RU2019844C1

RU2019844C1 - Device for analyzing spectrum of wide-band harmonic frequency modulation continuous radio signal

Info

Publication number: RU2019844C1
Authority: RU
Inventors: Е.С. Беспалов; А.Ю. Тамазов; В.Ф. Трофимов
Original assignee: Московский институт радиотехники, электроники и автоматики; Беспалов Евгений Семенович; Тамазов Артем Юрьевич; Трофимов Владимир Феодосьевич
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: device has mixer 1, frequency-modulated local oscillator 2, modulating voltage generator 3, narrow-band band-pass filters 4-8, amplitude-phase detectors 5, 9, 10 and 11, unit 12 for forming synchronization and control signals, input switch 13, computer 14 and output switch 15. EFFECT: improved truth of measuring carrier; improved precision of measurement of modulation index. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемной и измерительной аппаратуре. The invention relates to radio engineering and can be used in radio and measuring equipment.

Цель изобретения - достоверное определение несущей и измерение индекса модуляции. The purpose of the invention is the reliable determination of the carrier and the measurement of the modulation index.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема блока формирования сигналов синхронизации и управления. Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device; in FIG. 2 is a block diagram of a block for generating synchronization and control signals.

Устройство содержит смеситель 1, частотно-модулированный гетеродин 2, генератор 3 модулирующего напряжения, узкополосный полосовой фильтр 4, детектор 5, дополнительные полосовые фильтры 6 - 8, дополнительные детекторы 9 - 11, блок 12 формирования сигналов синхронизации и управления, входной ключ 13, вычислитель 14, выходной ключ 15. Гетеродинный вход смесителя 1 соединен через гетеродин 2 с выходом генератора 3. Выход смесителя 1 через узкополосный полосовой фильтр 4 подключен к входу детектора 5. К выходу смесителя 1 через полосовые фильтры 6 - 8 подсоединены входы соответственно детекторов 9 - 11. Выходы всех детекторов 5, 9, 10 и 11 через входной ключ 13 подключены к соответствующим четырем входам вычислителя 14. Выходы вычислителя 14 соединены с сигнальными входами выходного ключа 15. Выходы полосовых фильтров 6 и 7 подключены к входам блока 12, опорные выходы которого соответственно подсоединены к другим входам детекторов 5,9,10 и 11. Коммутирующий выход блока 12 соединен с управляющими входами ключей 13 и 15 и с управляющим входом генератора 3. Другой выход генератора 3 подсоединен к пятому входу вычислителя 14. The device comprises a mixer 1, a frequency-modulated local oscillator 2, a modulating voltage generator 3, a narrow-band pass filter 4, a detector 5, additional band-pass filters 6 to 8, additional detectors 9 to 11, a synchronization and control signal generation unit 12, an input key 13, a calculator 14, the output key 15. The heterodyne input of the mixer 1 is connected through the local oscillator 2 to the output of the generator 3. The output of the mixer 1 through a narrow-band bandpass filter 4 is connected to the input of the detector 5. To the output of the mixer 1 through the bandpass filters 6 - 8 are connected the inputs of detectors 9 - 11 are respectively in. The outputs of all detectors 5, 9, 10, and 11 are connected through the input key 13 to the corresponding four inputs of the calculator 14. The outputs of the calculator 14 are connected to the signal inputs of the output key 15. The outputs of the bandpass filters 6 and 7 are connected to the inputs block 12, the reference outputs of which are respectively connected to other inputs of the detectors 5,9,10 and 11. The switching output of block 12 is connected to the control inputs of the keys 13 and 15 and to the control input of the generator 3. Another output of the generator 3 is connected to the fifth input of the calculation of Tell 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Непрерывный сигнал после усиления в предварительном усилителе радиочастоты, обеспечивающем подавление зеркального канала, поступает на вход смесителя 1. Амплитуда этого сигнала предполагается постоянной (при приеме ЧМ-сигналов традиционно используют ограничение амплитуды). На гетеродинный вход смесителя 1 подается напряжение гетеродина 2, частота которого изменяется по ступенчатообразному закону напряжением, снимаемым с выхода генератора 3. Длительность каждой ступеньки превосходит время переходного процесса в полосовых фильтрах 4, 6, 7 и 8, а высота ступеньки равна известной частоте модуляции F_м. В течение каждой ступеньки в установившемся режиме на выходах полосовых фильтров 4,6,7 и 8 могут появиться соответствующие спектральные составляющие, так как центральные частоты указанных фильтров смещены относительно друг друга на F_м. При появлении колебаний на выходах полосовых фильтров 6 и 7 происходит их детектирование детекторами 16. Если продетектированное напряжение на обоих входах компаратора 17 одновременно превышает порог, то на выходе компаратора 17 появляется напряжение высокого уровня. Колебания с выходов полосовых фильтров 6 и 7 одновременно подаются на входы ключа 18. Если в компараторе 17 получено напряжение высокого уровня, то указанные колебания через ключ 18, управляемый компаратором 17, поступают на смеситель 19. Напряжение биений с частотой F_м с выхода смесителя 19 и одно из смешиваемых колебаний подаются на входы синтезатора 20 сетки частот. Полученные в синтезаторе 20 составляющие сетки частот с шагом F_м через блок 21 коррекции поступают на другие входы детекторов 5, 9, 10 и 11. В блоке 21 коррекции с помощью регулируемых аттенюаторов и фазовращателей при настройке выставляются уровни и фазы составляющих сетки частот, обеспечивающие амплитудно-фазовое детектирование спектральных составляющих входного ЧМ-сигнала. Выходы блока 21 коррекции служат, таким образом, опорными выходами блока 12. Напряжение высокого уровня с выхода компаратора 17 одновременно поступает на управляющий вход генератора 3 модулирующего напряжения и управляющие входы ключей 13 и 15. Это напряжение, действуя через блок запуска-фиксации уровня в составе генератора 3, фиксирует в генераторе ступенчатого напряжения уровень ступеньки, на которой срабатывает компаратор 17. При этом частота гетеродина 2 также фиксируется, так как управляющее напряжение остается постоянным. Зафиксированный уровень ступеньки напряжения генератора ступенчатого напряжения через согласующий усилитель ( в составе генератора 3) поступает на пятый вход вычислителя 14. В рассматриваемом режиме ключи 13 и 15 (при высоких уровнях напряжения на их управляющих входах) замыкаются, а выходы детекторов 5, 9, 10 и 11 подключаются к соответствующим входам вычислителя 14. На четыре входа вычислителя 14 поступают с выходов детекторов 5, 9, 10 и 11 данные о составляющих спектра указанного непрерывного ЧМ-радиосигнала. В рассматриваемом случае это - напряжения, пропорциональные I_n(x), где I_n(х) - функция Бесселя первого рода порядка n.A continuous signal after amplification in a pre-amplifier for radio frequency suppression of the mirror channel is fed to the input of mixer 1. The amplitude of this signal is assumed to be constant (when receiving FM signals, amplitude limitation is traditionally used). The voltage of the local oscillator 2 is supplied to the heterodyne input of the mixer 1, the frequency of which varies according to the stepwise law with the voltage taken from the output of the generator 3. The duration of each step exceeds the transient time in the bandpass filters 4, 6, 7 and 8, and the height of the step is equal to the known modulation frequency F _m During each step in the steady state, the corresponding spectral components may appear at the outputs of the bandpass filters 4,6,7 and 8, since the center frequencies of these filters are shifted relative to each other by F _m . When oscillations appear at the outputs of the bandpass filters 6 and 7, they are detected by the detectors 16. If the detected voltage at both inputs of the comparator 17 simultaneously exceeds the threshold, a high level voltage appears at the output of the comparator 17. The oscillations from the outputs of the bandpass filters 6 and 7 are simultaneously fed to the inputs of the key 18. If a high level voltage is obtained in the comparator 17, then these vibrations through the key 18, controlled by the comparator 17, are fed to the mixer 19. The voltage of the beats with a frequency of F _m from the output of the mixer 19 and one of the mixed vibrations is fed to the inputs of the synthesizer 20 of the frequency grid. The components of the frequency grid obtained in the synthesizer 20 with a step of F _m are fed through the correction block 21 to the other inputs of the detectors 5, 9, 10, and 11. In the correction block 21, the levels and phases of the components of the frequency grid providing amplitude -phase detection of the spectral components of the input FM signal. The outputs of the correction unit 21 thus serve as the reference outputs of the unit 12. The high-level voltage from the output of the comparator 17 is simultaneously supplied to the control input of the modulating voltage generator 3 and the control inputs of the keys 13 and 15. This voltage, acting through the trigger-lock block of the level generator 3, fixes in the step voltage generator the level of the step at which the comparator 17 is activated. The frequency of the local oscillator 2 is also fixed, since the control voltage remains constant. The fixed level of the voltage step of the voltage generator through the matching amplifier (as part of generator 3) is fed to the fifth input of the calculator 14. In this mode, the keys 13 and 15 (at high voltage levels at their control inputs) are closed, and the outputs of the detectors 5, 9, 10 and 11 are connected to the corresponding inputs of the calculator 14. The four inputs of the calculator 14 receive from the outputs of the detectors 5, 9, 10 and 11 data on the spectrum components of the specified continuous FM radio signal. In the case under consideration, these are stresses proportional to I _n (x), where I _n (x) is the Bessel function of the first kind of order n.

Можно показать, используя теорию функций Бесселя, что по известным соседним спектральным составляющим входного ЧМ-сигнала определяются: порядок боковой n, попавшей во второй полосовой фильтр 6, и индекс модуляции х. Полученные формулы выглядят так
n=

x=

При этом частота несущей f_н при заданной частоте модуляции F_м и зафиксированной частоте гетеродина f_г рассчитывается по формуле
f_н = f_г + n F_м - f_ф, где f_ф - средняя частота фильтра 6.It can be shown, using the theory of Bessel functions, that the following neighboring spectral components of the input FM signal are determined: the order of the side n, which fell into the second band-pass filter 6, and the modulation index x. The resulting formulas look like this
n =

x =

The carrier frequency f _n at a given modulation frequency F _m and a fixed local oscillator frequency f _{g is} calculated by the formula
f _n = f _g + n F _m - f _f , where f _f - the average frequency of the filter 6.

Вычислитель, удовлетворяющий указанным ранее требованиям, обеспечивает реализацию необходимых расчетов. Известные значения F_м и f_фв вычислитель 14 вводятся заранее. Результаты расчетов через ключ 15 поступают на выход устройства в целом. Следует подчеркнуть, что для значений индексов, при которых I_n(x), I_n+₁(x) обращаются в ноль, в общем случае записанные формулы дают неопределенность типа 0/0. В данном устройстве такой режим невозможен, поскольку напряжение ступеньки частоты гетеродина 2 фиксируется сигналом от компаратора 17 в составе блока 12 лишь в том случае, когда I_n(x) и I_n+₁(х) одновременно не равны нулю. Если же при изменении индекса x, либо при скачке несущей на величину, кратную F_м, в один из средних полосовых фильтров (6 или 7) попадает составляющая с нулевой интенсивностью, на выходе компаратора 17 (фиг.2) появляется напряжение низкого уровня, ключ 18 в составе блока 12 и ключи 13 и 15 размыкаются. На вход схемы запуска-фиксации уровня генератора 3 поступает напряжение низкого уровня, что приводит к запуску генератора ступенчатого напряжения в генераторе 3, который вырабатывает периодическую последовательность ступенчатообразных импульсов до тех пор, пока в полосовые фильтры 6 и 7 не попадут нулевые составляющие спектра. Предполагается, что диапазон перестройки частоты гетеродина 2 достаточно широк, чтобы обеспечить такой поиск в рабочем диапазоне изменений х и перескоков несущей, В режиме поиска синтезатор в составе блока 12 не работает, не работают также и детекторы 5, 9, 10 и 11. В вычислитель 14 поступает через пятый вход лишь информация о текущей частоте гетеродина 2.A computer that satisfies the previously specified requirements ensures the implementation of the necessary calculations. Known values of F _m and f _f in the calculator 14 are entered in advance. The calculation results through key 15 are sent to the output of the device as a whole. It should be emphasized that for index values at which I _n (x), I _n + ₁ (x) vanish, in the general case, the written formulas give an uncertainty of type 0/0. In this device, this mode is not possible, since the voltage of the frequency step of the local oscillator 2 is fixed by the signal from the comparator 17 as part of block 12 only if I _n (x) and I _n + ₁ (x) are not equal to zero at the same time. If, when changing the index x, or when the carrier jumps by an amount multiple of F _m , a component with zero intensity gets into one of the middle bandpass filters (6 or 7), a low level voltage appears at the output of the comparator 17 (Fig. 2), the key 18 in the block 12 and the keys 13 and 15 are opened. The input of the trigger-fixation circuit of the level of the generator 3 receives a low level voltage, which leads to the launch of the step voltage generator in the generator 3, which generates a periodic sequence of step-like pulses until zero spectrum components get into the bandpass filters 6 and 7. It is assumed that the frequency tuning range of the local oscillator 2 is wide enough to provide such a search in the operating range of changes in x and carrier jumps. In the search mode, the synthesizer in block 12 does not work, and the detectors 5, 9, 10, and 11 do not work either. 14, only the information on the current frequency of the local oscillator 2 enters through the fifth input.

Устройство в целом предназначено для проведения измерений в стационарном режиме при работе с непрерывным ЧМ-радиосигналом. Однако, при подаче на вход немодулированного колебания возможна его регистрация с помощью одного из детекторов 16 в составе блока 12. The device as a whole is designed to carry out measurements in a stationary mode when working with a continuous FM radio signal. However, when applying an unmodulated oscillation to the input, it is possible to register it using one of the detectors 16 as part of block 12.

Claims

DEVICE FOR ANALYSIS OF THE CONTINUOUS RADIO SIGNAL SPECTRA WITH A BAND HARMONIC FREQUENCY MODULATION, containing a mixer, a heterodyne input of which is connected through a frequency-modulated local oscillator with the output of the modulating voltage generator, and its output is connected through a narrow-band filter to the target, which has a high-pass filter the reliability of determining the carrier and measuring the modulation index, additional bandpass filters and detectors, a synchronization signal generation unit are introduced into it of the control and serial input key, calculator and output key, the inputs of the second, third and fourth detectors are connected to the mixer output through the second, third and fourth bandpass filters, the outputs of all detectors are connected to the signal inputs of the input key, the outputs of the second and third bandpass filters - to the inputs of the block for generating synchronization and control signals, the reference outputs of which are respectively connected to other inputs of the detectors, the switching output of this unit is connected ene with control keys and input with the control input of the modulating voltage generator, the other output of which is connected to a fifth input of the calculator, and the detectors are made of amplitude-phase.