РАДИОПРИЕМНИК ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к радиотехнике и может найти применение в радиоприемниках сигналов управления и связи.
Известен радиоприемник двоичных частотноманипулированных (ЧМн) сигналов [1], содержащий два квадратурных канала, включающих в себя два смесителя, два полосовых фильтра нижних частот (ФНЧ), два ограничителя, фазовый детектор. При приеме кодированных сигналов с неопределенной средней частотой к выходу приемника присоединены последовательно соединенные подоптимальный ФНЧ (интегратор), пороговое устройство ПУ (дискриминатор полярности) [2, стр.93, рис.2.17] и декодирующее устройство ДУ (решающее устройство).
Радиоприемник частотномодулированных сигналов [3, стр.89, рис.38] содержит квадратурные каналы и частотный детектор на базе двух перемножителей и вычитающего устройства. Известно также применение в качестве частотных детекторов цифровых детекторов, например, импульсно-счетных [4, стр.287, рис.9.15], выполненных на радиоэлементах жесткой логики. Недостаток указанных выше приемников - сложность конструкции, обусловленная необходимостью формирования квадратурных каналов.
Приемник ЧМ сигналов (прототип) с низкой промежуточной частотой [3, стр.88, рис.37] содержит антенну, смеситель, гетеродин, полосовой усилитель низкой частоты, ограничитель, счетный детектор, фильтр низкой частоты. Для приема ЧМн сигналов этот приемник должен содержать дополнительно пороговое и декодирующее устройства. Недостатки приемника - большая сложность аналоговой части (до входа ДУ), возрастающая с увеличением основания кода принимаемого сигнала, большая погрешность разделения частотных составляющих ЧМн сигнала, приводящая к низкой помехоустойчивости приемника.
Признаками известного устройства, совпадающими с существенными признаками заявленного являются последовательное соединение антенны, УВЧ, смесителя, полосового УНЧ, ограничителя, декодирующего устройства и наличие гетеродина.
Заявленное устройство решает задачу упрощения конструкции при повышении помехоустойчивости приема двоичных и многопозиционных сигналов.
Эта задача решается в заявленном устройстве тем, что, в отличие от известного, содержащего антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, гетеродин, полосовой усилитель низкой частоты, ограничитель и декодирующее устройство, функции аналоговых и цифровых устройств по разделению частот и подоптимальной фильтрации перенесены в декодирующее устройство, представляющее собой программируемое устройство с гибкой логикой, например, микроконтроллер, в котором
контроль частоты производится методом прямого счета импульсов за выбранный интервал времени с усреднением за время, близкое к длительности принимаемого информационного импульса.
На фиг. изображена структурная электрическая схема предложенного приемника. Приемник содержит антенну 1, полосовой усилитель высокой частоты 2, смеситель 3, гетеродин 4, полосовой усилитель низкой частоты 5, ограничитель 6, декодирующее устройство 7.
Приемник работает следующим образом (на примере алгоритма приема команды управления). Радиосигнал с антенны усиливается в УВЧ и переносится с помощью смесителя 3 и гетеродина 4 в область низких частот. В полосу пропускания УНЧ 5 попадают две, три и более (в зависимости от выбранной двоичной, троичной и так далее системы кодирования) перенесенные частоты радиосигнала. Разнос между частотами делается минимально необходимым для последующего разделения частот в декодирующем устройстве 7, на вход которого поступает глубоко ограниченный сигнал (в двоичной цифровой логике) с выхода ограничителя 6.
Таким образом, на вход цифрового декодирующего устройства 7 поступает случайная последовательность логических импульсов. Декодирующее устройство подсчитывает усредненное количество логических импульсов за интервалы времени, соответствующие длительности ожидаемых информационных импульсов, и по этому количеству определяет прием соответствующего импульса. Прием логических импульсов, соответствующих логическим «0», «1» и при необходимости «2», «3» и т.д. разделяется по количеству принятых логических импульсов за время длительности соответствующих информационных импульсов, поскольку частоты следования логических информационных импульсов различаются для логических «0», «1» и т.д. кодового сообщения.
Частоты следования логических импульсов в отсутствие шума равны частотам составляющих преобразованных сигналов в полосе усилителя низкой частоты. При наличии шумов в полосе УНЧ частоты следования логических импульсов изменяются во времени в зависимости от соотношения сигнала и шума в полосе УНЧ. Декодирующее устройство принимает решение о приеме того или иного информационного импульса при попадании числа принятых логических импульсов в соответствующие допусковые пределы. После приема первого информационного импульса ДУ принимает последующие информационные импульсы. Если принятый информационный импульс не соответствует принятой системе кодирования, происходит сброс принятой информации и начинается прием информации сначала. Если принято количество информационных импульсов, соответствующее длине кода в принятой системе кодирования, принимается решение о приеме кодового сообщения. Это кодовое сообщение сравнивается с кодами сообщений, подлежащих приему данным приемником, и по результату сравнения принимается решение о приеме или неприеме нужного кодового сообщения.
Очевидно, что заявленное устройство работает и на более высоких частотах, чем в полосе УНЧ. Для работы на высоких частотах необходимо увеличить быстродействие ДУ (тактовую частоту микроконтроллера, на основе которого выполнено ДУ) и предусмотреть возможность подавления зеркальных каналов приема.
Все существенные признаки заявленного устройства являются известными, также как и средства их реализации. Пояснения требует лишь декодирующее устройство, которое можно выполнить на базе программируемого устройства с гибкой логикой, например, микроконтроллера (МК). Тактовая частота МК выбирается в пределах
г
f=(5…10)fмах,
где fмах - наибольшая частота сигнала в полосе частот фильтра НЧ.
г
г
f=3fмах - это минимально необходимая тактовая частота (быстродействие) МК, при f=10 мах имеет место избыточность быстродействия МК, приводящая к увеличению его токопотребления.
г
Типичными характеристиками МК, пригодного для применения в заявленном устройстве являются наличие развитой системы команд, восьмиразрядного АЛУ, регистрового ОЗУ 32РОН, встроенной памяти программ 1-2 Кб (Flash), встроенной памяти данных 512б(EEPROM), достаточного количества портов ввода/вывода (16 и более), встроенного многоканального АЦП (при необходимости), стандартных периферийного интерфейсов SPI, VART. Напряжение питания МК 2,7…5,5 В, ток потребления 0,5…1,0 мА при f=100 кГц.
Источники информации:
1. Патент US №5451899.
2. В.И.Коржик и др. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник под ред. Л.М.Финка. М. «Радио и связь», 1981.
3. Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. М. «Патриот», 1990.
4. Н.Н.Буга и др. Радиоприемные устройства. М. «Радио и связь», 1986.