КОГЕРЕНТНЫЙ ДЕТЕКТОР СИГНАЛОВ С АБСОЛЮТНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ НА 180°

Полезная модель (ПМ) относится к области приема радиосигналов.
Известны когерентные детекторы сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, описанные в источниках, например в:
1. Патент РФ на изобретение №2113062. Формирователь опорного колебания для детектирования фазоманипулированных сигналов / А.А.Волков. Приоритет от 28.09.1994 г.
2. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи. - М.: ГОИ, 2007. - С.224-226. По технической сущности наиболее близким к ПМ является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за ее прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.
Прототип-детектор состоит из последовательно подключенных к опорному входу фазового детектора делителя частоты в п раз, выделителя колебания несущей частоты, разделенной в п раз, умножителя частоты в п раз, фазовращателя на 90° и параллельно подключенных к выходу делителя частоты второго умножителя частоты в п раз, соединенного через блок задержки к сигнальному входу фазового детектора. Такая структура когерентного детектора, начинающегося с делителя частоты, исключает скачки фазы опорного колебания на 180°, когда единицы принимаются нулями, а нули - единицами, т.е. наоборот (обратная работа детектора). Во избежание обратной работы информационный и опорный входы детектора подключены к выходу делителя частоты через соответствующие блоки. Однако структура делителя частоты неизвестна, что не позволяет использовать данный устойчивый метод устойчивого детектирования сигналов с абсолютной ФМн на 180° и тем самым повысить помехоустойчивость приема сигналов на 2 дБ по сравнению с наиболее помехоустойчивым видом манипуляции - относительной ФМн на 180° (ОФМн).
Основным недостатком прототипа ПМ является невозможность повысить помехоустойчивость приема сигналов на 2 дБ из-за того, что неизвестна структура делителя частоты.
Техническим результатом ПМ является повышение помехоустойчивости приема сигналов на 2 дБ за счет использования разработанной структуры делителя частоты сигнала с абсолютной ФМн на 1800.
Сущность ПМ состоит в том, что в когерентном детекторе сигналов с абсолютной ФМн на 180°, состоящем из делителя частоты в 2 раза, выделителя несущей частоты, разделенной в 2 раза, двух удвоителей частоты, фазовращателя на 90°, блока временной задержки, фазового детектора, причем, выход делителя частоты в 2 раза подключен к опорному входу фазового детектора через последовательно соединенные выделитель составляющей несущей частоты, разделенной в 2 раза, первый удвоитель частоты, фазовращатель на 90°, и параллельно - к его информационному входу через последовательно соединенные блок временной задержки и второй удвоитель частоты, введена впервые структура делителя в 2 раза фазы и частоты сигнала с абсолютной фазовой манипуляцией на 180°, состоящая из сумматора сигналов, источника постоянного напряжения, подключенного к его второму входу, блока извлечения корня квадратного, подключенного к его выходу, а первый вход сумматора является входом всего фазового детектора.
Существенным отличием ПМ является разработанная структура делителя в 2 раза фазы входного сигнала и связи между его элементами.
ПМ иллюстрируется чертежом.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого когерентного детектора, где обозначено:
1 - сумматор сигналов;
2 - источник постоянного напряжения;
3 - блок извлечения корня квадратного из сигнала на его входе;
3 - источник постоянного напряжения;
4 - фильтр колебания несущей частоты, разделенной в 2 раза;
5 - блок временной задержки;
6, 7 - удвоители фазы сигнала (квадраторы);
8 - фазовращатель на 90°;
9 - фазовый детектор.
Блоки 1, 2, 3 образуют делитель в 2 раза фазы входного сигнала с абсолютной ФМн на 180°.
Работа схемы происходит следующим образом.
вх
Входной сигнал с абсолютной ФМн на 180° u(t)=Ucos[ωt+γ(t)Δφ], не содержащий составляющей несущей частоты, поступает на один вход сумматора 1, на другой вход которого подается постоянное напряжение Е с блока 2. Так как постоянное напряжение Е с блока 2 равно амплитуде входного сигнала U, то на выходе сумматора колебание представляет собой квадрат напряжения с разделенной в 2 раза фазой:
1
2
u(t)=Е+Ucos[ωt+γ(t)Δφ]=U[1+cos[ωt+γ(t)Δφ]=2Ucos0,5[ωt+γ(t)Δφ]
1
Сигнал u(t) с блока 1 поступает на вход блока 3 извлечения корня квадратного, на выходе которого имеет место колебание
С учетом того, что косинус - четная, а синус - нечетные функции, γ(t)=±1 - закон изменения фазы на Δφ=90°, имеем
Здесь первое слагаемое - это немодулированное опорное колебание с разделенной в 2 раза несущей частотой ω/2, появившееся благодаря делению в 2 раза фазы входного сигнала. Второе слагаемое представляет собой две боковые полосы частот, симметрично расположенные относительно несущей частоты ω/2. Фильтр 4 пропускает на свой выход только первое слагаемое, которое затем умножается по частоте в 2 раза в квадраторе 6, где также преобразуется ± перед корнем в +:
.
6
8
С выхода блока 6 сигнал u(t)=0,5Ucosωt поворачивается по фазе на 90° в блоке 8, так что на опорном входе фазового детектора 9 имеет место колебание u(t)=0,5Usinωt.
3
вх
С выхода блока 3 колебание u(t) параллельно поступает на информационный вход фазового детектора 9 через последовательно включенные блок временной задержки 5 и второй удвоитель фазы 7, т.е. на информационном входе блока 9 будет входной сигнал u(t) с абсолютной ФМн на 180°. Фазовый детектор 9 состоит из перемножителя сигналов и ФНЧ на его выходе. На выходе перемножителя блока 9 колебание
п9
вх
8
2
u(t)=u(t)u(t)=Ucos[ωt+γ(t)Δφ]Usinωt=0,5Usin(γ(t)Δφ)+в.ч.
ФНЧ блока 9 пропускает на свой выход только первое слагаемое, а так как синус - нечетная функция и Δφ=90°, то
9
2
U(t)=0.5Uγ(t) - переданный цифровой сигнал.
Отметим, что на выходе блока 3 имеют место перед корнем квадратным 2 знака ±, что при наличии внешних воздействий (помех) может быть источником обратной работы детектора. Во избежание этого на опорный и информационный входы подается колебание с выхода делителя фазы в 2 раза через квадраторы и другие блоки.
Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение помехоустойчивости приема сигналов на 2 дБ за счет предложенной структуры делителя фазы в 2 раза.