RU2195074C2

RU2195074C2 - Analog phase-modulated single-sideband signal receiver

Info

Publication number: RU2195074C2
Application number: RU2000119985A
Authority: RU
Inventors: М.М. Шахмаев; Е.В. Ерохов
Original assignee: Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: radio engineering; reception of phase-modulated single-sideband signals. SUBSTANCE: signal is shaped across demodulator output by adding respective portions of signal picked off output of diode-type arctangent transformer, their phase being varied or maintained constant depending on polarity of information signal derivative; this signal is transmitted together with operating sideband. In the process input signal undergoes real-time transforms as demodulator input signal (modulating function) is analog and not digital signal. EFFECT: enhanced speed, reduced cost of services rendered to user. 21 dwg

Description

Изобретение относится к классу приемных устройств и может быть использовано для приема, фильтрации, усиления, преобразования частоты и демодуляции однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β≤3 рад. The invention relates to the class of receiving devices and can be used for receiving, filtering, amplifying, frequency converting and demodulating single-band FM signals with a modulation index β≤3 rad.

Известен аналоговый приемник однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β≤1,57 рад (Шахмаев М.М. Приемник сигналов с однополосной фазовой модуляцией при индексах β≤1,57 рад. // Радиотехника. 1996. 1), состоящий из входной цепи, малошумящего усилителя, усилителя радиочастоты, смесителя, гетеродина, усилителя промежуточной частоты, фильтра колебания несущей частоты, фильтра, выделяющего рабочую боковую полосу, перемножителя сигналов, усилителя модулирующей функции, компрессора, преобразователя арксинуса, усилителя низкой частоты, и цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β>1,57 рад (А.с. 1734214, СССР, МКИ Н 04 В 1/06. Приемник однополосного сигнала с угловой модуляцией для систем связи с передачей знака производной полезного сигнала /Шахмаев М.М., Михаилов Б.К. //Б.И. 1992. 18), состоящий из высокочастотного блока, блока фильтрации, блока усиления и демодулятора. Known analog receiver of single-band FM signals with a modulation index β≤1.57 rad (Shakhmaev M.M. A signal receiver with single-band phase modulation at indices β≤1.57 rad. // Radio engineering. 1996. 1), consisting of an input circuit , low-noise amplifier, radio frequency amplifier, mixer, local oscillator, intermediate frequency amplifier, carrier frequency fluctuation filter, working sideband filter, signal multiplier, modulating amplifier, compressor, arcsine converter, low frequency amplifier, and digital receiver of single-band FM signals with a modulation index β> 1.57 rad (A.S. 1734214, USSR, MKI N 04 V 1/06. Single-band signal receiver with angular modulation for communication systems with transmitting the sign of the derivative of the useful signal / Shakhmaev M. M., Mikhailov B.K. // B.I. 1992.18), consisting of a high-frequency unit, a filtering unit, an amplification unit, and a demodulator.

Наиболее близким с точки зрения формирования модулирующего сигнала на выходе демодулятора можно считать цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов с β>1,57 рад (А.с. 1734214, СССР, МКИ Н 04 В 1/06, Б.И. 18 1992 год). Высокочастотный блок состоит из входной цепи, усилителя радиочастоты, смесителя, гетеродина, усилителя промежуточной частоты. Блок фильтрации состоит из фильтра колебания несущей частоты, фильтра, выделяющего рабочую боковую полосу, фильтра, выделяющего сигнал знака производной, первого и второго перемножителей сигналов. Блок усиления состоит из усилителя модулирующей функции и компрессора. Демодулятор состоит из аналого-цифрового преобразователя, генератора тактовых импульсов, блока преобразования функций, вычислителя, цифроаналогового преобразователя. The closest from the point of view of generating a modulating signal at the output of the demodulator can be considered a digital receiver of single-band FM signals with β> 1.57 rad (A.S. 1734214, USSR, MKI N 04 V 1/06, B.I. 1992 ) The high-frequency unit consists of an input circuit, a radio frequency amplifier, a mixer, a local oscillator, an intermediate frequency amplifier. The filtering unit consists of a carrier frequency oscillation filter, a filter that selects the working sideband, a filter that emits the derivative sign, the first and second signal multipliers. The amplification unit consists of a modulating amplifier and compressor. The demodulator consists of an analog-to-digital converter, a clock pulse generator, a function conversion unit, a computer, and a digital-to-analog converter.

Недостатками устройства являются низкое быстродействие и дороговизна. Цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов с β>1,57 рад подразумевает использование средств вычислительной техники. Сигнал на входе вычислителя (модулирующая функция) представляется последовательностью двоичных чисел. Происходит вычисление арксинуса для каждого двоичного отсчета входного сигнала (модулирующей функции), нахождение приращения между предыдущим и последующим вычисленными отсчетами, а затем суммирование приращений с разными знаками в накопителе, в зависимости от знака производной информационного сигнала. Предположим, что модуляция производится моногармоническим сигналом с частотой f=3400 Гц - максимальная частота в спектре модулирующего сигнала в современных системах радиотелефонной связи. Индекс модуляции равен β=3 рад. Тогда максимальная частота в спектре входного сигнала (модулирующей функции) определяется по формуле

F_max = 3400 Гц • (1+3+

) = 19489 Гц ≈ 19500 Гц
По теореме Котельникова частота, с которой происходит дискретизация входного сигнала F_д, берется больше либо равной удвоенной максимальной частоте в спектре входного сигнала, т.е. F_д≥2•F_max или F_д = 2•19500 Гц = 39000 Гц.The disadvantages of the device are low speed and high cost. A digital receiver of single-band FM signals with β> 1.57 rad implies the use of computer technology. The signal at the input of the calculator (modulating function) is represented by a sequence of binary numbers. The arcsine for each binary sample of the input signal (modulating function) is calculated, the increment between the previous and subsequent calculated samples is found, and then the increments with different signs in the drive are added up, depending on the sign of the derivative of the information signal. Suppose that the modulation is performed by a monoharmonic signal with a frequency f = 3400 Hz - the maximum frequency in the spectrum of the modulating signal in modern radiotelephone communication systems. The modulation index is β = 3 rad. Then the maximum frequency in the spectrum of the input signal (modulating function) is determined by the formula

F _max = 3400 Hz • (1 + 3 +

) = 19489 Hz ≈ 19500 Hz
By Kotelnikov’s theorem, the frequency with which the input signal F _d is sampled is taken to be greater than or equal to twice the maximum frequency in the spectrum of the input signal, i.e. F _d ≥2 • F _max or F _d = 2 • 19500 Hz = 39000 Hz.

Теперь определим число двоичных отсчетов на периоде входного сигнала (модулирующей функции). Период входного сигнала определяется периодом модулирующего сигнала T = 1/f = 1/3400 Гц^-1 = 2,941•10^-4 с. Шаг дискретизации входного сигнала равен Т_д = 1/F_д = 1/39000 Гц^-1 = 2,564•10^-5 с. Число отсчетов на периоде входного сигнала вычислителя равно N = T/T_Д = 2,941•10^-4/2,564•10^-5 = 11,47 ≈ 12, т.е. вычислителю необходимо обработать 12 отсчетов входного сигнала. В качестве вычислителя, например, будем использовать микросхему серии КР580 с тактовой частотой f_такт. = 2 МГц. Для обработки одного отсчета входного сигнала вычислителю необходимо выполнить как минимум шесть команд. А именно, ввод очередного отсчета в вычислитель, вычисление арксинуса для отсчета входного сигнала, определение приращения между данным вычисленным отсчетом и предыдущим, который хранится в отведенной для этого памяти, проверка знака производной модулирующего сигнала (положительный или отрицательный), сложение или вычитание приращения с модулирующим сигналом, который хранится в накопителе, вывод сигнала информации из накопителя. Время выполнения одной команды для данного вычислителя составляет от 5 до 25 машинных тактов. При условии, что машинный такт равен t = 1/f_такт. = 1/2•10⁶ Гц^-1 = 5•10^-7 с, время выполнения команды составит (25•10^-7 - 1,25•10^-5) с. Отсюда следует, что время, необходимое для обработки одного отсчета входного сигнала, равно 6•(25•10^-7 - 1,25•10^-5) = (1,5•10^-5 - 7,5•10^-5) с. А время, необходимое для обработки двенадцати отсчетов, т.е. одного периода входного сигнала, составит (1,8•10^-4 - 9•10^-4) с. Из приведенного примера следует, что сигнал на выходе демодулятора (информационный сигнал) появится не сразу при появлении сигнала на его входе, а с задержкой, которая определяется временем обработки. Время задержки будет зависеть от параметров входного сигнала. Как было показано выше, число отсчетов обрабатываемых вычислителем прямо пропорционально максимальной частоте в спектре входного сигнала. А это значит, чтобы уменьшить время задержки, необходимо использовать более мощные средства вычислительной техники. Использование в цифровых приемниках современных средств вычислительной техники, сделают их несоизмеримо дороже по сравнению с аналоговыми приемниками, в которых используется недорогая элементная база.Now we determine the number of binary samples on the period of the input signal (modulating function). The period of the input signal is determined by the period of the modulating signal T = 1 / f = 1/3400 Hz ^-1 = 2.941 • 10 ^-4 s. The sampling step of the input signal is equal to T _d = 1 / F _d = 1/39000 Hz ^-1 = 2.564 • 10 ^-5 s. The number of samples on the period of the input signal of the calculator is N = T / T _D = 2.941 • 10 ^-4 / 2.564 • 10 ^-5 = 11.47 ≈ 12, i.e. the calculator needs to process 12 samples of the input signal. As a calculator, for example, we will use a KR580 series chip with a clock frequency of f _clock. = 2 MHz. To process one sample of the input signal, the calculator must execute at least six commands. Namely, entering the next sample into the computer, calculating the arcsine for the input signal, determining the increment between the calculated sample and the previous one, which is stored in the allocated memory, checking the sign of the derivative of the modulating signal (positive or negative), adding or subtracting the increment with the modulating the signal that is stored in the drive, the output signal information from the drive. The execution time of one command for this calculator is from 5 to 25 machine clock cycles. Provided that the machine cycle is t = 1 / f _cycle. = 1/2 • 10 ⁶ Hz ^-1 = 5 • 10 ^-7 s, the execution time of the command will be (25 • 10 ^-7 - 1.25 • 10 ^-5 ) s. It follows that the time required to process one sample of the input signal is 6 • (25 • 10 ^-7 - 1.25 • 10 ^-5 ) = (1.5 • 10 ^-5 - 7.5 • 10 ^-5 ) from. And the time required to process twelve samples, i.e. one period of the input signal will be (1.8 • 10 ^-4 - 9 • 10 ^-4 ) s. From the above example it follows that the signal at the output of the demodulator (information signal) does not appear immediately when a signal appears at its input, but with a delay, which is determined by the processing time. The delay time will depend on the parameters of the input signal. As shown above, the number of samples processed by the calculator is directly proportional to the maximum frequency in the spectrum of the input signal. And this means that in order to reduce the delay time, it is necessary to use more powerful means of computer technology. The use of modern computer technology in digital receivers will make them incomparably more expensive compared to analog receivers, which use an inexpensive element base.

Решаемой технической задачей изобретения является повышение быстродействия и уменьшение стоимости устройства. В предложенном устройстве информационный сигнал на выходе демодулятора формируется путем сложения соответствующих "частей" сигнала с выхода преобразователя арксинуса, фаза которых изменяется или остается постоянной в зависимости от знака производной информационного сигнала, который передается вместе с рабочей боковой полосой. При этом все преобразования с входным сигналом происходят в реальном времени, так как сигнал на входе демодулятора (модулирующая функция) аналоговый, а не цифровой. Аналоговый приемник однополосных ФМ-сигналов не содержит дорогой цифровой элементной базы, а потому будет дешевле, чем цифровой приемник однополосных ФМ-сигналов. Solved by the technical problem of the invention is to increase speed and reduce the cost of the device. In the proposed device, the information signal at the output of the demodulator is formed by adding the corresponding "parts" of the signal from the output of the arcsine converter, the phase of which changes or remains constant depending on the sign of the derivative of the information signal, which is transmitted together with the working side band. Moreover, all conversions with the input signal occur in real time, since the signal at the input of the demodulator (modulating function) is analog, not digital. An analog receiver of single-band FM signals does not contain an expensive digital element base, and therefore it will be cheaper than a digital receiver of single-band FM signals.

Решаемая техническая задача в аналоговом приемнике однополосных сигналов с фазовой модуляцией, содержащем последовательно соединенные входную цепь, усилитель радиочастоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, фильтр, выделяющий рабочую боковую полосу, первый перемножитель сигналов, усилитель модулирующей функции, компрессор, демодулятор, гетеродин, соединенный со смесителем, фильтр колебания несущей частоты, соединенный с усилителем промежуточной частоты и первым перемножителем сигналов, фильтр, выделяющий сигнал знака производной модулирующего колебания, соединенный с усилителем промежуточной частоты, второй перемножитель сигналов, соединенный с фильтром, выделяющим сигнал знака производной модулирующего колебания, с фильтром колебания несущей частоты и демодулятором, достигается за счет того, что демодулятор содержит последовательно соединенные диодный преобразователь арксинуса, усилитель-повторитель, линию задержки, первый компрессор, третий сумматор, последовательно соединенные ограничитель максимального отрицательного сигнала, второй компрессор, третий компаратор, первый сумматор, выход второго компрессора соединен со входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен со входом третьего сумматора, последовательно соединенные ограничитель максимального положительного сигнала, третий компрессор, четвертый компаратор, второй сумматор, выход второго сумматора соединен со входом третьего сумматора, выход третьего компрессора соединен со входом второго сумматора, дифференциатор, последовательно соединенный с первым компаратором, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ последовательно соединенный с логическим элементом ИЛИ-НЕ, а также один и другой электронные ключи, вход одного электронного ключа соединен с входом усилителя-повторителя, вход другого электронного ключа соединен с входом усилителя-инвертора, выходы одного и другого электронных ключей соединены с "землей", при этом сигнал с выхода логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ управляет одним электронным ключом напрямую, а другим электронным ключом через элемент ИЛИ-НЕ, выход первого компаратора соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход второго компаратора, вход которого является входом подачи сигнала знака производной модулирующего колебания, соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход диодного преобразователя арксинуса, который является входом подачи модулирующей функции, соединен с входом дифференциатора, выход усилителя-инвертора соединен с входом ограничителя максимального отрицательного сигнала и с входом ограничителя максимального положительного сигнала, выход диодного преобразователя арксинуса соединен с входом усилителя-повторителя и с входом усилителя-инвертора, выход третьего сумматора соединен с входом фильтра низких частот. The technical problem to be solved in a phase-modulated analogue single-band signal receiver containing a series-connected input circuit, a radio frequency amplifier, a mixer, an intermediate frequency amplifier, a filter extracting the working side band, a first signal multiplier, an modulating function amplifier, a compressor, a demodulator, a local oscillator connected to mixer, a carrier frequency oscillation filter connected to an intermediate frequency amplifier and a first signal multiplier, a filter emitting a signal of a sign modulating oscillator connected to an intermediate frequency amplifier, a second signal multiplier connected to a filter emitting a sign signal of a modulating derivative, a carrier frequency oscillation filter and a demodulator, is achieved due to the fact that the demodulator contains a serially connected arcsine diode converter, a repeater amplifier , delay line, first compressor, third adder, serially connected maximum negative signal limiter, second compressor or, the third comparator, the first adder, the output of the second compressor is connected to the input of the first adder, the output of the first adder is connected to the input of the third adder, the limiter of the maximum positive signal is connected in series, the third compressor, the fourth comparator, the second adder, the output of the second adder is connected to the input of the third adder , the output of the third compressor is connected to the input of the second adder, the differentiator connected in series with the first comparator, the logic element EXCLUSIVE OR therefore connected to the OR-NOT logical element, as well as one and the other electronic keys, the input of one electronic key is connected to the input of the amplifier-repeater, the input of another electronic key is connected to the input of the amplifier-inverter, the outputs of one and the other electronic keys are connected to ground , while the signal from the output of the EXCLUSIVE OR logic element controls one electronic key directly and the other electronic key through the OR-NOT element, the output of the first comparator is connected to the input of the EXCLUSIVE logic element OR, the output of the second comparator, the input of which is the input of the signal signal of the derivative of the modulating oscillation, is connected to the input of the EXCLUSIVE OR logic element, the input of the arcsine diode converter, which is the input of the modulating function, is connected to the input of the differentiator, the output of the amplifier-inverter is connected to the input of the limiter the maximum negative signal and with the input of the limiter of the maximum positive signal, the output of the arcsine diode converter is connected to the input of the amplifier-rep the spectator and with the input of the amplifier-inverter, the output of the third adder is connected to the input of the low-pass filter.

На фиг. 1 показана структурная схема аналогового приемника однополосных сигналов с фазовой модуляцией. In FIG. 1 shows a block diagram of an analog receiver of single-band signals with phase modulation.

На фиг.2 показана функциональная схема демодулятора. Figure 2 shows the functional diagram of the demodulator.

На фиг.3 показан модулирующий сигнал. Figure 3 shows the modulating signal.

На фиг.4 показан модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса. Figure 4 shows the modulating signal from the output of the arcsine converter.

На фиг.5 показана модулирующая функция. 5 shows a modulating function.

На фиг.6 показан модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса. Figure 6 shows the modulating signal from the output of the arcsine converter.

На фиг.7 показан сигнал знака производной модулирующей функции. 7 shows the sign signal of the derivative of the modulating function.

На фиг.8 показан сигнал знака производной модулирующего колебания. On Fig shows the signal sign of the derivative of the modulating oscillations.

На фиг.9 показан сигнал на входе усилителя-повторителя. Figure 9 shows the signal at the input of the repeater amplifier.

На фиг.10 показан сигнал на входе усилителя-инвертора. Figure 10 shows the signal at the input of the amplifier-inverter.

На фиг.11 показан сигнал на выходе первого компрессора. 11 shows the output signal of the first compressor.

На фиг.12 показан сигнал на выходе усилителя-инвертора. On Fig shows the signal at the output of the amplifier-inverter.

На фиг. 13 показан сигнал на выходе ограничителя максимального отрицательного сигнала. In FIG. 13 shows the signal at the output of the maximum negative signal limiter.

На фиг. 14 показан сигнал на выходе ограничителя максимального положительного сигнала. In FIG. 14 shows the signal at the output of the maximum positive signal limiter.

На фиг.15 показан сигнал на выходе второго компрессора. On Fig shows the signal at the output of the second compressor.

На фиг.16 показан сигнал на выходе третьего компрессора. On Fig shows the signal at the output of the third compressor.

На фиг.17 показан отрицательный импульс на выходе третьего компаратора. On Fig shows a negative pulse at the output of the third comparator.

На фиг. 18 показан положительный импульс на выходе четвертого компаратора. In FIG. 18 shows a positive pulse at the output of the fourth comparator.

На фиг.19 показан сигнал на выходе первого сумматора. On Fig shows the signal at the output of the first adder.

На фиг.20 показан сигнал на выходе второго сумматора. On Fig shows the signal at the output of the second adder.

На фиг.21 показан модулирующий сигнал на выходе фильтра низких частот. On Fig shows a modulating signal at the output of the low-pass filter.

Аналоговый приемник однополосных ФМ-сигналов (фиг.1) содержит последовательно соединенные входную цепь 1, усилитель радиочастоты 2, смеситель 3, усилитель промежуточной частоты 4, фильтр, выделяющий рабочую боковую полосу 5, первый перемножитель сигналов 6, усилитель модулирующей функции 7, компрессор 8, демодулятор 9. Со смесителем 3 соединен гетеродин 10. Усилитель промежуточной частоты 4 также соединен с фильтром колебания несущей частоты 11 и с фильтром, выделяющим сигнал знака производной модулирующего колебания 12. Выход фильтра колебания несущей частоты 11 и выход фильтра, выделяющий сигнал знака производной модулирующего колебания 12, соединены со входами второго перемножителя 13. Выход фильтра колебания несущей частоты 11 и выход фильтра, выделяющий рабочую боковую полосу 5, соединены со входами первого перемножителя сигналов 6. Второй перемножитель сигналов 13 соединен с демодулятором 9. An analog receiver of single-band FM signals (Fig. 1) contains a series-connected input circuit 1, a radio frequency amplifier 2, a mixer 3, an intermediate frequency amplifier 4, a filter that selects the working side band 5, a first signal multiplier 6, an modulating amplifier 7, a compressor 8 , demodulator 9. A local oscillator 10 is connected to the mixer 3. An intermediate frequency amplifier 4 is also connected to a carrier frequency oscillation filter 11 and to a filter that emits a sign signal of the modulating oscillation derivative 12. The oscillation filter output n the carrier frequency 11 and the filter output that selects the sign signal of the derivative of the modulating oscillation 12, are connected to the inputs of the second multiplier 13. The filter output of the carrier frequency fluctuations 11 and the filter output that selects the working side band 5 are connected to the inputs of the first signal multiplier 6. The second signal multiplier 13 connected to the demodulator 9.

Демодулятор аналогового приемника однополосных ФМ-сигналов с β≤3 рад (фиг. 2) содержит последовательно соединенные диодный преобразователь арксинуса 14, усилитель-повторитель 15, линию задержки 16, первый компрессор 17, третий сумматор 18, последовательно соединенные ограничитель максимального отрицательного сигнала 19, второй компрессор 20, третий компаратор 21, первый сумматор 22, выход второго компрессора 20 соединен со входом первого сумматора 22, выход первого сумматора 22 соединен со входом третьего сумматора 18, последовательно соединенные ограничитель максимального положительного сигнала 23, третий компрессор 24, четвертый компаратор 25, второй сумматор 26, выход второго сумматора 26 соединен со входом третьего сумматора 18, выход третьего компрессора 24 соединен со входом второго сумматора 26, дифференциатор 27 последовательно соединен с первым компаратором 28, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 последовательно соединен с логическим элементом ИЛИ-НЕ 30, а также один и другой электронные ключи, вход одного электронного ключа 33 соединен с входом усилителя-повторителя 15, вход другого электронного ключа 31 соединен с входом усилителя-инвертора 34, выходы одного и другого электронных ключей соединены с "землей", при этом сигнал с выхода логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 управляет одним электронным ключом 33 напрямую, а другим электронным ключом 31 через элемент ИЛИ-НЕ 30, выход первого компаратора 28 соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29, выход второго компаратора 32, вход которого является входом подачи сигнала знака производной модулирующего колебания, соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29, вход диодного преобразователя арксинуса 14, который является входом подачи модулирующей функции, соединен с входом дифференциатора 27, выход усилителя-инвертора 34 соединен с входом ограничителя максимального отрицательного сигнала 19 и с входом ограничителя максимального положительного сигнала 23, выход диодного преобразователя арксинуса 14 соединен с входом усилителя-повторителя 15 и с входом усилителя-инвертора 34, выход третьего сумматора 18 соединен со входом фильтра низких частот 35. The demodulator of the analog receiver of single-band FM signals with β≤3 rad (Fig. 2) contains serially connected diode converter of arcsine 14, amplifier-repeater 15, delay line 16, first compressor 17, third adder 18, serially connected limiter of the maximum negative signal 19, the second compressor 20, the third comparator 21, the first adder 22, the output of the second compressor 20 is connected to the input of the first adder 22, the output of the first adder 22 is connected to the input of the third adder 18, connected in series maximum positive signal splitter 23, third compressor 24, fourth comparator 25, second adder 26, the output of the second adder 26 is connected to the input of the third adder 18, the output of the third compressor 24 is connected to the input of the second adder 26, the differentiator 27 is connected in series with the first comparator 28, logical the EXCLUSIVE OR element 29 is connected in series with the logic element OR NOT 30, as well as one and the other electronic keys, the input of one electronic key 33 is connected to the input of the amplifier-repeater 15, the input is different the electronic key 31 is connected to the input of the amplifier-inverter 34, the outputs of one and the other electronic keys are connected to ground, and the signal from the output of the EXCLUSIVE OR 29 logic element controls one electronic key 33 directly and the other electronic key 31 through the OR-NOT element 30, the output of the first comparator 28 is connected to the input of the EXCLUSIVE OR logic element 29, the output of the second comparator 32, the input of which is the input of the signal signal of the derivative of the modulating oscillation, is connected to the input of the logic element EXCLUSIVE SOFTWARE OR 29, the input of the arcsine diode converter 14, which is the input of the modulating function, is connected to the input of the differentiator 27, the output of the amplifier-inverter 34 is connected to the input of the maximum negative signal limiter 19 and to the input of the maximum positive signal limiter 23, the output of the arcsine diode converter 14 connected to the input of the amplifier-repeater 15 and to the input of the amplifier-inverter 34, the output of the third adder 18 is connected to the input of the low-pass filter 35.

Работа аналогового приемника сигналов с однополосной фазовой модуляцией заключается в следующем. The work of an analog signal receiver with single-band phase modulation is as follows.

В общем случае выражение для колебания с ФМ имеет вид
A(t) = A•cos[ω•t+β•f(t)+φ₀], (2)
где β - индекс модуляции, f(t) - модулирующий сигнал, φ_o - постоянная величина. Приняв φ_o = 0 и используя простейшие тригонометрические преобразования, представим выражение для A(t) в виде

Как известно из теории сигнал (3) теоретически имеет бесконечный спектр и несимметричный относительно несущей частоты. Несимметричность спектра явилась причиной, задержавшей развитие систем связи с однополосной ФМ. Она создает непреодолимые трудности формирования в приемнике подавленной боковой полосы при индексах модуляции β, превышающих 1 рад. Из выражения (3) видно, что сигнал с ФМ состоит из двух слагаемых: A(t) = U1 - U2, где
U1 = A•Cos(β•f(t))•Cos(ω•t) (4)
U2 = A•Sin(β•f(t))•Sin(ω•t) (5)
Функции Cos(β•f(t)) и Sin(β•f(t)) представляются гармоническими рядами при любой форме модулирующего сигнала f(t). Из выражений (4) и (5) видно, гармонические ряды будут перемножаться с гармоническими функциями. Учитывая тригонометрическое соотношение 2•Sinα•Sinγ = Sin(α-γ)+Sin(α+γ), заключаем, что при любой форме f(t) спектры сигналов U1 и U2 будут симметричными. Поэтому Шахмаев М.М. предлагает использовать для связи одну боковую полосу сигнала (4) или (5).In the general case, the expression for the vibration with FM has the form
A (t) = A • cos [ω • t + β • f (t) + φ ₀ ], (2)
where β is the modulation index, f (t) is the modulating signal, φ _o is a constant value. Taking φ _o = 0 and using the simplest trigonometric transformations, we represent the expression for A (t) in the form

As is known from theory, signal (3) theoretically has an infinite spectrum and is asymmetric with respect to the carrier frequency. The asymmetry of the spectrum was the reason that delayed the development of communication systems with single-band FM. It creates insurmountable difficulties in the formation of a suppressed sideband in the receiver with modulation indices β exceeding 1 rad. It can be seen from expression (3) that the signal from the FM consists of two terms: A (t) = U1 - U2, where
U1 = A • Cos (β • f (t)) • Cos (ω • t) (4)
U2 = A • Sin (β • f (t)) • Sin (ω • t) (5)
The functions Cos (β • f (t)) and Sin (β • f (t)) are represented by harmonic series for any form of the modulating signal f (t). From the expressions (4) and (5) it is clear that harmonic series will be multiplied with harmonic functions. Taking into account the trigonometric relation 2 • Sinα • Sinγ = Sin (α-γ) + Sin (α + γ), we conclude that for any form f (t) the spectra of the signals U1 and U2 will be symmetric. Therefore, Shakhmaev M.M. suggests using one side signal band (4) or (5) for communication.

Рассмотрим простейший случай, когда в качестве модулирующего сигнала используется моногармонический сигнал f(t) = Sin(Ω•t).
Тогда U1 = A•Cos(β•Sin(Ω•t))•Cos(ω•t) и U2 = A•Sin(β•Sin(Ω•t))•Sin(ω•t). Используя формулы разложения функций Cos(β•Sin(Ω•t)) и Sin(β•Sin(Ω•t)) в гармонические ряды, получим

Коэффициенты J_2n(β) являются функциями Бесселя 1-го рода, n-го порядка (n= 1, 2, . . .), аргументами которых является индекс модуляции β. Учитывая тригонометрическое соотношение, приведенное выше, однополосный сигнал при моногармонической модуляции имеет вид

где ВП - верхняя боковая полоса; НП - нижняя боковая полоса; 1 - сигнал (6); 2 - сигнал (7); K1 - коэффициент, учитывающий подавление несущей.Let us consider the simplest case when the monoharmonic signal f (t) = Sin (Ω • t) is used as the modulating signal.
Then U1 = A • Cos (β • Sin (Ω • t)) • Cos (ω • t) and U2 = A • Sin (β • Sin (Ω • t)) • Sin (ω • t). Using the formulas for expanding the functions Cos (β • Sin (Ω • t)) and Sin (β • Sin (Ω • t)) in harmonic series, we obtain

The coefficients J _2n (β) are Bessel functions of the first kind, n-th order (n = 1, 2, ...), the arguments of which are the modulation index β. Given the trigonometric relation given above, a single-band signal with monoharmonic modulation has the form

where VP is the upper lateral strip; NP - lower lateral strip; 1 - signal (6); 2 - signal (7); K1 - coefficient taking into account the suppression of the carrier.

Модулирующей функцией в дальнейшем будем называть такую тригонометрическую функцию, аргументом которой является модулирующий сигнал f(t), т.е. функции вида U_n•Sin(β•f(t)) и U_n•Cos(β•f(t)). Из (4) и (5) видно, что сигнал с ОП-ФМ формируется из произведения одной из модулирующих функций и гармонического колебания. Поэтому в приемнике из однополосного сигнала в первую очередь выделяется модулирующая функция, а потом из модулирующей функции выделяется модулирующий сигнал f(t). Рассмотрим, которая из модулирующих функций предпочтительнее при демодуляции однополосного сигнала с ФМ.Hereinafter, we call a modulating function such a trigonometric function whose argument is the modulating signal f (t), i.e. functions of the form U _n • Sin (β • f (t)) and U _n • Cos (β • f (t)). From (4) and (5) it is seen that the signal with the OP-FM is formed from the product of one of the modulating functions and harmonic oscillation. Therefore, in the receiver, a modulating function is first allocated from a single-band signal, and then a modulating signal f (t) is extracted from the modulating function. Consider which of the modulating functions is preferable when demodulating a single-band signal with FM.

Известно, что модулирующая функция Cos(β•f(t)) является четной, т.е. знак ее зависит только от величины аргумента и не зависит от его знака. Так, при изменении аргумента модулирующей функции (β•f(t)) от -1,57 рад до +1,57 рад знак Cos(β•f(t)) остается положительным. Поэтому для восстановления знака модулирующего сигнала f(t) нужна дополнительная информация, которая должна передаваться совместно с информационным сигналом. It is known that the modulating function Cos (β • f (t)) is even, i.e. its sign depends only on the size of the argument and does not depend on its sign. So, when changing the argument of the modulating function (β • f (t)) from -1.57 rad to +1.57 rad, the sign Cos (β • f (t)) remains positive. Therefore, to restore the sign of the modulating signal f (t), additional information is needed, which must be transmitted together with the information signal.

Модулирующая функция Sin(β•f(t)) является нечетной, т.е. знак ее при изменении модулирующего сигнала β•f(t) от -1,57 рад до +1,57 рад соответствует знаку f(t). Поэтому в системах связи с ОП-ФМ, где индекс модуляции не превышает 1,57 рад, предпочтительно использовать модулирующую функцию Sin(β•f(t)), так как в этом случае нет необходимости передавать дополнительную информацию о знаке модулирующего сигнала. The modulating function Sin (β • f (t)) is odd, i.e. its sign when the modulating signal β • f (t) changes from -1.57 rad to +1.57 rad corresponds to the sign of f (t). Therefore, in communication systems with OP-FM, where the modulation index does not exceed 1.57 rad, it is preferable to use the modulating function Sin (β • f (t)), since in this case there is no need to transmit additional information about the sign of the modulating signal.

Из модулирующей функции Sin(β•f(t)) модулирующий сигнал β•f(t) можно выделить при помощи обратного тригонометрического преобразования
β•f(t) = arcsin[Sin(β•f(t))] (9)
Функция arcsin является многозначной и поэтому модулирующий сигнал β•f(t) можно выделить непосредственно только в области его главного значения, т. е. -1,57 рад ≤ β•f(t) ≤ +1,57 рад. Для того чтобы однозначно определить f(t) при любых его величинах, необходимо иметь дополнительную информацию о модулирующем сигнале f(t). Этой дополнительной информацией может быть знак производной модулирующего сигнала, который передается вместе с рабочей боковой полосой сигнала (8) е2_ВП и является тем "ключом", который позволяет восстановить его при любых величинах индекса модуляции.From the modulating function Sin (β • f (t)), the modulating signal β • f (t) can be extracted using the inverse trigonometric transformation
β • f (t) = arcsin [Sin (β • f (t))] (9)
The arcsin function is multi-valued and therefore the modulating signal β • f (t) can be distinguished directly only in the region of its principal value, i.e., -1.57 rad ≤ β • f (t) ≤ +1.57 rad. In order to uniquely determine f (t) for any of its values, it is necessary to have additional information about the modulating signal f (t). This additional information may be the sign of the derivative of the modulating signal, which is transmitted together with the working sideband of the signal (8) e2 _VP and is the "key" that allows you to restore it for any values of the modulation index.

Структурная схема аналогового приемника однополосных ФМ-сигналов с индексом модуляции β≤3 рад показана на фиг.1. Функциональная схема демодулятора β≤3 рад показана на фиг.2. The block diagram of an analog receiver of single-band FM signals with a modulation index β≤3 rad shown in figure 1. Functional diagram of the demodulator β≤3 rad shown in figure 2.

Как уже отмечалось, чтобы получить модулирующий сигнал в приемнике, в первую очередь необходимо выделить модулирующую функцию. Рассмотрим, как это происходит на примере модуляции моногармоническим сигналом f(t) = Sin(Ω•t).
Часть приемника (фиг.1) - преселектор и преобразователь частоты, включающие входную цепь 1, усилитель радиочастоты 2, смеситель 3, гетеродин 10, подобна структуре супергетеродинного приемника и обеспечивают чувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселектора, состоящего из входной цепи 1 и усилителя радиочастоты 2, напряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты, состоящий из смесителя 3 и гетеродина 10, где происходит изменение несущей частоты сигнала. Для этого сигнал и колебание местного генератора - гетеродина 10 одновременно воздействуют на смеситель 3, представляющий собой нелинейный элемент. В результате на выходе смесителя 3 возникает колебание, содержащее составляющие с частотой сигнала f_c и его гармоник, гетеродина f_гет и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами n•f_гет±m•f_c (n, m=0, 1, 2...). Одна из этих комбинационных частот используется в качестве новой несущей частоты сигнала, называемой промежуточной частотой:
f_ПЧ=f_гет-f_c (10)
На вход приемника (фиг.1) поступает сигнал ОП-ФМ

Первое слагаемое выражения (11) представляет собой боковую рабочую полосу информационного сигнала, второе слагаемое - сигнал знака производной модулирующего сигнала, третье слагаемое - колебание несущей частоты. На входе усилителя промежуточной частоты 4 имеем

Сигнал (12) подается с выхода усилителя промежуточной частоты 4 на блок фильтров. Фильтр несущей частоты 11 настроен для выделения колебания несущей частоты из сигнала (12). На выходе его имеем
e1 = K1•U_н•Sin(ω_ПЧ•t). (13)
Фильтр рабочей боковой полосы 5 настроен на выделение рабочей боковой полосы информационного сигнала. На выходе его имеем

Фильтр знака производной 12 настроен на выделение сигнала знака производной модулирующего колебания. На выходе его имеем
e3 = K2•U_н•Sin(ω_ПЧ-Ω)•t. (15)
В первом перемножителе 6 перемножаются сигналы (13) и (14). Из продуктов перемножения фильтром выделяют низкочастотную составляющую

Сигнал (16) усиливается в усилителе модулирующей функции 7 и подается на вход компрессора 8. Компрессор 8 при изменении входного напряжения в широких пределах поддерживает амплитуду входного напряжения неизменной, т.е.As already noted, in order to obtain a modulating signal at the receiver, it is first necessary to isolate the modulating function. Let us consider how this happens with the example of modulation by a monoharmonic signal f (t) = Sin (Ω • t).
Part of the receiver (Fig. 1) is a preselector and a frequency converter, including an input circuit 1, a radio frequency amplifier 2, a mixer 3, a local oscillator 10, similar to the structure of a superheterodyne receiver and provide sensitivity and preliminary frequency selection. From the output of the preselector, consisting of the input circuit 1 and the radio frequency amplifier 2, the voltage of the signals and interference goes to a frequency converter, consisting of a mixer 3 and a local oscillator 10, where the carrier frequency of the signal changes. To this end, the signal and the oscillation of the local oscillator - local oscillator 10 simultaneously affect the mixer 3, which is a non-linear element. As a result, an oscillation occurs at the output of mixer 3, containing components with a signal frequency f _c and its harmonics, a local oscillator f _get and its harmonics, and a large number of combinational components with frequencies n • f _get ± m • f _c (n, m = 0, 1 , 2 ...). One of these combination frequencies is used as the new carrier frequency of the signal, called the intermediate frequency:
f _IF = f _get -f _c (10)
The input of the receiver (figure 1) receives the signal OP-FM

The first term of expression (11) is the lateral working band of the information signal, the second term is the signal of the derivative of the modulating signal, and the third term is the oscillation of the carrier frequency. At the input of the intermediate frequency amplifier 4, we have

The signal (12) is supplied from the output of the intermediate frequency amplifier 4 to the filter unit. The filter of the carrier frequency 11 is configured to highlight the fluctuation of the carrier frequency from the signal (12). At the output we have
e1 = K1 • U _n • Sin (ω _IF • t). (thirteen)
The filter of the working sideband 5 is configured to highlight the working sideband of the information signal. At the output we have

The derivative sign filter 12 is configured to isolate the sign signal of the modulating derivative derivative. At the output we have
e3 = K2 • U _n • Sin (ω _IF -Ω) • t. (fifteen)
In the first multiplier 6, the signals (13) and (14) are multiplied. Low-frequency component is isolated from the products of multiplication by the filter

The signal (16) is amplified in the amplifier of the modulating function 7 and is supplied to the input of the compressor 8. When the input voltage changes over a wide range, the compressor 8 keeps the input voltage amplitude constant, i.e.

e_ВХ = U_m•Sin(β•Sin(Ω·t)), (17)
где U_m=const при изменении U_n в широких пределах.e _BX = U _m • Sin (β • Sin (Ω · t)), (17)
where U _m = const when changing U _n in a wide range.

Во втором перемножителе 13 перемножаются сигналы (13) и (15). Из продуктов перемножения выделяют низкочастотную составляющую, которая является производной модулирующего сигнала
e5 = 0,5•K1•K2•U $\binom{2}{н}$ •Cos(Ω•t). (18)
Сигналы (17) и (18) поступают на демодулятор 9. Если в качестве модулирующего сигнала использовать не моногармонический сигнал, а сигнал с более сложным спектральным составом, например, показанный на фиг.3, то модулирующая функция U_m•Sin(β•f(t)), выделяемая в приемнике и подаваемая на демодулятор 9 вместе с сигналом знака производной модулирующего колебания, показана на фиг.5. Все процессы, которые происходят в приемнике до демодулятора 9, описанные выше, справедливы и для модулирующего сигнала на фиг.3. Теперь рассмотрим, какие процессы происходят в демодуляторе 9, в результате которых выделяется модулирующий сигнал f(t). Чтобы сделать это более показательным, приводятся функциональная схема демодулятора (фиг.2) и эпюры напряжений в разных точках схемы демодулятора, объясняющие его работу. Модулирующая функция (фиг. 5) поступает одновременно на диодный преобразователь арксинуса 14 (фиг. 2) и дифференциатор 27 (фиг. 2). Производная модулирующей функции

поступает на вход первого компаратора 28 (фиг.2). К другому входу первого компаратора 28 прикладывается опорное напряжение. Первый компаратор 28 сравнивает сигнал производной модулирующей функции

с опорным напряжением. Если входной сигнал больше опорного напряжения, первый компаратор 28 вырабатывает сигнал логической единицы. Если входной сигнал меньше опорного напряжения, первый компаратор 28 вырабатывает сигнал логического ноля. Таким образом на выходе получается последовательность, состоящая из логических нолей и единиц, которая называется сигнал знака производной модулирующей функции (фиг.7).In the second multiplier 13, the signals (13) and (15) are multiplied. From the products of multiplication emit a low-frequency component, which is a derivative of the modulating signal
e5 = 0.5 • K1 • K2 • U

\binom{2}{n}

• Cos (Ω • t). (18)
Signals (17) and (18) are supplied to demodulator 9. If, instead of a monoharmonic signal, a signal with a more complex spectral composition is used as the modulating signal, for example, shown in Fig. 3, then the modulating function U _m • Sin (β • f (t)), allocated in the receiver and supplied to the demodulator 9 together with the sign signal of the derivative of the modulating oscillation, is shown in Fig. 5. All processes that occur in the receiver prior to the demodulator 9 described above are also valid for the modulating signal in figure 3. Now we consider what processes occur in the demodulator 9, as a result of which the modulating signal f (t) is extracted. To make this more indicative, a functional diagram of the demodulator (Fig. 2) and voltage plots at different points of the demodulator circuit are given to explain its operation. The modulating function (Fig. 5) is supplied simultaneously to the arcsine diode converter 14 (Fig. 2) and the differentiator 27 (Fig. 2). Derivative of the modulating function

arrives at the input of the first comparator 28 (figure 2). A reference voltage is applied to another input of the first comparator 28. The first comparator 28 compares the signal of the derivative modulating function

with reference voltage. If the input signal is greater than the reference voltage, the first comparator 28 generates a signal of a logical unit. If the input signal is less than the reference voltage, the first comparator 28 generates a logic zero signal. Thus, the output is a sequence consisting of logical zeros and ones, which is called the sign signal of the derivative of the modulating function (Fig. 7).

Сигнал знака производной модулирующего колебания, выделенный в приемнике, как и модулирующая функция, подается на один вход второго компаратора 32 (фиг. 2). К другому входу второго компаратора 32 прикладывается опорное напряжение. Второй компаратор 32 сравнивает входной сигнал с опорным напряжением, как и в случае, описанном выше, и вырабатывает последовательность логических нолей и единиц, которая называется сигнал знака производной модулирующего колебания (фиг.8). The signal signal of the derivative of the modulating oscillation, allocated in the receiver, as well as the modulating function, is fed to one input of the second comparator 32 (Fig. 2). A reference voltage is applied to another input of the second comparator 32. The second comparator 32 compares the input signal with the reference voltage, as in the case described above, and generates a sequence of logical zeros and ones, which is called the sign signal of the derivative of the modulating oscillation (Fig. 8).

Сигналы знака производной модулирующей функции и модулирующего колебания подаются на вход схемы сравнения 29 (фиг.2). Схема сравнения - это логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Принцип работы схемы сравнения 29 заключается в следующем. Если на оба входа схемы сравнения 29 подаются сигналы логической единицы или логического ноля, на выходе вырабатывается сигнал логического ноля. Все другие комбинации входных сигналов дадут на выходе схемы сравнения 29 сигнал логической единицы. Сигнал с выхода схемы сравнения 29 управляет электронным ключом канала повторителя 33 (фиг.2) напрямую, а другим электронным ключом 31 (фиг.2) через элемент ИЛИ-НЕ. Signals of the derivative of the modulating function and the modulating oscillation are fed to the input of the comparison circuit 29 (Fig.2). A comparison scheme is an exclusive OR gate. The principle of operation of the comparison circuit 29 is as follows. If the logic unit or logical zero signals are supplied to both inputs of the comparison circuit 29, a logical zero signal is generated at the output. All other combinations of input signals will give a logic unit signal at the output of the comparison circuit 29. The signal from the output of the comparison circuit 29 controls the electronic key of the repeater channel 33 (FIG. 2) directly, and the other electronic key 31 (FIG. 2) through the OR-NOT element.

Как отмечалось выше, модулирующий сигнал f(t) можно получить из модулирующей функции Sin(β•f(t)) при помощи обратного тригонометрического преобразования arcsin[Sin(β•f(t))], которое выполняет диодный преобразователь арксинуса 14 (фиг.2). Однако, как отмечалось, этот метод может быть использован при индексах модуляции β, не превышающих ±1,57 рад. При β>1,57 рад начинает нарушаться сигнал информации по причине того, что детектор, имеющий характеристику обратной тригонометрической функции, изменяет знак производной модулирующего сигнала f(t), тем самым нарушая закон изменения амплитуды и частоты информационного сигнала f(t). В нашем случае при модулирующем сигнале, изображенном на фиг.3, сигнал с выхода преобразователя арксинуса имеет вид, показанный на фиг.4. Сравнивая сигналы на фиг.3 и 4, легко заметить, что начиная с некоторого значения, сигнал с выхода преобразователя арксинуса меняет свое поведение в смысле возрастания или убывания. На фиг.4 сплошной линией показан модулирующий сигнал на выходе диодного преобразователя арксинуса. А пунктирной линией показан модулирующий сигнал, который необходимо выделить из модулирующей функции без нарушения закона изменения амплитуды и частоты, вызванного диодным преобразователем арксинуса 14 (фиг. 2). На фиг.4 видно, что в приемнике необходимо в точках b и d, а также в е и g "развернуть" сигнал так, чтобы точка с совпала с точкой k, а точка f совпала с точкой 1. Для этого в приемнике необходимо определить момент изменения знака производной модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса и повернуть фазу модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса на 180^o, тем самым изменить его поведение в смысле возрастания или убывания на противоположное. Первую функцию в приемнике выполняет устройство сравнения, а вторую функцию выполняет усилитель-инвертор. А теперь более подробно рассмотрим, как эти функции реализуются в приемнике аппаратно.As noted above, the modulating signal f (t) can be obtained from the modulating function Sin (β • f (t)) using the inverse trigonometric transformation arcsin [Sin (β • f (t))], which performs the arcsine diode converter 14 (FIG. .2). However, as noted, this method can be used with modulation indices β not exceeding ± 1.57 rad. When β> 1.57 rad, the information signal begins to be violated due to the fact that a detector having the inverse trigonometric function characteristic changes the sign of the derivative of the modulating signal f (t), thereby violating the law of change in the amplitude and frequency of the information signal f (t). In our case, with the modulating signal shown in Fig. 3, the signal from the output of the arcsine converter has the form shown in Fig. 4. Comparing the signals in FIGS. 3 and 4, it is easy to see that starting from a certain value, the signal from the output of the arcsine converter changes its behavior in the sense of increasing or decreasing. In Fig. 4, the solid line shows the modulating signal at the output of the arcsine diode converter. A dashed line shows the modulating signal, which must be selected from the modulating function without violating the law of change in amplitude and frequency caused by the arcsine diode converter 14 (Fig. 2). Figure 4 shows that in the receiver it is necessary at points b and d, as well as in e and g, to “expand” the signal so that point c coincides with point k, and point f coincides with point 1. For this, it is necessary to determine in the receiver the moment of changing the sign of the derivative of the modulating signal from the output of the arcsine converter and rotate the phase of the modulating signal from the output of the arcsine converter by 180 ^o , thereby changing its behavior in the sense of increasing or decreasing. The first function in the receiver is performed by the comparison device, and the second function is performed by the inverter amplifier. And now in more detail we will consider how these functions are implemented in the receiver in hardware.

Как было отмечено выше, устройство сравнения 29 сравнивает сигналы знака производной модулирующей функции и модулирующего сигнала, переданного вместе с рабочей боковой полосой. Если проанализировать сигналы на фиг.5 и фиг.6, то можно видеть, что сигнал с выхода преобразователя арксинуса (фиг.6) полностью повторяет поведение модулирующей функции (фиг.5) в смысле возрастания или убывания, т.е. на тех временных интервалах, где модулирующая функция возрастает или убывает, модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса тоже возрастает или убывает. А значит, и сигнал знака производной модулирующей функции будет совпадать с сигналом знака производной модулирующего колебания с выхода преобразователя арксинуса. А раз так, то можно сказать, что устройство сравнения 29 (фиг.2) формально сравнивает знаки производной модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса и модулирующего сигнала, переданного вместе с рабочей боковой полосой. Знак производной модулирующего сигнала, переданного вместе с рабочей боковой полосой, определяет его поведение в смысле возрастания или убывания. То же можно сказать о знаке производной модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса (фактически знаке производной модулирующей функции). Устройство сравнения 29 вырабатывает на выходе логический ноль, если сигналы знака производных на входе устройства совпадают. Или логическую единицу, если входные сигналы не совпадают. Покажем это, используя фиг.3 и фиг.4. Если мы находимся в любой точке отрезка [а, b], устройство сравнения 29 будет вырабатывать на выходе логический ноль, т.к. модулирующий сигнал на фиг.4 будет возрастать, как и модулирующий сигнал на фиг.3. Если мы окажемся на отрезке [b, с] модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса, то устройство сравнения будет вырабатывать на выходе логическую единицу, т.к. модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса (фиг.4, сигнал показанный сплошной линией) убывает, а модулирующий сигнал на фиг.3, продолжает возрастать. As noted above, the comparison device 29 compares the sign signals of the derivative of the modulating function and the modulating signal transmitted along with the working sideband. If we analyze the signals in Fig. 5 and Fig. 6, we can see that the signal from the output of the arcsine converter (Fig. 6) completely repeats the behavior of the modulating function (Fig. 5) in the sense of increasing or decreasing, i.e. at those time intervals where the modulating function increases or decreases, the modulating signal from the output of the arcsine converter also increases or decreases. This means that the sign signal of the derivative of the modulating function will coincide with the sign of the derivative of the modulating oscillation from the output of the arcsine converter. And if so, then we can say that the comparison device 29 (Fig. 2) formally compares the signs of the derivative of the modulating signal from the output of the arcsine converter and the modulating signal transmitted together with the working side strip. The sign of the derivative of the modulating signal transmitted along with the working sideband determines its behavior in the sense of increasing or decreasing. The same can be said about the sign of the derivative of the modulating signal from the output of the arcsine converter (in fact, the sign of the derivative of the modulating function). The comparison device 29 generates a logical zero at the output if the signals of the sign of the derivatives at the input of the device match. Or a logical unit if the input signals do not match. We show this using figure 3 and figure 4. If we are at any point of the segment [a, b], the comparison device 29 will produce a logical zero at the output, since the modulating signal in FIG. 4 will increase, as the modulating signal in FIG. 3. If we find ourselves on the segment [b, c] of the modulating signal from the output of the arcsine converter, the comparison device will generate a logical unit at the output, because the modulating signal from the output of the arcsine converter (Fig. 4, the signal shown by a solid line) decreases, and the modulating signal in Fig. 3 continues to increase.

Модулирующий сигнал с выхода преобразователя арксинуса одновременно подается на усилитель-повторитель 15 (фиг.2) и усилитель-инвертор 34 (фиг.2). Сигнал с выхода схемы сравнения (логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) 29 (фиг. 2) управляет одним электронным ключом 33 (фиг.2) напрямую, а другим электронным ключом 31 (фиг.2) через элемент ИЛИ-НЕ 30 (фиг.2). Это предусмотрено для того, чтобы ключи не находились одновременно в одинаковом состоянии. The modulating signal from the output of the arcsine converter is simultaneously supplied to the repeater amplifier 15 (FIG. 2) and the inverter-amplifier 34 (FIG. 2). The signal from the output of the comparison circuit (EXCLUSIVE OR logic element) 29 (Fig. 2) directly controls one electronic key 33 (Fig. 2), and another electronic key 31 (Fig. 2) through the OR-NOT 30 element (Fig. 2) . This is to ensure that the keys are not simultaneously in the same condition.

Электронный ключ может находиться в одном из двух состояний в зависимости от управляющего сигнала (сигнала с выхода схемы сравнения 29). Состояние "замкнут" характеризуется малым сопротивлением ключа. В этом состоянии проводимость ключа возрастает при подаче на его вход логической единицы. Состояние "разомкнут" характеризуется большим сопротивлением ключа. В этом состоянии проводимость ключа уменьшается при подаче на его вход логического ноля. The electronic key can be in one of two states depending on the control signal (signal from the output of the comparison circuit 29). The “closed” state is characterized by a low key resistance. In this state, the key conductivity increases when a logical unit is supplied to its input. The open state is characterized by high key resistance. In this state, the key conductivity decreases when a logical zero is applied to its input.

Продемонстрируем работу этой части схемы. Пусть на схему сравнения 29 поданы, например, логические единицы, т.е. модулирующий сигнал на фиг.4 возрастает так же, как и модулирующий сигнал на фиг.3. На выходе схема сравнения 29 вырабатывает сигнал логического ноля. На один ключ 33 (фиг.2) подан логический ноль. На другой ключ 31 (фиг.2) подана логическая единица. Из сказанного выше следует, что один ключ 33 находится в состоянии "разомкнут", и сигнал с выхода преобразователя арксинуса 14 (фиг.2) проходит на вход усилителя-повторителя 15 (фиг. 2). Другой ключ 31 находится в состоянии "замкнут". Его сопротивление по отношению к сигналу с выхода преобразователя арксинуса 14 меньше, чем входное сопротивление усилителя-инвертора 34 (фиг. 2), и сигнал с выхода преобразователя арксинуса через ключ 31 "садится на землю". Let us demonstrate the operation of this part of the circuit. Suppose, for example, logical units are applied to the comparison circuit 29, i.e. the modulating signal in FIG. 4 increases in the same way as the modulating signal in FIG. 3. The output of the comparison circuit 29 generates a logical zero signal. On one key 33 (figure 2) filed a logical zero. On another key 31 (figure 2) filed a logical unit. From the above it follows that one key 33 is in the "open" state, and the signal from the output of the arcsine converter 14 (Fig. 2) passes to the input of the repeater amplifier 15 (Fig. 2). The other key 31 is in the closed state. Its resistance to the signal from the output of the arcsine converter 14 is less than the input resistance of the amplifier-inverter 34 (Fig. 2), and the signal from the output of the arcsine converter through the key 31 "sits on the ground."

В случае, когда на вход схемы сравнения 29 поданы разные сигналы, т.е. поведение модулирующих сигналов на фиг.3 и фиг.4 в смысле возрастания или убывания различно, сигнал с выхода преобразователя арксинуса проходит на вход усилителя-инвертора 34, т.к. ключ 31 находится в состоянии "разомкнут". Ключ 33 находится в состоянии "замкнут". Его сопротивление по отношению к сигналу с выхода преобразователя арксинуса 14 меньше, чем входное сопротивление усилителя-повторителя 15 (фиг.2), и сигнал с выхода преобразователя арксинуса через него "садится на землю". In the case when different signals are applied to the input of the comparison circuit 29, i.e. the behavior of the modulating signals in figure 3 and figure 4 in the sense of increasing or decreasing is different, the signal from the output of the arcsine converter passes to the input of the amplifier-inverter 34, because key 31 is in the open state. Key 33 is in the closed state. Its resistance to the signal from the output of the arcsine converter 14 is less than the input resistance of the repeater amplifier 15 (FIG. 2), and the signal from the output of the arcsine converter through it "lands on the ground."

Результатом работы устройства сравнения 29 и обоих ключей 33, 31 является выделение из модулирующего сигнала с выхода преобразователя арксинуса 14 соответствующих его "частей", которые проходят через усилитель-повторитель 15, линию задержки 16, первый компрессор 17 или через усилитель-инвертор 34, ограничитель максимального отрицательного и ограничитель максимального положительного сигналов 19, 23, второй и третий компрессоры 20, 24, третий и четвертый компараторы 21, 25, первый и второй сумматоры 22, 26 и складываются на третьем сумматоре 18 (фиг.2). Сигнал на входе усилителя-повторителя 15 изображен на фиг.9. Сигнал на входе усилителя-инвертора изображен на фиг.10. Теперь рассмотрим, какие преобразования происходят с сигналами при их прохождении через указанные выше элементы демодулятора (фиг. 2). The result of the operation of the comparison device 29 and both keys 33, 31 is the selection of the corresponding "parts" from the modulating signal from the output of the arcsine converter 14, which pass through the amplifier-repeater 15, delay line 16, the first compressor 17 or through the amplifier-inverter 34, limiter the maximum negative and the limiter of the maximum positive signals 19, 23, the second and third compressors 20, 24, the third and fourth comparators 21, 25, the first and second adders 22, 26 and are added to the third adder 18 (figure 2). The signal at the input of the amplifier-repeater 15 is shown in Fig.9. The signal at the input of the amplifier-inverter is shown in Fig.10. Now we will consider what transformations occur with signals when they pass through the above elements of the demodulator (Fig. 2).

Как уже отмечалось, сигнал на входе усилителя-инвертора 34 имеет вид, показанный на фиг.10. На выходе усилителя-инвертора 34 (фиг.2) сигнал U₆ (t) (фиг. 10) инвертируется относительно нулевой постоянной составляющей и принимает вид, показанный на фиг.12. Сигнал с выхода усилителя-инвертора 34 подается одновременно на ограничитель максимального отрицательного сигнала 19 (фиг. 2) и на ограничитель максимального положительного сигнала 23 (фиг. 2). Через ограничитель максимального отрицательного сигнала 19 проходит положительный импульс сигнала U₈ (t) (фиг.12). Сигнал на выходе ограничителя максимального отрицательного сигнала 19 показан на фиг.13. Через ограничитель максимального положительного сигнала 23 проходит отрицательный импульс сигнала U₈ (t) (фиг.12). Сигнал на выходе ограничителя максимального положительного сигнала 23 показан на фиг.14. Сигналы с выходов ограничителей подаются на второй и третий компрессоры 20, 24 (фиг.2). На выходах второго и третьего компрессоров 20, 24 сигналы имеют фиксированную амплитуду. Смотри сигнал U₁₁ (t) на фиг.15 и сигнал U₁₂ (t) нa фиг.16. Сигналы с выходов второго и третьего компрессоров 20, 24 подаются на третий и четвертый компараторы 21, 25 (фиг.2). На вход третьего компаратора 21 подается отрицательное опорное напряжение. На выходе третьего компаратора 21 вырабатывается отрицательный импульс с амплитудой в 2 раза больше, чем амплитуда входного сигнала (фиг.17). На вход четвертого компаратора 25 подается положительное опорное напряжение. На выходе четвертого компаратора 25 вырабатывается положительный импульс с амплитудой в 2 раза больше, чем амплитуда входного сигнала (фиг. 18). Сигналы с выходов третьего и четвертого компараторов 21, 25 (фиг. 2) подаются на один из входов первого и второго сумматоров 22, 26 (фиг.2). На другой вход, которых подаются сигналы с выходов второго и третьего компрессоров 20, 24 U₁₁(t) и U₁₂(t) (фиг.15 и 16). На выходах первого и второго сумматоров 22, 26 образуются сигналы U₁₅(t) (фиг.19) и U₁₆(t) (фиг.20), которые подаются на входы третьего сумматора 18 (фиг.2).As already noted, the signal at the input of the amplifier-inverter 34 has the form shown in Fig.10. At the output of the amplifier-inverter 34 (Fig. 2), the signal U ₆ (t) (Fig. 10) is inverted with respect to the zero constant component and takes the form shown in Fig. 12. The signal from the output of the amplifier-inverter 34 is fed simultaneously to the limiter of the maximum negative signal 19 (Fig. 2) and to the limiter of the maximum positive signal 23 (Fig. 2). Through the limiter of the maximum negative signal 19 passes a positive pulse of the signal U ₈ (t) (Fig). The signal at the output of the limiter of the maximum negative signal 19 is shown in Fig. 13. A negative pulse of the signal U ₈ (t) passes through the limiter of the maximum positive signal 23 (Fig. 12). The signal at the output of the maximum positive signal limiter 23 is shown in FIG. The signals from the outputs of the limiters are fed to the second and third compressors 20, 24 (figure 2). At the outputs of the second and third compressors 20, 24, the signals have a fixed amplitude. See signal U ₁₁ (t) in FIG. 15 and signal U ₁₂ (t) in FIG. 16. The signals from the outputs of the second and third compressors 20, 24 are fed to the third and fourth comparators 21, 25 (figure 2). The input of the third comparator 21 is supplied with a negative reference voltage. At the output of the third comparator 21, a negative pulse is generated with an amplitude 2 times greater than the amplitude of the input signal (Fig. 17). At the input of the fourth comparator 25, a positive reference voltage is supplied. The output of the fourth comparator 25 produces a positive pulse with an amplitude of 2 times greater than the amplitude of the input signal (Fig. 18). The signals from the outputs of the third and fourth comparators 21, 25 (Fig. 2) are fed to one of the inputs of the first and second adders 22, 26 (Fig. 2). At the other input, which receives signals from the outputs of the second and third compressors 20, 24 U ₁₁ (t) and U ₁₂ (t) (Fig. 15 and 16). At the outputs of the first and second adders 22, 26, signals U ₁₅ (t) (FIG. 19) and U ₁₆ (t) (FIG. 20) are generated, which are supplied to the inputs of the third adder 18 (FIG. 2).

Сигнал на входе усилителя-повторителя 15 имеет вид, показанный на фиг.9. Очевидно, что сигналы на выходе первого и второго сумматоров 22, 26 (фиг.2) получат большую временную задержку, чем сигнал на выходе первого компрессора 17 (фиг.2). Для правильного сложения сигналов на третьем сумматоре 18 используется управляемая линия задержки 16 (фиг.2). Сигнал на выходе первого компрессора 17 (фиг.2) имеет вид, показанный на фиг.11. Этот сигнал подается на другой вход третьего сумматора 18. The signal at the input of the amplifier-repeater 15 has the form shown in Fig.9. Obviously, the signals at the output of the first and second adders 22, 26 (FIG. 2) will receive a longer time delay than the signal at the output of the first compressor 17 (FIG. 2). For the correct addition of signals on the third adder 18, a controlled delay line 16 is used (Fig. 2). The signal at the output of the first compressor 17 (FIG. 2) has the form shown in FIG. 11. This signal is fed to another input of the third adder 18.

Результат сложения сигналов с выхода первого сумматора 22, второго сумматора 26 и первого компрессора 17 подается на вход фильтра низких частот 35 (фиг.2), на выходе которого выделяется модулирующий сигнал (фиг.21). The result of the addition of signals from the output of the first adder 22, the second adder 26 and the first compressor 17 is fed to the input of a low-pass filter 35 (Fig. 2), the output of which is allocated a modulating signal (Fig. 21).

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет сформировать информационный сигнал на выходе демодулятора путем сложения соответствующих "частей" сигнала с выхода преобразователя арксинуса, фаза которых изменяется или остается постоянной в зависимости от знака производной информационного сигнала, который передается вместе с рабочей боковой полосой. При этом все преобразования с входным сигналом происходят в реальном времени, т.к. сигнал на входе демодулятора (модулирующая функция) аналоговый, а не цифровой. Аналоговый приемник не содержит дорогой цифровой элементной базы, а потому будет дешевле, чем цифровой приемник. Thus, in comparison with the prototype, the proposed device allows you to generate an information signal at the output of the demodulator by adding the corresponding "parts" of the signal from the output of the arcsine converter, the phase of which changes or remains constant depending on the sign of the derivative of the information signal, which is transmitted together with the working side band. Moreover, all conversions with the input signal occur in real time, as the signal at the demodulator input (modulating function) is analog, not digital. An analog receiver does not contain an expensive digital element base, and therefore it will be cheaper than a digital receiver.

Claims

An analog signal receiver with a single-band phase modulation, which contains a series-connected input circuit, a radio frequency amplifier, a mixer, an intermediate frequency amplifier, a filter that selects the working side band, a first signal multiplier, an modulating function amplifier, a compressor, a demodulator, a local oscillator connected to the mixer, an oscillation filter carrier frequency coupled to an intermediate frequency amplifier and a first signal multiplier, a filter emitting a sign signal of a modulating derivative I, connected to an intermediate frequency amplifier, a second signal multiplier connected to a filter emitting a sign signal of the derivative of the modulating oscillation, with a carrier frequency oscillation filter and a demodulator, characterized in that the demodulator contains serially connected arcsine diode converter, repeater amplifier, delay line, a first compressor, a third adder, a serially connected maximum negative signal limiter, a second compressor, a third comparator, a first adder, the output of the second compressor is connected to the input of the first adder, the output of the first adder is connected to the input of the third adder, the maximum positive signal limiter is connected in series, the third compressor, the fourth comparator, the second adder, the output of the second adder is connected to the input of the third adder, the output of the third compressor is connected to the input of the second an adder, a differentiator connected in series with the first comparator, an exclusive OR logic element connected in series with a logical e with an OR-NOT element, and one and the other electronic keys, the input of one electronic key is connected to the input of the amplifier-repeater, the input of another electronic key is connected to the input of the amplifier-inverter, the outputs of one and the other electronic keys are connected to ground, while the signal from the output of the Exclusive OR logic element, it controls one electronic key directly and the other electronic key through the OR-NOT element, the output of the first comparator is connected to the input of the Exclusive OR logic element, the output of the second comparator, the input of which is the input of the signal signal of the derivative of the modulating oscillation, connected to the input of the exclusive OR gate, the input of the arcsine diode converter, which is the input of the modulating function, is connected to the input of the differentiator, the output of the amplifier-inverter is connected to the input of the limiter of the maximum negative signal and to the input of the limiter the maximum positive signal, the output of the arcsine diode converter is connected to the input of the amplifier-repeater and to the input of the amplifier-inverter, you the course of the third adder is connected to the input of the low-pass filter.