ДЕТЕКТОР ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ

Данная полезная модель (ПМ) относится к приему сигналов железнодорожной радиосвязи, в которой используется только узкополосная аналоговая частотная модуляция (ЧМ).
Известные детекторы ЧМ колебаний описаны в литературе, например:
1. Горелов Г.В., Волков А.А. Шелухин В.И. «Каналообразующие устройства ЖД телемеханики и связи» - М.: Транспорт, 1994 г. - С. 127, 128, 135-137
2. Радиоприемные устройства /Под редакцией проф. Н.Н. Фомина. - М. Радио и связь, 1996 г. - С. 329-336
3. Латхи Б.П. «Системы передачи информации» - М.: Связь, 1971 г. - С. 177-178
Прототип состоит из усилителя промежуточной частоты (УПЧ) с нагрузочным параллельным колебательным контуром, расстроеным относительно частоты входного сигнала, а также из диода и параллельной RC-цепочкой. Диод через RC-цепочку подключен параллельно нагрузочному колебательному контуру, образуя детектор АМ сигнала по огибающей. Расстроенный колебательный контур преобразует частотно модулированный (ЧМ) сигнал в амплитудно-частотно модулированное колебание, а диод с КС-цепочкой детектирует его по огибающей. Чаще используется детектор АМ колебаний на двух контурах, которые подключены последовательно к выходу данного УПЧ и расстроены симметрично относительно частоты входного сигнала; параллельно каждому контуру подключен свой диод через свою RC-цепочку, образующие 2 детектора АМ колебаний по огибающей, причем обе RC-цепочки соединены между собой последовательно. Для упрощения анализа далее рассматривается детектор на одиночном расстроенном колебательном контуре.
Основным недостатком прототипа является относительно низкая помехоустойчивасть приема ЧМ сигнала из-за детектирования по огибающей ампитудно-частотно модулированных (АЧМ) колебаний.
Техническим результатом ПМ является повышение в 2 раза помехоустойчивости приема ЧМ колебаний, что способствует повышению безопасности движению поездов.
Сущность ПМ состоит в том, что в детектор частотно-модулированных колебаний, состоящий из последовательно включенных усилителя промежуточной частоты (УПЧ) с нагрузочным параллельным колебательным контуром, расстроенным относительно частоты входного сигнала, а также из диода и последовательно подключенной к нему параллельной КС-цепочки, образующие детектор АМ колебаний по огибающей, дополнительно введены второй диод, вторая параллельная КС-цепочка, блок временной задержки, обмотка со средней точкой, тасформаторно связанная с индуктивностью расстроенного контура УПЧ, один конец которой соединен со вторым ее концом через последовательно включенные первый диод, первую КС-цепочку, вторую КС-цепочку, второй диод, встречно включенный первому; средняя точка обмотки и средняя точка RC-цепочек соединены со входом УПЧ через блок временной задержки, в результате чего схема детектора АЧМн колебаний по огибающей преобразована в схему когерентного детектора АЧМ колебаний.
Существенным отличием ПМ является введенный когерентный детектор и его связь с опорным ЧМ колебанием, который позволяет исключить квадратурную помеху и тем самым уменьшить мощность помех в среднем 2 раза и увеличить помехоустойчивость.
Полезная модель иллюстрируется чертежами
На фиг. 1 представлена структурная схема данной ПМ, на фиг. 2 принципиальная схема на одном расстроенном контуре, поясняющая структурную схему, а на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика расстроенного контура, поясняющая преобразование ЧМ в АЧМ.
На фиг. 1 обозначено:
1 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
2 - преобразователь ЧМ в АЧМ;
3 - блок задержки по времени.;
4 - перемножитель сигналов;
5 - ФНЧ.
Схема на фиг. 2 не требует пояснений. Блоки 4 и 5 образуют когерентный детектор, которые вместе с блоком 3 являются введенными элементами.
Работа схемы происходит следующим образом.
На вход УПЧ 1 приемника поступает ЧМ сигнал
ЧМ
М
пр
пр
пр
U(t)=Ucos[ωt+msinΩt] промежуточной частоты ω с индексом ЧМ т, который с его выхода подается на вход преобразователя 2 этого ЧМ сигнала в амплитудно-частотно-модулированной (АЧМ) сигнал. На фиг. 2 таким блоком является одиночный контур, расстроенный относительно частоты входного сигнала ω. На фиг. 3 графически показано преобразование ЧМ в АЧМ в этом одиночном контуре, в результате чего на его выходе имеется АЧМ - колебание.
2
m
пр
m
пр
m
n
пр
u(t)=U[1+МsinΩt]cos[ωt+msinΩt]=Ucos(ωt+msinΩt)+0.5UM{sin[(ω-Ω)t+msinΩt]+sin[(ω+Ω)+msinωt]},
где M - глубина АМ.
2
вх
Этот сигнал u(t) поступает на один вход перемножителя 4, на второй вход которого подается опорное ЧМ колебание. u(t) через блок временной задержки 3. На выходе перемножителя 4 имеет место колебание
4
2
3
2
ВХ
3
m
u(t)=U(t)·U(t)≅U(t)·U(t)=0.5UUMsinΩt+ВЧ
ФНЧ 5 пропускает на свой выход только первое слагаемое, т.е. переданный речевой сигнал
5
u(t)=KU(t)sinΩt,
3
m
где K=0.5U - константа; U(t)=MU, а второе (высокочастотное (ВЧ)) слагаемое отфильтровывается.
Аналогично происходит работа и детектора ЧМ колебаний на двух расстроенных контурах.
Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение помехоустойчивости ж. - д. радиосвязи в 2 раза, что способствует повышению безопасности движения поездов. Это повышение определяется тем, что по сравнению с используемым амплитудным детектором по огибающей введенный когерентный детектор устраняет квадратурную составляющую помехи, уменьшая мощность помехи в среднем 2 раза.