Цифровой фильтр с нулевой фазочастотной характеристикой

Полезная модель относится к радиотехнике и другим областям электронной техники, в которых используется цифровая обработка узкополосного сигнала, и может быть использована для фильтрации амплитудно модулированного сигнала и для коррекции фазовых сдвигов несущего колебания. Цель полезной модели - реализация цифрового фильтра с нулевой ФЧХ для несущего колебания AM сигнала. Цифровой фильтр с нулевой фазочастотной характеристикой, содержит первый узкополосный фильтр, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первому входу смесителя, блок формирования сигнала с удвоенной частотой несущего колебания входного сигнала, вход которого подключен к входу устройства, а выход подключен ко второму входу смесителя, второй узкополосный фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход является выходом устройства.

Полезная модель относится к радиотехнике и другим областям электронной техники, в которых используется цифровая обработка узкополосного сигнала, и может быть использована для фильтрации амплитудно модулированного (AM) сигнала и для коррекции фазовых сдвигов несущего колебания.

В качестве аналога полезной модели может быть рассмотрен известный способ цифровой фильтрации [1], по которому выборка отсчётов сигнала обрабатывается цифровым фильтром, затем порядок следования выходных отсчётов меняется на обратный, и полученная новая выборка отсчетов обрабатывается этим же цифровым фильтром. Эквивалентная фазочастотная характеристика (ФЧХ) фильтра при данном способе фильтрации является нулевой. Например, в программе MATLAB [1] данный способ реализуется функцией filtfilt.

Недостатком аналога является невозможность его использования в динамических режимах с непрерывной обработкой сигнала.

Известно устройство [2] (прототип) для преобразования начальной фазы гармонического сигнала в преобразователе девиации частоты периодического сигнала, содержщее смеситель, оба входа которого и вход многокаскадного полосного усилителя подключены к выходу полосного усилителя, вход которого является входом преобразователя начальной фазы, второй смеситель, к первому входу которого подключен выход смесителя, ко второму входу подключен выход многокаскадного полосного усилителя, а выход является выходом преобразователя начальной фазы.

Недостатками известного устройства является искажение спектра при использовании AM сигнала из-за умножения сигнала на себя в смесителе.

Цель полезной модели - реализация цифрового фильтра с нулевой ФЧХ для несущего колебания AM сигнала.

С этой целью в известное устройство для преобразования начальной фазы сигнала, содержащее первый узкополосный фильтр, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первому входу смесителя, с целью реализации нулевой эквивалентной ФЧХ фильтра для несущей частоты, в него введены блок формирования сигнала с удвоенной частотой несущей входного сигнала, вход которого подключен к входу устройства, а выход подключен ко второму входу смесителя, второй узкополосный фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход является выходом устройства.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании полезной модели, является исключение дополнительных фазовых сдвигов частоты несущего колебания, которые имеют место при обычной фильтрации AM сигнала.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фильтра с нулевой эквивалентной ФЧХ.

Цифровой фильтр содержит узкополосные фильтры 1 и 4, блок 2 выделения второй гармонической составляющей несущей входного сигнала и смеситель 3.

Вход первого узкополосного фильтра 1 подключен к входу устройства, а выход подключен к первому входу смесителя 3, вход блока 2 формирования сигнала с удвоенной частотой несущей входного сигнала подключен к входу устройства, а выход подключен ко второму входу смесителя 3, вход узкополосного фильтра 4 подключен к выходу смесителя 3, а выход является выходом устройства.

Цифровой фильтр с нулевой ФЧХ работает следующим образом.

Узкополосные фильтры являются цифровыми фильтрами с конечной импульсной характеристикой (КИХ) и имеют линейную ФЧХ. Оба фильтра настроены на спектр AM сигнала. На входе фильтра 1 несущее колебание AM сигнала имеет свою начальную фазу ₀(f₀). Ha выходе узкополосного фимльтра 1 после фильтрации несущее колебание получит дополнительное фазовое приращение: ₀(f₀), определяемое ФЧХ первого фильтра и его настройкой. С помощью блока 2 из спектра сигнала выделяется несущая частота, которая затем удваивается. При этом начальная фаза также удваивается. В смесителе 3 AM сигнал, поступающий с выхода фильтра 1, и сигнал с удвоенной частотой несущего колебания AM сигнала перемножаются. На выходе смесителя будет сигнал, определяемый двумя спектрами. Первый спектр определяется разностными частотами перемножаемых сигналов, а второй суммарными частотами. Второй спектр подавляется вторым узкополосным фильтром и далее не учитывается. Начальная фаза несущего колебания первого спектра, в результате вычитания в смесителе частот и начальных фаз примет вид: 2₀-₀-₀(f₀) Происходит инвертирование фазового сдвига, полученного в первом узкополосном фильтре. Если второй узкополосный фильтр идентичен первому, то после его прохождения несущее колебание получит дополнительное фазовое приращение: ₀(f₀). Видно, что в результате фазовые сдвиги, полученные в узкополосном фильтре 1 и узкополосном фильтре 4 компенсируют друг друга. Эквивалентная ФЧХ фильтра для несущего колебания совпадает с осью частот, то есть является нулевой. Вариация частоты несущего колебания относительно средней частоты фильтра не приводит к дополнительным фазовым сдвигам. Результаты моделирования и реализации цифрового фильтра по структуре, приведённой на фиг. 1, подтверждают сделанный вывод.

Список источников для рассмотрения в ходе экспертизы.

1. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов [Текст] // А.Б. Сергиенко - СПб.: "Питер", 2003. - 604 с. (Стр. 215)

2. Патент 2214034 МПК⁷ Н03В 21/04 Устройство для преобразования девиации частоты периодического сигнала. Шакурский В.К., Иванов В.В. Опубл. 10.10.2003. Бюл. 28.

Цифровой фильтр с нулевой фазочастотной характеристикой, содержащий первый узкополосный фильтр, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первому входу смесителя, отличающийся тем, что в него введены блок формирования сигнала с удвоенной частотой несущего колебания входного сигнала, вход которого подключен к входу устройства, а выход подключен ко второму входу смесителя, второй узкополосный фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход является выходом устройства.