RU221361U1

RU221361U1 - Цифровой фильтр с предкоррекцией фазочастотной характеристики

Info

Publication number: RU221361U1
Application number: RU2023125738U
Authority: RU
Inventors: Максим Викторович Шакурский
Filing date: 2023-10-09
Publication date: 2023-11-02

Abstract

Полезная модель относится к радиотехнике и другим областям электронной техники, в которых используется цифровая обработка узкополосного сигнала, и может быть использована для фильтрации модулированного сигнала и для коррекции фазовых сдвигов несущего колебания. Целью полезной модели является реализация цифрового фильтра с типичной нулевой и нетипичной эквивалентной ФЧХ. Цифровой фильтр с предкоррекцией фазочастотной характеристики содержит блок формирования сигнала с удвоенной частотой несущего колебания входного сигнала, вход которого подключен к входу устройства, а выход подключен к первому входу смесителя, узкополосный фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход является выходом устройства, блок задержки, вход которого подключен к входу устройства, а выход подключен ко второму входу смесителя.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и другим областям электронной техники, в которых используется цифровая обработка узкополосного сигнала, и может быть использована для фильтрации модулированного сигнала и для коррекции фазовых сдвигов несущего колебания.

В качестве аналога может быть рассмотрен блок преобразования начальной фазы гармонического сигнала в преобразователе девиации частоты периодического сигнала, содержащий первый смеситель, оба входа которого и вход многокаскадного полосного усилителя подключены к входу блока преобразователя начальной фазы, второй смеситель, к первому входу которого подключен выход смесителя, ко второму входу подключен выход многокаскадного полосного усилителя, а выход является выходом преобразователя начальной фазы [1].

Недостатками известного устройства является искажение спектра при использовании модулированного сигнала из-за умножения сигнала на себя в первом смесителе.

Известно устройство [2] (прототип) «цифровой фильтр с нулевой фазочастотной характеристикой» (ФЧХ), содержащий первый узкополосный фильтр, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первому входу смесителя, блок формирования сигнала с удвоенной частотой несущего колебания входного сигнала, вход которого подключен к входу устройства, а выход подключен ко второму входу смесителя, второй узкополосный фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход является выходом устройства.

Недостатком известного устройства является сложность получения заданной ФЧХ, для чего требуется изменение порядка первого узкополосного фильтра, а это требует изменения значений всех коэффициентов, количество которых тысячи. Изменение порядка фильтра приводит к изменению крутизны его ФЧХ, что позволяет изменять эквивалентную ФЧХ известного устройства.

Целью полезной модели является реализация простыми средствами цифрового фильтра с предкоррекцией ФЧХ, позволяющей получить типичную эквивалентную ФЧХ (приращение фазового сдвига в функции частоты в полосе пропускания фильтра имеет отрицательный знак), нулевую эквивалентную ФЧХ (приращение фазового сдвига в функции частоты равно нулю) и нетипичную эквивалентную ФЧХ (приращение фазового сдвига в функции частоты в полосе пропускания фильтра имеет положительный знак), а также уменьшение искажений АЧХ.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании полезной модели, является исключение дополнительных фазовых сдвигов частоты несущего колебания, которые имеют место при обычной фильтрации модулированного сигнала и исключение многозначности значений фазовых сдвигов в полосе частот фильтра.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фильтра с предкоррекцией ФЧХ.

Устройство содержит блок задержки 1, блок 2 выделения второй гармонической составляющей несущей входного сигнала, смеситель 3 и узкополосный фильтр 4.

Вход Блока задержки 1 подключен к входу устройства, а выход подключен к первому входу смесителя 3, вход блока 2 формирования сигнала с удвоенной частотой несущей входного сигнала подключен к входу устройства, а выход подключен ко второму входу смесителя 3, вход узкополосного фильтра 4 подключен к выходу смесителя 3, а выход является выходом устройства.

Цифровой фильтр с предкоррекцией ФЧХ работает следующим образом.

Не искажающий блок задержки 1 имеет линейную типичную ФЧХ. При прохождении узкополосного сигнала через блок задержки 1 начальные фазы его гармонических составляющих получат соответствующие приращения, несущее колебание получит дополнительное фазовое приращение: . С помощью блока 2 из спектра сигнала выделяется несущее колебание, частота которого затем удваивается. При этом начальная фаза также удваивается. В смесителе 3 сигнал, поступающий с выхода блока задержки 1, и сигнал с удвоенной частотой несущего колебания сигнала перемножаются. На выходе смесителя 3 будет сигнал, содержащий два спектра. Первый спектр определяется разностными частотами гармоник перемножаемых сигналов, а второй суммарными частотами. Второй спектр подавляется узкополосным фильтром 4 и далее не учитывается. Начальная фаза несущего колебания первого спектра, в результате вычитания в смесителе частот и начальных фаз примет вид: . Происходит изменение знака фазового сдвига, полученного в блоке задержки 1. Если фазовый сдвиг несущего колебания в узкополосном фильтре 4 равен фазовому сдвигу в блоке задержки 1, то эквивалентный фазовый сдвиг несущего колебания на выходе устройства будет равен нулю, а эквивалентная ФЧХ будет иметь нулевой характер. Изменяя время задержки блока задержки 1 можно получить режим недокомпенсации фазового сдвига фильтра 4 или перекомпенсации. Соответственно получим режимы с типичной или нетипичной эквивалентной ФЧХ устройства.

Изменение времени задержки в цифровых устройствах не является сложной процедурой и реализуется в реальном времени.

Эквивалентная ФЧХ устройства может быть преобразована из диапазона несколько десятков радиан в диапазон единиц или долей радиан, что устраняет многозначность.

Реализация нетипичной ФЧХ и её использование в преобразователях девиации частоты периодических сигналов позволяет создать преобразователи с управляемой чувствительностью.

Эквивалентная АЧХ устройства совпадает с АЧХ узкополосного фильтра.

Результаты моделирования и реализации цифрового фильтра по структуре, приведённой на фиг. 1, подтверждают сделанные выводы.

Список источников для рассмотрения в ходе экспертизы:

1. Патент 2214034 МПК⁷ H 03 B 21/04 Устройство для преобразования девиации частоты периодического сигнала. Шакурский В.К., Иванов В.В. Опубл. 10.10.2003. Бюл. №28.

2. Шакурский, М.В. Цифровой фильтр с нулевой фазочастотной характеристикой / В.К. Шакурский, М.В. Шакурский // Пат. на полезн. модель 109619 Российская федерация, МПК H03H 9/00; опубл. 20.10.2011 Бюл. № 29.

Claims

Цифровой фильтр с предкоррекцией фазочастотной характеристики, содержащий блок формирования сигнала с удвоенной частотой несущего колебания входного сигнала, вход которого подключён к входу устройства, а выход подключён к первому входу смесителя, узкополосный фильтр, вход которого подключён к выходу смесителя, а выход является выходом устройства, отличающийся тем, что в него введён блок задержки, вход которого подключён к входу устройства, а выход подключён ко второму входу смесителя.