Детектор частотно-модулированных колебаний

Предложено в частотном детекторе заменить амплитудный детектор по огибающей на когерентный детектор, опорный вход которого соединен со входом последнего УПЧ приемника. Такой детектор исключает квадратурную составляющую помехи от чего ее мощность уменьшается в среднем 2 раза

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

U _ЧМ(t)=U_Мcos[_прt+msint] промежуточной частоты _пр 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 _пр. На фиг. 3 графически показано преобразование ЧМ в АЧМ в этом одиночном контуре, в результате чего на его выходе имеется АЧМ - колебание.

u₂(t)=U _m[1+Мsint]cos[_прt+msint]=U_mcos(_прt+msint)+0.5U_mM{sin[(_n-)t+msint]+sin[(_пр+)+msint]},

где M - глубина АМ.

Этот сигнал u₂(t) поступает на один вход перемножителя 4, на второй вход которого подается опорное ЧМ колебание. u _вх(t) через блок временной задержки 3. На выходе перемножителя 4 имеет место колебание

u₄(t)=U ₂(t)·U₃(t)U₂(t)·U_ВХ(t)=0.5U₃ U_mMsint+ВЧ

ФНЧ 5 пропускает на свой выход только первое слагаемое, т.е. переданный речевой сигнал

u₅(t)=KU(t)sint,

где K=0.5U₃ - константа; U(t)=MU _m, 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.

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 RC-цепочки, образующие детектор AM колебаний по огибающей, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй диод, вторая параллельная RC-цепочка, блок временной задержки, обмотка со средней точкой, трансформаторно связанная с индуктивностью расстроенного контура УПЧ, один конец которой соединён со вторым её концом через последовательно включенные первый диод, первую RC-цепочку, вторую RC-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 АЧМ колебаний по огибающей преобразована в схему когерентного детектора АЧМ колебаний.