ЧАСТОТНЫЙ ДЕТЕКТОР
FREQUENCY DETECTOR

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для детектирования частотно-модулированных сигналов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является частотный детектор, состоящий из последовательно соединенных амплитудного усилителя-ограничителя, преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию, амплитудного детектора (см., например Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006 г., стр. 350).
Недостатком такого частотного детектора является низкая точность преобразования частоты в напряжение, обусловленная малой крутизной линейного участка амплитудно-частотной характеристики преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию в полосе рабочих частот, реализованного на полосовом фильтре второго порядка. Известно (см., например Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006 г., стр. 351), что чем выше крутизна линейной части характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот, определяемая крутизной ската амплитудно-частотной характеристики, тем выше точность преобразования частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию. Однако увеличение крутизны ската амплитудно-частотной характеристики отдельно взятого фильтрового звена приводит к увеличению отклонения Δ от линейной характеристики преобразования частоты в напряжение, что ведет к снижению точности преобразования частоты в напряжение.
Техническим результатом изобретения является повышение точности преобразования частоты в напряжение за счет формирования линейного участка амплитудно-частотной характеристики с большой крутизной преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию посредством последовательного соединения по меньшей мере двух фильтров верхних (нижних) частот второго порядка, резонансные частоты и добротности которых определяют из условия минимизации отклонения амплитудно-частотной характеристики преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию от заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот.
Технический результат достигается тем, что в частотном детекторе, состоящем из последовательно соединенных амплитудного усилителя-ограничителя, преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию и амплитудного детектора, преобразователь частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию выполнен на последовательно соединенных по меньшей мере двух фильтрах верхних (нижних) частот второго порядка, резонансные частоты и добротности которых определяют из условия минимизации отклонения амплитудно-частотной характеристики преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию от заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот.
Сущность изобретения поясняется фигурой 1, на которой представлены заданные линейные характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот и максимально приближенные к ним амплитудно-частотные характеристики полосового фильтра второго порядка и АЧХ, образованная двумя последовательно соединенными фильтрами верхних частот второго порядка. На фигуре 1 обозначено: 1.1, 1.2, 1.3 - заданные линейные характеристики преобразования частоты в напряжение с крутизной 0.8, 1, 4 соответственно; 2.1, 2.2 - амплитудно-частотные характеристики полосового фильтра, максимально приближенные к заданным линейным характеристикам преобразования частоты в напряжение 1.1 и 1.2 соответственно; 2.3 - амплитудно-частотная характеристика преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию, образованная двумя последовательно соединенными фильтрами верхних частот второго порядка, максимально приближенная к 1.3; 3.1, 3.2 - амплитудно-частотные характеристики в отдельности последовательно включенных фильтров верхних частот совместно формирующих АЧХ 2.3; Δ - отклонение АЧХ от заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение, определяющее степень ее линейности; Н(ω) - амплитудно-частотная характеристика; ω - угловая частота.
Из фигуры 1 видно, что в случае применения полосовых фильтров второго порядка с повышением крутизны заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение существенно увеличивается отклонение максимально приближенной АЧХ Δ, следовательно, преобразователь частотной модуляции в амплитудно-частотную, выполненный на полосовом фильтре, обладает низкой точностью преобразования частоты в напряжение.
Из фигуры видно, что преобразователь частотной модуляции в амплитудно-частотную, реализованный на двух последовательно соединенных фильтрах верхних частот (график 2.3), имеет крутизну линейного участка амплитудно-частотной характеристики на порядок выше по отношению к полосовому фильтру при малом значении Δ. Это достигается за счет выбора резонансных частот и добротностей фильтров верхних частот путем минимизации отклонения их совместной амплитудно-частотной характеристики от заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот.
Задача минимизации отклонения Δ амплитудно-частотной характеристики преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию от заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот может быть решена, например, как задача приближения функций одной или нескольких независимых переменных посредством других функций, по методике, изложенной в источниках: 1) Коллатц Л., Крабе В. Теория приближений. Чебышевские приближения и их приложения. М.: Наука, 1978 г., 9-65 с.; 2) Ремез Е. Я. Основы численных методов Чебышевского приближения. Киев: Наукова думка, 1969 г., 624 с.
Реализация возрастающей детекторной характеристики, когда при увеличении частоты напряжение на выходе детектора также возрастает, осуществляется за счет последовательного соединения фильтров верхних частот 2-го порядка.
На фигуре 2 представлен альтернативный вариант реализации предлагаемого изобретения в виде убывающей детекторной характеристики, когда при увеличении частоты напряжение на выходе детектора убывает, осуществляется за счет последовательного соединения фильтров нижних частот 2-го порядка. На фигуре 2 обозначено: 1.1 - заданная линейная характеристика преобразования частоты в напряжение с крутизной 4; 2.1 - амплитудно-частотная характеристика преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию, образованная двумя последовательно соединенными фильтрами нижних частот второго порядка, максимально приближенная к 1.1; 3.1, 3.2 - амплитудно-частотные характеристики в отдельности последовательно включенных фильтров нижних частот, совместно формирующих АЧХ 2.1. При убывающей характеристике технический результат и решение задачи минимизации отклонения Δ амплитудно-частотной характеристики преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию от заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот аналогичны случаю применения фильтров верхних частот.
Увеличение количества последовательно соединенных ФВЧ (ФНЧ) ведет к увеличению крутизны характеристики.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить точность преобразования частоты в напряжение при детектировании частотно-модулированных сигналов за счет повышения крутизны линейного участка АЧХ преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную.
Изобретение может быть реализовано во всевозможных элементных базисах выпускаемых электронной промышленностью: на аналоговых схемах из пассивных элементов (RLC-базис), на аналоговых схемах из пассивных элементов с усилителями (ARLC-базис), на цифровых схемах, на коммутируемых конденсаторах и т.д.