УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА С КВАДРАТУРНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к области радиотехники и вычислительной техники и может быть использована для приема и демодуляции квадратурных сигналов, для построения функциональных устройств автоматического регулирования и управления.
Известно устройство [Цифровая обработка сигналов / А.Б.Сергиенко - СПб.: Питер, 2003. - (стр.458 - Рис.8.27)] квадратурной обработки сигнала с угловой модуляцией, содержащее первый и второй перемножители, первые входы которых соединены с информационной шиной, а выходы, соответственно, с входами первого и второго фильтров нижних частот, блок вычисления суммы квадратов синфазной и квадратурной амплитуд и блок вычисления фазы входного сигнала, при этом к выходу первого фильтра нижних частот подключены первые входы блока вычисления суммы квадратов синфазной и квадратурной амплитуд и блока вычисления фазы входного сигнала, а к выходу второго фильтра нижних частот подключены вторые входы блока вычисления суммы квадратов синфазной и квадратурной амплитуд и блока вычисления фазы входного сигнала, причем на вторые входы первого и второго перемножителей подаются опорные квадратурные сигналы.
К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость перестройки параметров фильтров нижних частот при изменении опорной (несущей) частоты сигнала, а также отсутствие возможности определения огибающей модулированного сигнала.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, генератор ортогональных сигналов (А.с. СССР №1702514, кл. Н03В 27/00, опубл. 30.12.91, Бюл. №48), который содержит два управляемых фазовращателя и блок формирования сигнала обратной связи, содержащий два квадратора, сумматор, блок извлечения квадратного корня, делитель и перемножитель.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства.
Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в возможности определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией в условиях широкодиапазонной перестройки несущей частоты модулированного сигнала.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в устройство для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией, содержащее первый управляемый фильтр нижних частот, выход которого соединен с первым входом делителя и входом первого квадратора, второй управляемый фильтр нижних частот, выход которого соединен со вторым входом делителя и входом второго квадратора, сумматор, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго квадраторов, соответственно, а выход соединен с входом блока извлечения квадратного корня и первый перемножитель, при этом выходы первого управляемого фильтра нижних частот, блока извлечения квадратного корня, второго управляемого фильтра нижних частот и делителя соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией, причем вторые входы управляемых фильтров нижних частот и соединены с управляющей шиной, а первый вход первого перемножителя соединен с информационной шиной, дополнительно
введены блок выделения опорной частоты, преобразователь частоты в напряжение, второй перемножитель и блок формирования опорных квадратурных сигналов, вход которого соединен с информационной шиной, а первый и второй выходы подключены, соответственно, ко вторым входам первого и второго перемножителей, при этом вход блока выделения опорной частоты соединен с информационной шиной, а выход - с преобразователем частоты в напряжение, выход которого соединен с управляющей шиной, первый вход первого управляемого фильтра нижних частот подключен к выходу первого перемножителя, первый вход второго перемножителя соединен с информационной шиной, а выход - с первым входом второго управляемого фильтра нижних частот, причем выходы блока выделения опорной частоты и преобразователя частоты в напряжение соединены, соответственно, с пятым и шестым выходами устройства для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна».
Введение в предлагаемое устройство блока выделения опорной частоты, преобразователя частоты в напряжение, второго перемножителя и блока формирования опорных квадратурных сигналов обеспечивает возможность автоматического определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией при изменении несущей частоты модулированного сигнала в широком диапазоне.
Полезная модель поясняется структурной схемой устройства для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией.
Устройство для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией содержит первый управляемый фильтр нижних частот 1, выход которого соединен с первым входом делителя 2 и входом первого квадратора 3, второй
управляемый фильтр нижних частот 4, выход которого соединен со вторым входом делителя 2 и входом второго квадратора 5, сумматор 6, первый и второй входы которого подключены к выходам первого 3 и второго 5 квадраторов, соответственно, а выход соединен с входом блока извлечения квадратного корня 7 и первый перемножитель 8, при этом выходы первого управляемого фильтра нижних частот 1, блока извлечения квадратного корня 7, второго управляемого фильтра нижних частот 4 и делителя 2 соединены, соответственно, с первым 9, вторым 10, третьим 11 и четвертым 12 выходами устройства для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией. Вторые входы управляемых фильтров нижних частот 1 и 4 соединены с управляющей шиной 13, а первый вход первого перемножителя 8 соединен с информационной шиной 14. Вход блока выделения опорной частоты 15 соединен с информационной шиной 14, а выход - с входом преобразователя частоты в напряжение 16, выход которого соединен с управляющей шиной 13. К информационной шине 14 подключены второй вход второго управляемого перемножителя 17 и вход блока формирования опорных квадратурных сигналов 18, первый и второй выходы которого подключены, соответственно, ко вторым входам первого 8 и второго 17 перемножителей. Первые входы первого 1 и второго 4 управляемых фильтров нижних частот подключены, соответственно, к выходу первого 8 и второго 17 перемножителей, при этом выходы блока выделения опорной частоты 15 и преобразователя частоты в напряжение 16 соединены, соответственно, с пятым 19 и шестым 20 выходами устройства для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией.
Работа предлагаемого устройства для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией осуществляется следующим образом.
Анализируемый сигнал s(t) подается на вход 14, к которому подключены блок формирования опорных квадратурных сигналов 20, первые входы первого
8 и второго 17 перемножителей, а также преобразователь частоты в напряжение 16.
0
0
Сигнал s(t), у которого меняются во времени как амплитуда, так и начальная фаза при фиксированном значении несущей ω=2πf, можно представить в следующем виде:
где A(t) - амплитудная огибающая, a φ(t) - фазовая функция сигнала s(t).
Используя известные тригонометрические преобразования, преобразуем выражение (1)
s
s
где A(t) - синфазная амплитуда, a B(t) - квадратурная амплитуда сигнала s(t), при этом квадратурные компоненты сигнала s(t)
s
s
Для выделения синфазной A(t) и квадратурной B(t) амплитуд используются первый 8 и второй 17 перемножители, а также первый 1 и второй 4 управляемые фильтры нижних частот.
0
1
Пусть на первый вход первого перемножителя 8 подается сигнал s(t), а на второй вход - вспомогательное колебание, изменяющееся во времени по закону cos (ωt). Выходной сигнал u(t) первого перемножителя 8 в этом случае
Используя известные тригонометрические соотношения, преобразуем выражение (4):
0
s
Первый управляемый фильтр нижних частот 1 настраивается таким образом, чтобы на его выходе отсутствовали составляющие с частотами порядка 2ω. В этом случае на выходе первого управляемого фильтра нижних частот будет низкочастотное колебание, пропорциональное синфазной амплитуде A(t).
Если на первый вход второго перемножителя 17 подается сигнал s(t), а на
0
второй вход - вспомогательное колебание, изменяющееся во времени по закону sin (ωt), то на его выходе в этом случае будет присутствовать сигнал
Используя известные тригонометрические соотношения, преобразуем выражение (6):
0
s
Второй управляемый фильтр нижних частот 4 настраивается таким образом, чтобы на его выходе отсутствовали составляющие с частотами порядка 2ω. В этом случае на выходе первого управляемого фильтра нижних частот 4 будет низкочастотное колебание, пропорциональное синфазной амплитуде B(t).
Для вычисления низкочастотной огибающей A(t) используются первый 3 и второй 5 квадраторы, сумматор 6 и блок извлечения квадратного корня 7, на выходе которого формируется сигнал
С помощью делителя 2 формируется величина пропорциональная значению
s
s
При демодуляции сигналов с квадратурной модуляцией очень важно точное соблюдение частоты и начальной фазы опорного колебания. При наличии фазовой ошибки Δφ и ошибки по частоте Δω, выходные сигналы A(t), B(t) будут промодулированы по амплитуде частотой биений.
0
0
Для исключения подобного эффекта блок 18 формирования опорных квадратурных сигналов cos (ωt) и sin (ωt) выполнен на базе управляемого квадратурного генератора с петлей ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты).
у
Блок выделения опорной частоты 15 и преобразователь частоты в напряжение 16 вырабатывают управляющее напряжение Е, которое поступает на вторые входы первого 1 и второго 4 управляемых фильтров нижних частот.
у
Под действием управляющего напряжения Е параметры первого 1 и второго 4 управляемых фильтров нижних частот, то есть их постоянные времени, определяющие полосу пропускания, автоматически перестраиваются таким образом,
0
0
чтобы составляющие с частотами порядка 2ω оказались вне полосы пропускания при любом значении несущей частоты ω модулированного сигнала s(t).
Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности предлагаемого устройства путем автоматического определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией в условиях широкодиапазонной перестройки несущей частоты модулированного сигнала.