專利名稱：一種新型的相敏解調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相敏解調(diào)器，用于自動(dòng)控制領(lǐng)域中調(diào)相信號(hào)的相位和幅度解調(diào)，特別適用于隨動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)位置誤差信號(hào)的解調(diào)。
在自動(dòng)控制領(lǐng)域隨動(dòng)系統(tǒng)的信號(hào)傳遞與放大電路中，經(jīng)常需要把交流誤差信號(hào)變換為直流信號(hào)。這種把交流誤差信號(hào)變換為直流信號(hào)的變換器稱為相敏解調(diào)器。它的基本框圖如附

圖1所示Usr是通過(guò)位置誤差測(cè)量而得到的交流誤差信號(hào)，其相位代表著控制對(duì)象偏離給定值的方向，幅值代表著控制對(duì)象偏離給定值的距離；Ujz是供比較用的交流基準(zhǔn)電壓信號(hào)相敏解調(diào)器以Ujz的相位為基準(zhǔn)，解調(diào)得到含有直流分量的誤差信號(hào)Usc，經(jīng)低通濾波后得到直流誤差信號(hào)，其極性代表控制對(duì)象偏離給定值的方向，大小代表控制對(duì)象偏離給定值的距離。
常用的相敏解調(diào)器有兩類，一類是開關(guān)解調(diào)器，另一類是乘積解調(diào)器。前者最常用的是二極管環(huán)行解調(diào)器和三極管解調(diào)器，它們都需要帶有中心抽頭的輸入變壓器和參考變壓器。變壓器繞制困難，體積龐大笨重；二，三極管的參數(shù)需要嚴(yán)格挑選，有的電路需要串入電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，還存在著較大的噪聲電壓。后者一般采用模擬乘法器，價(jià)格貴，電路也比較復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種新型的相敏解調(diào)器，既能舍棄開關(guān)解調(diào)器所用的4個(gè)龐大笨重的變壓器，也不用較貴的乘法器，僅采用普通運(yùn)放和模擬開關(guān)各一片集成電路，即能達(dá)到同樣目的，而性能有所提高，體積和重量成十上百倍的下降，制作也非常容易。
這種相敏解調(diào)器的結(jié)構(gòu)框圖如附圖2所示交流基準(zhǔn)正弦波電壓信號(hào)Ujz通過(guò)由運(yùn)放構(gòu)成的比較器變換為同相位的方波信號(hào)Urb，由它去控制二選一模擬開關(guān)MK的控制輸入端；位置誤差信號(hào)Usr是與Ujz頻率相同而相位、幅值均不同的正弦波信號(hào)，它一路直接接到MK的一個(gè)輸入端，另外一路經(jīng)反相后接到MK的另一個(gè)輸入端，解調(diào)輸出信號(hào)Usc由MK的輸出端接出。忽略模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻，把其看作一個(gè)理性開關(guān)時(shí)，可得到如下關(guān)系當(dāng)Ufb為正時(shí)，Usc=Usr；當(dāng)Ufb為負(fù)時(shí)，Usc=-Usr。這種解調(diào)器可屬于開關(guān)解調(diào)器，也可把Ufb的高、低電平看作+1、-1，這樣，即有下列關(guān)系式Usc=Usr*Ufb (1)因此，又可將其看作乘積解調(diào)器。下面通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)施例，說(shuō)明其工作原理。
實(shí)施例的框圖參見附圖3，其中的模擬開關(guān)可選用3二選一模擬開關(guān)74HC4053，運(yùn)放可選用4運(yùn)放LF444或LM324。這是本發(fā)明用于某自動(dòng)跟蹤定位系統(tǒng)中，把通過(guò)圓錐掃描測(cè)量得到的目標(biāo)在空中的交流位置誤差信號(hào)，變換為直流誤差信號(hào)，再經(jīng)過(guò)校正，放大，去控制直流伺服電機(jī)，使天線向著消除誤差的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤目標(biāo)并測(cè)量其位置的目的。圓錐掃描是指天線的波束圍繞著天線的機(jī)械中心軸等速旋轉(zhuǎn)，波束中心線的軌跡形成一個(gè)以天線中心為頂點(diǎn)，以天線的機(jī)械中心軸為軸，以波束中心線為母線的圓錐面。目標(biāo)處于該圓錐面的不同位置時(shí)，接收機(jī)收到的信號(hào)幅度就會(huì)被圓錐掃描調(diào)制，其包絡(luò)即會(huì)形成與掃描頻率同頻，相位和幅度與目標(biāo)所在位置有關(guān)的正弦誤差信號(hào)Usr。Ujz是與掃描電動(dòng)機(jī)同步旋轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)電壓發(fā)電機(jī)發(fā)出的基準(zhǔn)電壓信號(hào)。附圖4是天線波束作圓錐掃描時(shí)目標(biāo)所在的橫截面示意圖。設(shè)天線波束順時(shí)針等速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)本發(fā)明所述相敏解調(diào)器的輸入輸出關(guān)系，可以方便地得出目標(biāo)偏離天線不同位置、Usr相對(duì)于Ujz不同相位差時(shí)Usc的波形，下面舉例說(shuō)明，參見附圖5。
1．當(dāng)目標(biāo)位于天線中心軸，即圖4的0點(diǎn)處時(shí)，天線正對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，Usr=0，根據(jù)式(1)，可得Usc=0，天線方位和俯仰兩條支路的驅(qū)動(dòng)電機(jī)得到的控制信號(hào)均為零，電機(jī)不轉(zhuǎn)，天線保持原位置不動(dòng)。
2．當(dāng)目標(biāo)位于天線中心軸的正上方，如圖4中A點(diǎn)位置時(shí)，可得相敏解調(diào)器的輸入信號(hào)如圖5(a)的Usr 1所示，此信號(hào)與俯仰支路基準(zhǔn)電壓信號(hào)Ufb 1(實(shí)線所示)同相位，比方位支路基準(zhǔn)電壓信號(hào)Ufb 2(虛線所示)提前90度。根據(jù)式(1)，可繪出俯仰支路Usc的波形如圖5(b)，此信號(hào)經(jīng)低通濾波后，得到較為平滑的直流信號(hào)，極性為正，再經(jīng)過(guò)功率放大后，驅(qū)動(dòng)俯仰直流伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，使天線向上轉(zhuǎn)動(dòng)；同理，可得方位支路Usc的波形如圖5(c)，對(duì)其從0到180度求積分，由于其正負(fù)面積相等，積分值為零，可知此信號(hào)無(wú)直流分量，濾波后輸出為零，因此，方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)不轉(zhuǎn)，這樣，天線在俯仰伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下就會(huì)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。這里需要進(jìn)一步指出的是，只要目標(biāo)稍微偏離A點(diǎn)，以方位支路為例，比如稍微向左偏離，Usr的相位就會(huì)稍微提前，而Ufb 2的相位不變，這樣，根據(jù)式(1)不難分析得出，Usc波形的正負(fù)面積不再相等，而是負(fù)大于正，因此濾波后可得到極性為負(fù)的直流信號(hào)，放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使天線向左轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。
3．當(dāng)目標(biāo)位于天線中心軸的右上方，即圖4中的B點(diǎn)位置時(shí)，可得相敏解調(diào)器的輸入信號(hào)如圖5(a)的Usr 2所示，它比Ufb 1的相位落后45度，而比Ufb 2的相位提前45度。根據(jù)式(1)，可分別得到俯仰，方位兩條支路相敏解調(diào)器的輸出波形如圖5(d)，(e)所示。經(jīng)過(guò)低通濾波后，可分別得到正極性的直流電壓信號(hào)，再經(jīng)功放后，分別驅(qū)動(dòng)俯仰，方位兩條支路的直流伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，使天線同時(shí)向上，向右轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。
4．當(dāng)目標(biāo)位于天線中心軸的正右方，即圖4中的C點(diǎn)位置時(shí)，可得相敏解調(diào)器的輸入信號(hào)如圖5(a)的Usr 3所示，它與Ufb 1正交，與Ufb 2同相。根據(jù)式(1)，可繪出俯仰支路相敏解調(diào)器的輸出波形如圖5(f)所示，濾波后，其直流電壓為零，俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)不轉(zhuǎn)；而方位支路相敏解調(diào)器的輸出波形如圖5(g)所示，濾波后可得正極性的直流電壓信號(hào)，再經(jīng)功放，驅(qū)動(dòng)方位伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，使天線向右轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。
5．當(dāng)目標(biāo)位于掃描中心軸的右下方，如圖4中的D點(diǎn)位置時(shí)，可得此時(shí)的輸入信號(hào)如圖5(a)中的Usr 4所示。它的相位比Ufb 1落后135度，比Ufb 2落后45度。根據(jù)式(1)，可得到俯仰支路相敏解調(diào)器的輸出波形如圖5(h)所示，濾波后可得到極性為負(fù)的直流信號(hào)，放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使天線向下轉(zhuǎn)動(dòng)而方位支路的輸出波形如圖5(ⅰ)所示，濾波后可得正極性的直流信號(hào)，放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，使天線向右轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，在兩條支路伺服電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)下，天線自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。
6.當(dāng)目標(biāo)分別位于圖4中E，F(xiàn)，G，H各點(diǎn)所示的位置時(shí)，Usr的相位分別比Usr 1，2，3，4落后180度。根據(jù)式(1)不難分析得知，天線的運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒎謩e與目標(biāo)在A，B，C，D各點(diǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向相反。因此，在俯仰，方位兩條支路的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，天線都會(huì)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。
可見這種相敏解調(diào)器不但原理簡(jiǎn)單，成本低廉，體積小巧，制作容易，而且性能優(yōu)良可靠，很有實(shí)用價(jià)值，完全可以取代上述兩類相敏解調(diào)器。
圖1是相敏解調(diào)器的方框2是用模擬開關(guān)設(shè)計(jì)的相敏解調(diào)器的方框3是實(shí)施例的方框4是圓錐掃描時(shí)目標(biāo)所在的圓錐橫截面示意5是實(shí)施例的原理波形圖
權(quán)利要求
本發(fā)明涉及一種相敏解調(diào)器，即把交流誤差信號(hào)解調(diào)成直流誤差信號(hào)的一種電路，其特征在于這種相敏解調(diào)器由普通運(yùn)算放大器和二選一模擬開關(guān)組成；運(yùn)放構(gòu)成的過(guò)零比較器將基準(zhǔn)電壓信號(hào)Ujz變成方波信號(hào)Ufb，由其控制二選一模擬開關(guān)MK的開通與關(guān)斷；交流位置誤差信號(hào)Usr一路直接接到MK的一個(gè)輸入端，另外一路經(jīng)運(yùn)放構(gòu)成的反相器反相后接到MK的另一個(gè)輸入端解調(diào)后的信號(hào)Usc由MK的輸出端引出，再經(jīng)濾波后即成為直流位置誤差信號(hào)。
全文摘要
一種新型的相敏解調(diào)器,由運(yùn)算放大器和模擬開關(guān)組成。與用二極管(或三極管)和變壓器構(gòu)成的開關(guān)解調(diào)器或用模擬乘法器構(gòu)成的乘積解調(diào)器相比,本發(fā)明所述的解調(diào)器具有性能優(yōu)良,原理簡(jiǎn)單,成本低廉,體積小巧,制作容易等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08C13/00GK1298165SQ0010324
公開日2001年6月6日 申請(qǐng)日期2000年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月20日
發(fā)明者孫寶來(lái) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所