Когерентный детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией на 180°

Предложен когерентный детектор сигналов с абсолютной ФМн на 180°, у которого опорное колебание формируется из входного сигнала путем деления его фазы в 2 раза, а делитель фазы состоит из сумматора сигналов, блока извлечения корня квадратного, подключенного к его выходу, источника постоянного напряжения, подключенного к второму входу сумматора, первый вход которого является входом всего детектора; выход делителя фазы подключен к опорному и параллельно - к информационному входу фазового детектора через соответствующие блоки.

Полезная модель (ПМ) относится к области приема радиосигналов.

Известны когерентные детекторы сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, описанные в источниках, например в:

1. Патент РФ на изобретение 2113062. Формирователь опорного колебания для детектирования фазоманипулированных сигналов / А.А.Волков. Приоритет от 28.09.1994 г.

2. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи. - М.: ГОИ, 2007. - С.224-226. По технической сущности наиболее близким к ПМ является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за ее прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.

Прототип-детектор состоит из последовательно подключенных к опорному входу фазового детектора делителя частоты в п раз, выделителя колебания несущей частоты, разделенной в п раз, умножителя частоты в п раз, фазовращателя на 90° и параллельно подключенных к выходу делителя частоты второго умножителя частоты в п раз, соединенного через блок задержки к сигнальному входу фазового детектора. Такая структура когерентного детектора, начинающегося с делителя частоты, исключает скачки фазы опорного колебания на 180°, когда единицы принимаются нулями, а нули - единицами, т.е. наоборот (обратная работа детектора). Во избежание обратной работы информационный и опорный входы детектора подключены к выходу делителя частоты через соответствующие блоки. Однако структура делителя частоты неизвестна, что не позволяет использовать данный устойчивый метод устойчивого детектирования сигналов с абсолютной ФМн на 180° и тем самым повысить помехоустойчивость приема сигналов на 2 дБ по сравнению с наиболее помехоустойчивым видом манипуляции - относительной ФМн на 180° (ОФМн).

Основным недостатком прототипа ПМ является невозможность повысить помехоустойчивость приема сигналов на 2 дБ из-за того, что неизвестна структура делителя частоты.

Техническим результатом ПМ является повышение помехоустойчивости приема сигналов на 2 дБ за счет использования разработанной структуры делителя частоты сигнала с абсолютной ФМн на 1800.

Сущность ПМ состоит в том, что в когерентном детекторе сигналов с абсолютной ФМн на 180°, состоящем из делителя частоты в 2 раза, выделителя несущей частоты, разделенной в 2 раза, двух удвоителей частоты, фазовращателя на 90°, блока временной задержки, фазового детектора, причем, выход делителя частоты в 2 раза подключен к опорному входу фазового детектора через последовательно соединенные выделитель составляющей несущей частоты, разделенной в 2 раза, первый удвоитель частоты, фазовращатель на 90°, и параллельно - к его информационному входу через последовательно соединенные блок временной задержки и второй удвоитель частоты, введена впервые структура делителя в 2 раза фазы и частоты сигнала с абсолютной фазовой манипуляцией на 180°, состоящая из сумматора сигналов, источника постоянного напряжения, подключенного к его второму входу, блока извлечения корня квадратного, подключенного к его выходу, а первый вход сумматора является входом всего фазового детектора.

Существенным отличием ПМ является разработанная структура делителя в 2 раза фазы входного сигнала и связи между его элементами.

ПМ иллюстрируется чертежом.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого когерентного детектора, где обозначено:

1 - сумматор сигналов;

2 - источник постоянного напряжения;

3 - блок извлечения корня квадратного из сигнала на его входе;

3 - источник постоянного напряжения;

4 - фильтр колебания несущей частоты, разделенной в 2 раза;

5 - блок временной задержки;

6, 7 - удвоители фазы сигнала (квадраторы);

8 - фазовращатель на 90°;

9 - фазовый детектор.

Блоки 1, 2, 3 образуют делитель в 2 раза фазы входного сигнала с абсолютной ФМн на 180°.

Работа схемы происходит следующим образом.

Входной сигнал с абсолютной ФМн на 180° u_вх(t)=Ucos[t+(t)], не содержащий составляющей несущей частоты, поступает на один вход сумматора 1, на другой вход которого подается постоянное напряжение Е с блока 2. Так как постоянное напряжение Е с блока 2 равно амплитуде входного сигнала U, то на выходе сумматора колебание представляет собой квадрат напряжения с разделенной в 2 раза фазой:

u₁(t)=Е+Ucos[t+(t)]=U[1+cos[t+(t)]=2Ucos²0,5[t+(t)]

Сигнал u₁(t) с блока 1 поступает на вход блока 3 извлечения корня квадратного, на выходе которого имеет место колебание

С учетом того, что косинус - четная, а синус - нечетные функции, (t)=±1 - закон изменения фазы на =90°, имеем

Здесь первое слагаемое - это немодулированное опорное колебание с разделенной в 2 раза несущей частотой /2, появившееся благодаря делению в 2 раза фазы входного сигнала. Второе слагаемое представляет собой две боковые полосы частот, симметрично расположенные относительно несущей частоты /2. Фильтр 4 пропускает на свой выход только первое слагаемое, которое затем умножается по частоте в 2 раза в квадраторе 6, где также преобразуется ± перед корнем в +:

.

С выхода блока 6 сигнал u₆ (t)=0,5Ucost поворачивается по фазе на 90° в блоке 8, так что на опорном входе фазового детектора 9 имеет место колебание u ₈(t)=0,5Usint.

С выхода блока 3 колебание u₃ (t) параллельно поступает на информационный вход фазового детектора 9 через последовательно включенные блок временной задержки 5 и второй удвоитель фазы 7, т.е. на информационном входе блока 9 будет входной сигнал u_вх(t) с абсолютной ФМн на 180°. Фазовый детектор 9 состоит из перемножителя сигналов и ФНЧ на его выходе. На выходе перемножителя блока 9 колебание

u_п9(t)=u_вх(t)u₈(t)=Ucos[t+(t)]Usint=0,5U²sin((t))+в.ч.

ФНЧ блока 9 пропускает на свой выход только первое слагаемое, а так как синус - нечетная функция и =90°, то

U₉(t)=0.5U ²(t) - переданный цифровой сигнал.

Отметим, что на выходе блока 3 имеют место перед корнем квадратным 2 знака ±, что при наличии внешних воздействий (помех) может быть источником обратной работы детектора. Во избежание этого на опорный и информационный входы подается колебание с выхода делителя фазы в 2 раза через квадраторы и другие блоки.

Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение помехоустойчивости приема сигналов на 2 дБ за счет предложенной структуры делителя фазы в 2 раза.

Когерентный детектор сигналов с абсолютной фазовой манипуляцией на 180°, состоящий из делителя частоты в 2 раза, выделителя несущей частоты, разделенной в 2 раза, двух удвоителей частоты, фазовращателя на 90°, блока временной задержки, фазового детектора, причем выход делителя частоты в 2 раза подключен к опорному входу фазового детектора через последовательно соединенные выделитель составляющей несущей частоты, разделенной в 2 раза, первый удвоитель частоты, фазовращатель на 90°, и параллельно - к его информационному входу через последовательно соединенные блок временной задержки и второй удвоитель частоты, отличающийся тем, что впервые предложена структура делителя в 2 раза фазы и частоты сигнала с абсолютной фазовой манипуляцией на 180°, состоящая из сумматора сигналов, источника постоянного напряжения, подключенного к его второму входу, блока извлечения корня квадратного, подключенного к его выходу, а первый вход сумматора является входом всего фазового детектора.