УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ
DEVICE FOR DETECTING FREQUENCY-MODULATED OSCILLATIONS

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для построения частотных детекторов с расширенным участком линейности и увеличенной крутизной детекторной характеристики.
Известны устройства детектирования частотно-модулированных колебаний, описанные в источниках (смотреть, например):
1. И.С. Гоноровский - ″Радиотехнические цепи и сигналы″, «Советское радио», Москва, 1963, с.470-478.
2. B.C. Андреев - «Теория нелинейных электрических цепей», Москва: «Связь», 1972, с.108.
Наиболее близким по технической сущности, то есть прототипом, является устройство, описанное B.C. Андреевым. На странице 108 приведена схема прототипа (фиг.1), состоящая из элементов: первого резистора, первой катушки индуктивности, первого конденсатора и амплитудного детектора. В нем детекторная характеристика образуется частотной характеристикой параллельного колебательного контура.
Недостатком прототипа являются малая крутизна детекторной характеристики из-за малого участка требуемой линейности амплитудно-частотной характеристики параллельного колебательного контура на входе амплитудного детектора.
Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в увеличении крутизны и линейности участка детекторной характеристики, за счет включения дополнительного конденсатора и резистора и соответствующего построения цепи перед амплитудным детектором.
Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что в устройстве детектирования частотно-модулированных колебаний, содержащем первый конденсатор, подключенный первым выводом к общей точке параллельно соединенных первой катушки индуктивности и первого резистора, которые другим их соединением выводов подсоединены к общей шине как цепи, так и амплитудного детектора, выход которого является выходом устройства, вход устройства соединен с вторым выводом первого конденсатора, дополнительно включены последовательно соединенные второй конденсатор и второй резистор, подключенные свободным выводом конденсатора к точке соединения первого резистора, первого конденсатора и первой катушки индуктивности, а свободным выводом резистора к общей шине; в общую точку соединения второго конденсатора и второго резистора подключен вход амплитудного детектора.
Целью изобретения является повышение крутизны и увеличение линейного рабочего участка детекторной характеристики, что повышает помехозащищенность сигналов с частотной модуляцией. Цель достигается изменением цепи, включенной перед амплитудным детектором.
Принципиальная схема устройства детектирования частотно-модулированных колебаний приведена на фиг.2.
Сущность изобретения состоит в том, что вход (1) и выход (2) устройства соединены через первый (С1) и второй (С2) конденсаторы и амплитудный детектор (АД), зажимы соединения первого (С1) и второго (С2) конденсаторов через параллельно подключенные первую катушку индуктивности (L1) и первый резистор (R1) соединены с обшей шиной (3) цепи, которая через второй резистор (R2) соединена с общим зажимом второго конденсатора (С2) и входом амплитудного детектора (AM). Такая схема цепи обеспечивает увеличение участка линейности частотной характеристики образованной цепи при детектировании и напряжение на его выходе во много раз больше, чем в схеме прототипа (без применения усилительных устройств).
Операторная передаточная функция образованной цепи имеет вид
где p - оператор Лапласа.
Комплексная передаточная функция тогда будет равна
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><msqrt><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msqrt></mrow>
где
- мнимая единица.
Выделив модуль, найдем амплитудно-частотную характеристику
1
2
1
2
Амплитудно-частотная характеристика при C=C=C, R=R=R
<mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mn>1</mn><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo>'</mo><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mn>1</mn><mrow><msqrt><mrow><mi>R</mi><mi>C</mi></mrow></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
на резонансной частоте
, а также при частоте
будет равным
1
1
1
2
Следовательно, амплитуда напряжения на входе амплитудного детектора определяется значением добротности цепи (Q) образованного последовательного контура LC. Чем больше величины сопротивлений будут иметь резисторы R и R, тем выше уровень сигнала на выходе цепи.
Отношение амплитуд напряжения на входе амплитудного детектора в заявляемом устройстве (для рассматриваемого варианта) составляет
Таким образом, при включении ко входу устройства последовательно первого и второго конденсаторов, амплитудного детектора и клеммы выхода, а также подключением общей шины устройства выводами параллельно включенных катушки индуктивности и первого резистора к общему соединению выводов первого и второго конденсаторов, выводами второго резистора к общей точке соединения второго конденсатора и входом амплитудного детектора происходит увеличение крутизны линейности частотной характеристики пропорционально величине добротности цепи, на входе амплитудного детектора.
На фиг.3 представлены графики амплитудно-частотных характеристик цепей, включенных до амплитудного детектора в прототипе (H(f)) и заявляемом устройстве (H2C(f)) при соответственно равных значениях элементов.
При полосе частот в пределах линейности АЧХ крутизна характеристики может быть определена как S=ΔU/Δf, где ΔU - участок амплитудной линейности, а Δf - участок частотной линейности. При амплитуде входного напряжения, равной 1В, и значениях элементов, указанных на кривых фиг.3, будем иметь в результате расчета:
для прототипа
для заявляемого устройства
Следовательно, крутизна детекторной характеристики у заявляемого устройства будет больше, чем в схеме прототипа
Введение дополнительных конденсатора и резистора обеспечивает положительный дополнительный эффект - увеличение линейного рабочего участка характеристики устройства детектирования частотно-модулированных колебаний по сравнению с прототипом в
.
Расчет величин параметров элементов ведется на основе решения задачи аппроксимации для заданных условий.
Использование изобретения обеспечивает повышение крутизны и увеличение участка линейности детекторной характеристики за счет применения дополнительных элементов в цепи до амплитудного детектора, что повышает помехозащищенность сигналов с частотной модуляцией.
На чертеже (фиг.1) представлена принципиальная схема устройства, где обозначено: 1 - вход, 2 - выход и 3 - общая шина устройства детектирования частотно-модулированных колебаний; R1 - первый и R2 - второй резисторы, С1 - первый и С2 - второй конденсаторы, L1 - первая катушка индуктивности и АД - амплитудный детектор.
Входом устройства 1 является левый зажим последовательно соединенных первого С1 и второго С2 конденсаторов, амплитудного детектора АД и зажима выхода 2 устройства; общая шина 3 общими зажимами параллельно соединенных первой катушки индуктивности L1 и первым резистором R1 соединена с общей точкой включения первого С1 и второго С2 конденсаторов, а также зажимами второго резистора R2 - с общей точкой второго конденсатора С2 и амплитудного детектора AM.