Матричное устройство определения частоты

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технике связи и других устройствах для широкополосной техники. Устройство содержит пьезоэлектрический звукопровод, входной широкополосный двунаправленный встречно-штыревой преобразователь, два детекторных приемника. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах для радиолокации, в измерительной технике, в технике связи и других устройствах для широкополосной техники. В указанных областях часто требуется высокочастотное определение частоты радиосигнала и применяется ряд способов и устройств определения частоты.

Известно многоканальное устройство определения частоты, содержащее N-канальный разветвитель, канальные полосовые фильтры, вплотную перекрывающие входную полосу частот F, и детекторные приемники [1]. Это устройство обеспечивает относительно небольшую точность определения частоты: f_m= 100 и имеет громоздкую конструкцию.

В последнее время отмечается тенденция к микроминиатюризации многоканальных частотно-избирательных систем, включающих разветвитель и канальные фильтры с использованием поверхностных акустических волн (ПАВ). Так, в [2, 3] описано многоканальное устройство на ПАВ фильтрах, содержащее 2N встречно-штыревых преобразователей (ВШП) и N канальных детекторных приемников. В [5, 6, 8] предложен вариант, требующий N+1 ВПП и N детекторных приемников, где N - число каналов.

Известно матричное устройство определения частоты, принятое за прототип [1,7] , содержащее две последовательно включенные ступени уточнения частоты (см. фиг. 3), каждая из которых является многоканальной частотно-избирательной системой, содержащей разветвитель и канальные фильтры на ВШП, детекторные приемники, к выходам которых подключены супергетеродинные переносчики частоты сигнала в унифицированную для всех каналов промежуточную частоту. Переносчики частоты объединены сумматором и через усилитель промежуточной частоты соединены с входом разветвителя второй ступени, выходы переносчиков частоты ступени объединены сумматором.

Устройство работает следующим образом.

Принятый сигнал f_s, попадая в соответствующий канал первой ступени, вызывает срабатывание канального детекторного приемника и уточняется до полосы канала f_1. Далее, попадая на канальный смеситель супергетеродинного преобразователя частоты, переносится в ВЧ-диапазон и через сумматор, УПЧ поступает во вторую ступень, которая работает аналогичным образом и где сигнал уточняется по промежуточной частоте до полосы одного канала f₂, и т. д.

Точность определения частоты матричного устройства составляет f_m= , где n₁, n₂..., n_m - число каналов первой, второй ... последней ступеней соответственно.

Основным недостатком прототипа является функциональная сложность и слабая возможность микроминиатюризации из-за наличия разнородных ступеней определения частоты с большим числом фильтров, переносчиков частоты, усилителей и т. д.

Целью изобретения является упрощение схемы и конструкции, обеспечение возможности микроминиатюризации устройства.

Для реализации цели предлагается матричное устройство определения частоты, содержащее широкополосный канальный разветвитель в виде встречно-штыревого преобразователя (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ) и две многоканальные ступени уточнения частоты, выполненные одна на гребенчатых, другая - на полосовых канальных фильтрах в виде ВШП ПАВ, к выходу каждого канала которых подключен детекторный приемник. Ступени уточнения частоты подключены к входу параллельно, при этом в качестве входного разветвителя каналов используется широкополосный двунаправленный ВШП ПАВ, а канальные фильтры выполнены соответственно на гребенчатых и полосовых ВШП ПАВ, размещенных на общем пьезоэлектрическом звукопроводе и в общем акустическом канале с входом канальным разветвителем.

Наличие отличительных признаков обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства из литературы не известны, поэтому оно соответствует критерию существенные отличия.

На фиг. 1, 2 приведены функциональная схема предлагаемого устройства и два варианта размещения на звукопроводе; на фиг. 3 приведены амплитудно-частотные характеристики каналов уточнения.

Матричное устройство определения частоты содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, входной широкополосный двунаправленный ВШП 2, выполняющий также функцию входного разветвителя каналов, и две группы ВШП 3 и 4, расположенные на звукопроводе 1 и размещенные в общем акустическом канале с преобразователем 2. На торцы звукопровода 1 нанесен акустопоглотитель 5 для поглощения отраженной ПАВ.

Преобразователи 3 и 4 обладают селективными свойствами и выполняют функцию частотно-избирательных устройств двух ступеней уточнения частоты. Эти преобразователи могут быть как двунаправленными, так и однонаправленными для снижения вносимых потерь.

Узкополосные гребенчатые ВШП 3 (с прореживанием штырей) расположены в акустическом канале преобразователя 2 параллельно, так как иное (последовательное) расположение неэффективно по техническим причинам: узкополосные преобразователи имеют большую длительность импульсной характеристики и, следовательно, большие линейные размеры.

Полосовые ВШП 4 имеют большую полосу пропускания (меньший импульсный отклик), следовательно, могут быть размещены в акустическом канале ВШП 2 либо последовательно (фиг. 1), либо параллельно (фиг. 2) и взвешены любым образом.

Вариант, показанный на фиг. 1, позволяет выбирать апертуру полосовых ВШП из условия наилучшего согласования с нагрузкой и уменьшения дифракционных искажений (в пределах акустического канала ВШП2), однако имеет разное время задержки в разных каналах и большой уровень ложных сигналов, вызванных переотражениями ПАВ от остальных полосовых ВШП.

Вариант на фиг. 2 дает одинаковое время задержки сигнала во всех каналах, возможность увеличения длительности импульсной характеристики полосовых ВШП без существенного увеличения размеров звукопровода (по сравнению с фиг. 1), отсутствие переотражений от других полосовых ВШП.

Первая ступень представляет собой набор из n гребенчатых фильтров 3, 1 - 3h, полосы прозрачности которых f₂ повторяются через f₁= n f₂ в полосе F входного ВШП 2, как это показано на фиг. 3 а. Каждый гребенчатый фильтр 3 представляет собой встречно-штыревой преобразователь с прореживанием электродов [4] (под прореживанием понимается периодическое удаление одинаковых групп электродов).

Вторая ступень уточнения частоты представляет собой набор из m полосовых ВШП 4, каждый с полосовой f₁, как это показано на фиг. 3 б. Эти две ступени образуют в частотной области строки и столбцы матрицы, как это показано на фиг. 3. К выходу каждого ВШП подключены детекторные приемники 6, 7.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на вход устройства радиосигнала f_s неизвестной частоты из полосы F он через входной разветвитель - ВШП 2 излучается и принимается соответствующим гребенчатым 3 j и полосовым 4 j фильтрами, по выходу которых он фиксируется соответствующими детекторными приемниками 6j и 7j в столбцах и строках.

Например, при приеме сигнала, соответствующего второй полосе первого гребенчатого фильтра, он попадает на детекторные приемники 6.1 и 7.2. Зная, что все полосы фильтров Ф₁, Ф₂ ... Ф_n...Ф_nm складываются в матрицу: нетрудно определить, что неизвестная частота соответствует частоте фильтра Ф₁₂ частотной матрицы.

Предлагаемое устройство обеспечивает следующий технико-экономический эффект по сравнению с прототипом: при одинаковом числе каналов имеет более простую схему и конструкцию ввиду исключения промежуточных разветвлений и усилителей между ступенями. При этом потребуется 2 Ceil(2Ceil()+1)+1 ВШП и детекторных приемников, что дает существенный выигрыш в их количестве по сравнению с аналогами (операцией Ceil обозначено взятие наибольшего целого от данного числа). Так, например, при числе каналов N=20 данный метод требует 10 ВШП и детекторов: метод, предложенный в [5, 6] - 21 ВШП и 20 детекторов. С ростом N эффект еще более возрастает.

Схемное и конструктивное размещение канальных фильтров в виде матрицы на пьезоэлектрическом звукопроводе создает реальные условия для микроминиатюризации, т. е. уменьшение габаритов в несколько раз.

Формула изобретения

МАТРИЧНОЕ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ, содержащее широкополосный канальный разветвитель в виде встречно-штыревого преобразователя поверхностных акустических волн и две многоканальные ступени уточнения частоты выполненные одна на гребенчатых, а другая - на полосовых канальных фильтрах в виде встречно-штыревого преобразователя поверхностных акустических волн, при этом все фильтры нагружены канальными детекторными приемниками, отличающееся тем, что ступени уточнения частоты подключены к входу параллельно, причем входной канальный разветвитель выполнен двунаправленным, а канальные гребенчатые и полосовые фильтры размещены на общем пьезоэлектрическом звукопроводе и в общем акустическом канале с входным канальным разветвителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3