, поддиапазонное коммутируемое многополюсное частотно-селективное устройство, содержащее один вход и Р выходов, к каждому выходу которого подключена частотно-селективная система, содержащая К узкополосных фильтров, в устройство селекции, усиления и преобразования сигналов введен матричный коммутатор, содержащий Н входов и М выходов, к Н входам матричного коммутатора подключены выходы узкополосных фильтров всех частотно-селективных систем всех поддиапазонов, где Н=N×P×K, к каждому из М выходов матричного коммутатора подключен вход i-го выходного управляемого аттенюатора, у которого выход соединен со входом i-того аналого-цифрового преобразователя, где i - 1… М, вход управления аттенюатора соединен с выходом управления аналого-цифрового преобразователя, входы управления всех коммутационных элементов подключены к блоку управления.
2. Технический результат достигается тем, что входное устройство многоканальной радиоприемной системы, согласно предложения содержит входное многополюсноое широкополосное частотно-селективное устройство, содержащее N полосовых фильтров, входы которых соединены с выходом устройства защиты, каждый полосовой фильтр выполнен по Т-образной цепочечной схеме, у которого входное продольное плечо содержит первый двухполюсник, выполненный в виде последовательно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, ко второму выводу которого подключены первые выводы второго и третьего двухполюсников, второй двухполюсник выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности, у которого второй вывод соединен с одним из N выходов многополюсного широкополосного частотно-селективного устройства, третий двухполюсник выполнен в виде параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, у которого второй вывод соединен с общей шиной, параллельно выводам третьего двухполюсника включен управляемый коммутационный элемент.
3. Технический результат достигается тем, что у входного устройства многоканальной радиоприемной системы, согласно предложения, каждый поддиапазонный радиоканал содержит поддиапазонное коммутируемое многополюсное частотно-селективное устройство, содержащее Р полосовых фильтров, входы которых соединены с выходом поддиапазонного усилителя высокой частоты, каждый полосовой фильтр выполнен по Т-образной цепочечной схеме, у которого входное продольное плечо содержит первый двухполюсник, выполненный в виде последовательно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, ко второму выводу которого подключены первые выводы второго и третьего двухполюсников, второй двухполюсник выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности, у которого второй вывод соединен с одним из выходов поддиапазонного коммутируемого многополюсного широкополосного частотно-селективного устройства, третий двухполюсник выполнен в виде параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, у которого второй вывод соединен с общей шиной, параллельно выводам третьего двухполюсника включен управляемый коммутационный элемент.
4. Технический результат достигается тем, что у входного устройства многоканальной радиоприемной системы каждый поддипазонный радиоканал содержит Р частотно-избирательных систем, каждая из которых содержит входную потенциальную клемму, соединенную с одним из выходов поддиапазонного многополюсного частотно-селективного устройства, к входной потенциальной клемме подключен первый вывод катушки индуктивности, ко второму выводу которой подключены первый вывод конденсатора и первые выводы двух входных пьезорезонаторов, у которых вторые выводы соединены со входами дифференциального усилителя, второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, к каждому выходу дифференциального усилителя подключены первые выводы К выходных пьезорезонаторов, вторые выводы у этих пьезорезонаторов соединены попарно и подключены к одному из входов К выходных усилителей высокой частоты, выход каждого выходного усилителя высокой частоты соединен с одним из входов матричного коммутатора.
Сущность полезной модели состоит в том, что в предлагаемом входном устройстве многоканальной радиоприемной системы, устройство для селекции, усиления и преобразования сигналов содержит входное коммутируемое многополюсное широкополосное частотно-селективное устройство, имеющее один вход, соединенный с выходом устройства защиты, и N выходов, к каждому выходу которого подключен поддиапазонный радиоканал.
Поддиапазонный радиоканал, содержит последовательно соединенные управляемый аттенюатор, первый усилитель высокой частоты, поддиапазонное коммутируемое многополюсное частотно-селективное устройство, содержащее один вход и Р выходов, к каждому выходу которого подключена частотно-селективная система, содержащая последовательно соединенные широкополосный фильтр и гребенку, содержащую К узкополосных фильтров, каждый из которых соединен с отдельным выходом.
В устройство селекции, усиления и преобразования сигналов введен матричный коммутатор, содержащий H входов и М выходов. К H входам матричного коммутатора подключены выходы узкополосных фильтров всех частотно-селективных систем всех поддиапазонов соответственно, где Н=М×Р×К. К каждому из М выходов матричного коммутатора подключена цепь, содержащая последовательно соединенные управляемый аттенюатор и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с выходной потенциальной клеммой устройства.
1. На фиг.1 приведена функциональная схема радиоприемного устройства; на фиг.2. приведена принципиальная электрическая схема входного коммутируемого многополосного широкополосного частотно-селективного устройства; на фиг.3 приведена принципиальная электрическая схема поддиапазонного многополюсного широкополосного частотно-селективного устройства; на фиг.4 приведена принципиальная схема частотно-селективной системы.
Предлагаемое входное устройство многоканальной радиоприемной системы, {см. фиг.1} содержит последовательно соединенные антенный вход 1, разрядник 2, противолокационный фильтр 3, устройство защиты 4, устройство для селекции, усиления и преобразования сигналов 5.
Устройство селекции и усиления сигналов 5 содержит входное коммутируемое многополюсное широкополосное частотно-селективное устройство 6, содержащее один вход и N выходов. К каждому выходу подключен поддиапазонный радиоканал 7. Каждый поддиапазонный радиоканал 7 содержит последовательно соединенные управляемый аттенюатор 8, усилитель высокой частоты 9, поддиапазонное коммутируемое многополюсное частотно-селективное устройство 10, содержащее один вход и Р выходов, к каждому из которых подключена коммутируемая частотно-селективная система 11, содержащая один вход и К выходов. Каждый поддиапазонный радиоканал имеет В выходов, где В=Р×К. В состав РПУ входит матричный коммутатор 12, содержащий H входов и М выходов.
К каждому выходу матричного коммутатора 12 подключены последовательно соединенные управляемый аттенюатор 13 и аналого-цифровой преобразователь 14.
Выход аналого-цифрового преобразователя 14 соединен с потенциальной выходной клеммой устройства 15. В состав входного устройства многоканальной радиоприемной системы входит блок управления 16.
Питание устройства производится от отдельного источника питания.
На фиг.2 приведена принципиальная схема входного коммутируемого многополюсного широкополосного частотно-селективного устройства 6.
Входное многополюсное широкополосное частотно-селективное устройство 6 содержит входную потенциальную клемму 17, к которой подключены первые выводы N первых двухполюсников 18, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, ко второму выводу каждого первого двухполюсника 18 подключены первые выводы второго двухполюсника 19 и третьего двухполюсника 20. Второй двухполюсник 19 выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности, у которого второй вывод соединен с i-той выходной потенциальной клеммой 21, где i - 1, 2, … N. Третий двухполюсник 20 выполнен в виде соединенных параллельно катушки индуктивности и конденсатора, у которого второй вывод соединен с общей шиной 22. К каждой i-той выходной потенциальной клемме 21 и общей шине 22 подключен вход i-того поддиапазонного радиоканала 7. К входной потенциальной клемме 17 подключены первые выводы конденсатора 23, двухполюсников 24, 25 и катушки индуктивности 26. .Каждый из двухполюсников выполнен в виде последовательно соединенных катушки индуктивности и конденсатора. Вторые выводы конденсатора 23, двухполюсников 24, 25 и катушки индуктивности 26 соединены с общей шиной 22. Параллельно каждому двухполюснику 20 подключен управляемый коммутационный элемент 27.
Двухполюсники 24, 25, конденсатор 22 и катушка индуктивности 26 применяются для уменьшения неравномерности амплитудно-частотной характеристики по краям рабочего диапазона. Входы управления всех коммутационных элементов 27 подключены к блоку управления 15.
На фиг.3 изображена принципиальная электрическая схема поддиапазонного коммутируемого многополюсного частотно-селективного устройства 10. Многополюсное частотно-селективное устройство 10 содержит Р полосовых фильтров 28, соединенных параллельно по входу. Каждый полосовой фильтр 28 выполнен трехконтурным. Параллельно второму контуру включен коммутационный элемент 29. Суммарная полоса пропускания всех фильтров 28 равна полосе принимаемых частот поддиапазона. ***
На фиг.4 приведена принципиальная электрическая схема частотно-селективной системы 11.
Частотно-избирательная система 11 содержит входную потенциальную клемму 30, к которой подключен первый вывод катушки индуктивности 31, у которой второй вывод соединен с первым выводом конденсатора 32 и с первыми выводами пьезорезонаторов 33 и 34. Второй вывод конденсатора 32 соединен с общей шиной 22. Вторые выводы пьезорезонаторов 33 и 34 соединены со входами дифференциального усилителя 35 соответственно. Входная часть системы представляет собой полосовой фильтр с широкой полосой пропускания, равной полосе пропускания полосового фильтра 28. Схема входной части системы эквивалентна мостовой схеме, содержащей в каждом плече последовательно соединенные пьезорезонатор и катушку индуктивности. К каждому выходу дифференциального усилителя 33 подключены первые выводы К пьезорезонаторов. Так например к первому выходу дифференциального усилителя 33 подключены первые выводы пьезорезонаторов 36, 37, 38 и 39,
ко второму выходу дифференциального усилителя 35 подключены первые выводы пьезорезонаторов 40, 41, 42 и 43. Вторые выводы пьезорезонаторов соединены попарно { 36 и 40, 37 и 41, 38 и 42, 39 и 43 }. Вторые выводы пьезорезонаторов 36 и 40 соединены с входом выходного усилителя высокой частоты 44, выход которого соединен с первым входным контактом матричного коммутатора 12. Вторые выводы пьезорезонаторов 37 и 41 подключены к входу выходного усилителя высокой частоты 45, выход которого соединен со вторым входным контактом матричного коммутатора 12. Вторые выводы пьезорезонаторов 38 и 42 подключены к входу усилителя высокой частоты 46, у которого выход соединен с третьим входным контактом матричного коммутатора 12. Вторые выводы пьезорезонаторов 39 и 43 подключены к входу усилителя высокой частоты 47, у которого выход соединен с четвертым входным контактом матричного коммутатора 12. Выходная часть системы представляет собой звено многополосного фильтра, состоящего из К полосовых фильтров. Полосы пропускания этих фильтров прилегают друг к другу и в сумме перекрывают всю полосу пропускания входного фильтра.
Каждый узкополосный полосовой фильтр эквивалентен мостовой схеме, содержащей в каждом плече пьезорезонатор. Входы управления коммутационных элементов матричного коммутатора 12 подключены к блоку управления 16. К каждому выходу матричного коммутатора 12 подключена цепь,. содержащая последовательно соединенные управляемый аттенюатор 13, аналого-цифровой преобразователь 14 и выходную потенциальную клемму входного устройства многоканальной радиоприемной системы.
Вход управления аттенюатора 13 соединен с выходом управления аналого-цифрового преобразователя 14.
Входное устройство многоканальной радиоприемной системы работает следующим образом.
По команде с блока управления 16 включаются соответствующие фильтры во входном коммутируемом многополюсном устройстве 6, в поддиапазонном коммутируемом многополюсном устройстве 9, подключаются к соответствующим входам матричного коммутатора 12 выходы узкополосных фильтров соответствующих частотно-селективных систем 11.
К каждому выходу матричного коммутатора 12 могут быть подключены выходы узкополосных фильтров с порядковыми номерами кратные К.
Групповой сигнал с антенного входа 1 поступает на разрядник 2, на вход противолокационного фильтра 3 и затем на вход устройства защиты 4. Разрядник 2 является элементом противогрозовой защиты. Противолокационный фильтр 3 обеспечивает защиту устройства от помех, создаваемых радиолокационными станциями в диапазоне частот свыше 200 МГц. Схема защиты 4 обеспечивает сохранность устройства от наводимого а антенне высокочастотного напряжения уровнем до 100 В ЭДС.
С выхода схемы защиты 4 групповой сигнал поступает на вход входного широкополосного коммутируемого многополюсного частотно-селективного устройства 6, предназначенного для обеспечения требуемой селективности по зеркальному каналу и побочным каналам приема и распределения сигналов по поддиапазонным полосовым фильтрам. С 1-го выхода устройства 6 сигнал поступает на вход I-го поддиапазонного аттенюатора 8, а затем на вход поддиапазонного усилителя высокой частоты 9.
При наличии в поддиапазоне помех с уровнем более 10 В управляющее устройство аттенюатора 8 выдает команду на ослабление сигнала и помех. Схема аттенюатора 8 входит в систему автоматической регулировки чувствительности и усиления входного устройства.
В поддиапазонном многополюсном частотно-селективном устройстве 10 и в частотно-селективных системах 11 производится дальнейшая селекция группового сигнала.
С выхода устройства защиты 2 групповой сигнал поступает на вход устройства приема и обработки сигналов 3, а именно, на вход входного коммутируемого многополюсного широкополосного частотно-селективного устройства 5. Рабочий диапазон принимаемых частот декаметрового диапазона 2-30 МГц разделен на N поддиапазонов. Коэффициент перекрытия по частоте каждого поддиапазона не более 2. В каждом поддиапазоне рабочая полоса пропускания выделяется полосовым фильтром, образованным двухполюсниками 18, 19, 20. В каждом поддиапазоне параллельно двухполюснику 19 включен коммутационный элемент 27. Штатный режим - у коммутационного элемента 27 контакты замкнуты. При приеме сигнала в этом поддиапазоне по сигналу с блока управления включается необходимый поддиапазон путем размыкания контактов соответствующего коммутационного элемента 27.
Групповой сигнал распределяется по N поддиапазонным радиоканалам 7.
В каждом поддиапазонном радиоканале 6 сигналы поступают на вход управляемого аттенюатора 8, а затем на вход входного усилителя высокой частоты 10. Аттенюатор 8 управляется со входа своим элементом управления. В случае перегрузки помехами или сигналом на управляющий вход аттенюатора 8 подается сигнал для уменьшения коэффициента передачи. С выхода усилителя высокой частоты 10 поддиапазонный групповой сигнал поступает на вход поддиапазонного коммутируемого многополюсного частотно-селективного устройства 12 Полоса рабочих частот поддиапазона разбита на Р полос пропускания. Каждая из полос выделяется полосовым фильтром 28. По сигналу с блока управления включается тот или иной фильтр при помощи коммутационного элемента 27, путем размыкания контактов. У неработающих полосовых фильтров двухполюсники продольных плеч выполняют роль режекторных.
С выхода полосового фильтра 28* сигнал поступает на вход частотно-селективной системы 11.
Групповой сигнал распределяется по узкополосным фильтрам. С выхода каждого узкополосного фильтра сигнал поступает на один из входов матричного коммутатора 12.
По команде с блока управления включаются соответствующие контакты матричного коммутатора 12. В дальнейшем сигналы поступают на соответствующие выходы матричного коммутатора 12, а затем на вход соответствующего второго управляемого аттенюатора 13 и на вход аналого-цифрового преобразователя 14. С выхода АЦП сигнал поступает на выходную потенциальную клемму выходного устройства многоканальной радиоприемной системы в цифровом виде.
У управляемого аттенюатора 13 вход управления соединен с управляющим выходом аналого-цифрового преобразователя 14. В случае перегрузки аналого-цифрового преобразователя помехами или сигналом на управляющий вход аттенюатора 13 с выхода управления аналого-цифрового преобразователя 14 подается сигнал и коэффициент передачи аттенюатора 13 уменьшается, исключая перегрузку аналого-цифрового преобразователя.
К выходам входного устройства многоканальной радиоприемной системы могут быть подключены входы блока цифровой обработки сигналов и т.д.
Многотрактовый прием сигналов осуществляется одновременно в каждом поддиапазонном радиоканале.
В сравнении с прототипом у предлагаемого многодиапазонного радиоприемного устройства более высокий коэффициент передачи сигналов, так как в устройстве отсутствует согласующее устройство.
Источники информации
1.. Б.К.Барановский Аппаратура многократного использования приемных антенн коротковолнового диапазона. Связь. М. 1966 г.
2. Михайлов B.C., Шеметов И.С. Помехоустойчивая аппаратура многократного использования приемной К В 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. Н04В 1/06 опубл. 10.10.2007 г., бюл. №28
7. Патенте на полезную модель РФ №96300, опубл. 20.07.2010 г., бюл. №20.