一种新型的相敏解调器制造技术

一种新型的相敏解调器，由运算放大器和模拟开关组成。与用二极管（或三极管）和变压器构成的开关解调器或用模拟乘法器构成的乘积解调器相比，本发明专利技术所述的解调器具有性能优良，原理简单，成本低廉，体积小巧，制作容易等特点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

A new phase sensitive demodulator

The utility model relates to a novel phase sensitive demodulator, which is composed of an operational amplifier and an analog switch. With the diode (or triode) compared to switch demodulator and transformer composed of or composed of analog multiplier demodulator demodulator product, the invention has excellent performance, simple principle, low cost, small size, easy fabrication and characteristics.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种相敏解调器，用于自动控制领域中调相信号的相位和幅度解调，特别适用于随动系统中对位置误差信号的解调。在自动控制领域随动系统的信号传递与放大电路中，经常需要把交流误差信号变换为直流信号。这种把交流误差信号变换为直流信号的变换器称为相敏解调器。它的基本框图如附附图说明图1所示Usr是通过位置误差测量而得到的交流误差信号，其相位代表着控制对象偏离给定值的方向，幅值代表着控制对象偏离给定值的距离；Ujz是供比较用的交流基准电压信号相敏解调器以Ujz的相位为基准，解调得到含有直流分量的误差信号Usc，经低通滤波后得到直流误差信号，其极性代表控制对象偏离给定值的方向，大小代表控制对象偏离给定值的距离。常用的相敏解调器有两类，一类是开关解调器，另一类是乘积解调器。前者最常用的是二极管环行解调器和三极管解调器，它们都需要带有中心抽头的输入变压器和参考变压器。变压器绕制困难，体积庞大笨重；二，三极管的参数需要严格挑选，有的电路需要串入电位器进行调节，还存在着较大的噪声电压。后者一般采用模拟乘法器，价格贵，电路也比较复杂。本专利技术的目的是设计一种新型的相敏解调器，既能舍弃开关解调器所用的4个庞大笨重的变压器，也不用较贵的乘法器，仅采用普通运放和模拟开关各一片集成电路，即能达到同样目的，而性能有所提高，体积和重量成十上百倍的下降，制作也非常容易。这种相敏解调器的结构框图如附图2所示交流基准正弦波电压信号Ujz通过由运放构成的比较器变换为同相位的方波信号Urb，由它去控制二选一模拟开关MK的控制输入端；位置误差信号Usr是与Ujz频率相同而相位、幅值均不同的正弦波信号，它一路直接接到MK的一个输入端，另外一路经反相后接到MK的另一个输入端，解调输出信号Usc由MK的输出端接出。忽略模拟开关的导通电阻，把其看作一个理性开关时，可得到如下关系当Ufb为正时，Usc=Usr；当Ufb为负时，Usc=-Usr。这种解调器可属于开关解调器，也可把Ufb的高、低电平看作+1、-1，这样，即有下列关系式Usc=Usr*Ufb (1)因此，又可将其看作乘积解调器。下面通过一个具体的实施例，说明其工作原理。实施例的框图参见附图3，其中的模拟开关可选用3二选一模拟开关74HC4053，运放可选用4运放LF444或LM324。这是本专利技术用于某自动跟踪定位系统中，把通过圆锥扫描测量得到的目标在空中的交流位置误差信号，变换为直流误差信号，再经过校正，放大，去控制直流伺服电机，使天线向着消除误差的方向转动，从而达到自动跟踪目标并测量其位置的目的。圆锥扫描是指天线的波束围绕着天线的机械中心轴等速旋转，波束中心线的轨迹形成一个以天线中心为顶点，以天线的机械中心轴为轴，以波束中心线为母线的圆锥面。目标处于该圆锥面的不同位置时，接收机收到的信号幅度就会被圆锥扫描调制，其包络即会形成与扫描频率同频，相位和幅度与目标所在位置有关的正弦误差信号Usr。Ujz是与扫描电动机同步旋转的基准电压发电机发出的基准电压信号。附图4是天线波束作圆锥扫描时目标所在的横截面示意图。设天线波束顺时针等速旋转，根据本专利技术所述相敏解调器的输入输出关系，可以方便地得出目标偏离天线不同位置、Usr相对于Ujz不同相位差时Usc的波形，下面举例说明，参见附图5。1．当目标位于天线中心轴，即图4的0点处时，天线正对准目标，Usr=0，根据式(1)，可得Usc=0，天线方位和俯仰两条支路的驱动电机得到的控制信号均为零，电机不转，天线保持原位置不动。2．当目标位于天线中心轴的正上方，如图4中A点位置时，可得相敏解调器的输入信号如图5(a)的Usr 1所示，此信号与俯仰支路基准电压信号Ufb 1(实线所示)同相位，比方位支路基准电压信号Ufb 2(虚线所示)提前90度。根据式(1)，可绘出俯仰支路Usc的波形如图5(b)，此信号经低通滤波后，得到较为平滑的直流信号，极性为正，再经过功率放大后，驱动俯仰直流伺服电机正转，使天线向上转动；同理，可得方位支路Usc的波形如图5(c)，对其从0到180度求积分，由于其正负面积相等，积分值为零，可知此信号无直流分量，滤波后输出为零，因此，方位驱动电机不转，这样，天线在俯仰伺服电机的驱动下就会自动对准目标。这里需要进一步指出的是，只要目标稍微偏离A点，以方位支路为例，比如稍微向左偏离，Usr的相位就会稍微提前，而Ufb 2的相位不变，这样，根据式(1)不难分析得出，Usc波形的正负面积不再相等，而是负大于正，因此滤波后可得到极性为负的直流信号，放大后驱动伺服电机反转，使天线向左转动，自动对准目标。3．当目标位于天线中心轴的右上方，即图4中的B点位置时，可得相敏解调器的输入信号如图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。根据式(1)，可分别得到俯仰，方位两条支路相敏解调器的输出波形如图5(d)，(e)所示。经过低通滤波后，可分别得到正极性的直流电压信号，再经功放后，分别驱动俯仰，方位两条支路的直流伺服电机正转，使天线同时向上，向右转动，自动对准目标。4．当目标位于天线中心轴的正右方，即图4中的C点位置时，可得相敏解调器的输入信号如图5(a)的Usr 3所示，它与Ufb 1正交，与Ufb 2同相。根据式(1)，可绘出俯仰支路相敏解调器的输出波形如图5(f)所示，滤波后，其直流电压为零，俯仰驱动电机不转；而方位支路相敏解调器的输出波形如图5(g)所示，滤波后可得正极性的直流电压信号，再经功放，驱动方位伺服电机正转，使天线向右转动，自动对准目标。5．当目标位于扫描中心轴的右下方，如图4中的D点位置时，可得此时的输入信号如图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。根据式(1)，可得到俯仰支路相敏解调器的输出波形如图5(h)所示，滤波后可得到极性为负的直流信号，放大后驱动伺服电机反转，使天线向下转动而方位支路的输出波形如图5(ⅰ)所示，滤波后可得正极性的直流信号，放大后驱动伺服电机正转，使天线向右转动。这样，在两条支路伺服电机共同驱动下，天线自动对准目标。6.当目标分别位于图4中E，F，G，H各点所示的位置时，Usr的相位分别比Usr 1，2，3，4落后180度。根据式(1)不难分析得知，天线的运动方向将分别与目标在A，B，C，D各点时的运动方向相反。因此，在俯仰，方位两条支路的伺服电机驱动下，天线都会自动对准目标。可见这种相敏解调器不但原理简单，成本低廉，体积小巧，制作容易，而且性能优良可靠，很有实用价值，完全可以取代上述两类相敏解调器。图1是相敏解调器的方框2是用模拟开关设计的相敏解调器的方框3是实施例的方框4是圆锥扫描时目标所在的圆锥横截面示意5是实施例的原理波形图权利要求本专利技术涉及一种相敏解调器，即把交流误差信号解调成直流误差信号的一种电路，其特征在于这种相敏解调器由普通运算放大器和二选一模拟开关组成；运放构成的过零比较器将基准电压信号Ujz变成方波信号Ufb，由其控制二选一模拟开关MK的开通与关断；交流位置误差信号Usr一路直接接到MK的一个输入端，另外一路经运放构成的反相器反相后接到MK的另一个输入端解调后的信号Usc由MK的输出端引本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种相敏解调器，即把交流误差信号解调成直流误差信号的一种电路，其特征在于这种相敏解调器由普通运算放大器和二选一模拟开关组成；运放构成的过零比较器将基准电压信号Ｕｊｚ变成方波信号Ｕｆｂ，由其控制二选一模拟开关ＭＫ的开通与关断；交流位置误差信号Ｕｓｒ一路直接接到ＭＫ的一个输入端，另外一路经运放构成的反相器反相后接到ＭＫ的另一个输入端；解调后的信号Ｕｓｃ由ＭＫ的输出端引出，再经滤波后即成为直流位置误差信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝来，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]