Автогетеродинное приемное устройство

В технике разведки и радиопротиводействия находят применение так называемые автогетеродинные приемники, с помощью которых удается осуществить прием одного или сразу нескольких сигналов в широкой полосе несущих частот. В приемниках этого типа отсутствует перестраиваемый по частоте гетеродин и в то же время они не имеют громоздкой структуры, свойственной многоканальным или матричным приемникам. Для приема ЧМ или ФМ сигналов в автогетеродинных приемниках применяются линии задержки непосредственно на несущей или на промежуточной частоте. Сущность приема ЧМ сигналов состоит в преобразовании частоты задержанных по времени сигналов с помощью исходных, незадержанных.
Если преобразованный сигнал, кроме того, сдвинут по частоте относительно исходного, выделение огибающей ЧМ (или ФМ) производится на разностной частоте, равной частоте сдвига. Для обеспечения указанного сдвига частоты часто используются лампы бегущей волны. С этой целью на спираль ЛБВ подают пилообразные колебания, с частотой сдвига. ЛБВ применяются в таких схемах также для усиления сигналов, а в некоторых случаях и для их задержки (электронные линии задержки). Широкое применение ЛБВ в автогетеродинных приемниках обеспечивает большой коэффициент перекрытия по частоте, сравнительно высокую чувствительность приема и ряд других преимуществ. Вместе с тем у ЛБВ имеется недостаток, который затрудняет их применение в схемах автогетеродинных и иных приемников, рассчитанных на прием сигналов с малой девиацией частоты. Речь идет о паразитных фазовых искажениях сигнала, возникающих в ЛБВ под действием внешних механических, электрических или иных факторов. Так, например, при вибрациях или ударной нагрузке на ЛБВ вследствие механических колебаний спирали создается паразитная модуляция фазы сигнала с частотой воздействий, которая по величине может оказаться соизмеримой и даже превосходящей полезную модуляцию.
Увеличение жесткости конструкции лампы возможно лишь до определенного предела и часто приводит к ухудшению ее электрических характеристик. Фазовые искажения могут возникать и при действии паразитных электрических сигналов (например, фона источников питания).
Целью настоящего предложения является создание автогетеродинного приемника на лампах бегущей волны, в котором влияние паразитных фазовых искажений было бы существенно снижено.
Перечень фигур
Фиг. 1. Блок-схема автогетеродинного приемника.
Фиг. 2. Блок-схема предлагаемого устройства.
Сущность предложения
Предлагается устройство автогетеродинного типа на лампах бегущей волны, предназначенное для приема ЧМ (ФМ) сигналов, в котором с целью устранения влияния паразитной фазовой модуляции, возникающей в лампах бегущей волны, под действием внешних факторов, вводится дополнительный низкочастотный канал, по которому сигнал, компенсирующий указанную паразитную модуляцию, передается на выход частотного различителя устройства.
Рассмотрим схему автогетеродинного приемника, изображенную на фиг. 1.
пр
Гетеродинный канал приемника состоит из линии задержки 1 и фазового модулятора 2. На фазовый модулятор поступают пилообразные колебания частоты ƒ с амплитудой, соответствующей размаху фазовой характеристики 2π.
пр
На выходе преобразователя 3 выделяются колебания разностной частоты ƒ, которые поступают на частотный различитель (детектор) 4.
Вследствие того что гетеродинное колебание задержано во времени относительно преобразуемого сигнала, огибающая фазы полезного сигнала на выходе преобразователя изменяется таким образом, что вместо фазовой функции ϕ(t), заложенной во входном сигнале, образуется функция ϕ(t)-ϕ(t-τ), где τ - время задержки в линии.
Обозначая Δϕ(t)=ϕ(t)-ϕ(t-τ) и учитывая, что на выходе идеального частотного детектора функция Δϕ(t) будет продифференцирована, получим
Напряжение на выходе частотного детектора будет иметь вид (I), если отсутствует паразитная фазовая модуляция в каналах приемника.
Предположим теперь, что фазовый модулятор, о котором шла речь, выполнен на лампе бегущей волны, а сама эта лампа подвергается вибрационному или ударному воздействию. Вследствие недостаточной жесткости узлов лампы, в частности спирали, возникают механические колебания, которые приводят к появлению паразитной фазовой модуляции с частотой внешнего воздействия.
Глубина модуляции зависит от конструкции лампы и режима воздействия и может достигать величины порядка нескольких градусов, что в ряде случаев соизмеримо с глубиной полезной модуляции.
В результате преобразования частоты паразитная фазовая модуляция передается далее в тракт и выделяется частотным различителем. Таким образом на выходе детектора получим напряжение в виде
где  - паразитная составлявшая сигнала.
Наличие паразитной модуляции может существенно исказить полезный сигнал и даже сделать невозможным его прием.
Наличие паразитной фазовой модуляции в результате внешних воздействий характерно и при других применениях ЛБВ (усилители, электронные линии задержки и т.д.).
Устранение указанной паразитной модуляции затруднено тем, что в преобразованном сигнале имеются одновременно как полезная, так и паразитная модуляция и отделение их во многих случаях невозможно, так как частоты модуляций близки.
Предложение основано на том факте (подтвержденном экспериментально), что в токе спирали присутствует переменная составляющая, пропорциональная паразитному воздействию. Что касается полезной частотной или фазовой модуляции, то она в токе спирали не наблюдается. Это обуславливает возможность выделения паразитной модуляции путем непосредственного преобразования переменной составляющей тока спирали в напряжение.
Полученное напряжение является исходным для последующего формирования компенсирующего сигнала.
Основная цепь автогетеродинного приемника и дополнительная цепь компенсации должны иметь близкие частотные характеристики. При этом следует учитывать факт дифференцирования огибающей модуляции при выделении сигнала в частотном детекторе. Для компенсации необходимо, чтобы напряжение дополнительного канала было бы в противофазе к паразитной составляющей выделенного сигнала. Соответствующий сдвиг фазы обеспечивается с помощью фазовращателя.
Блок-схема устройства показана на фиг. 2. Входной ЧМ (ФМ) сигнал поступает на преобразователь 3 и гетеродинный канал, состоящий из линии задержки 1 и ЛБВ 2. ЛБВ выполняет роль фазового модулятора. Сдвиг частоты осуществляется путем подачи пилообразных колебаний с генератора 6 на спираль ЛБВ. Колебания разностной частоты выделяются на выходе преобразователя 3, усиливаются в усилителе 5 и подаются на частотный различитель (детектор) 4. На выходе детектора выделяется колебание, состоящее из полезного и паразитного сигналов. Для устранения паразитной составляющей используется цепь компенсации. В нее входит схема формирования напряжения 8, фильтры и фазовращатель. Фильтр нижних частот 9 предназначен для устранения нежелательных составляющих, попадающих на спираль лампы, и, в частности, для подавления частоты пилообразных колебаний и ее гармоник.
Дифференцирующий каскад 10 и формирующий фильтр 12 обеспечивают требуемые амплитудно- и фазочастотные характеристики. Усиление производится в усилителе 11. Сдвиг фазы осуществляется фазовращателем 13, с выхода которого сигнал через буферный каскад 14 подается на сумматор 7.