Способ формирования фазоманипулированного сигнала и устройство для его осуществления

 

Использование: в радиосвязи и радиолокации. Сущность изобретения: способ заключается в генерации сигнала промежуточной частоты фазовой манипуляции и усилении фазоманипулированного сигнала промежуточной частоты, преобразовании фазоманипулированного сигнала промежуточной частоты в сигнал рабочей частоты и усилении по мощности сигнала рабочей частоты, генерировании дополнительного сигнала, частота которого не равна промежуточной частоте, причем до усиления фазоманипулированный сигнал промежуточной частоты суммируют с дополнительным сигналом, а после усиления суммарный сигнал ограничивают по амплитуде. Устройство содержит генератор сигнала промежуточной частоты, ключ, блок перекодирования информации, полосовые фильтры, усилитель промежуточной частоты, смеситель, гетеродин, усилитель мощности, несимметричный фильтр, амплитудный ограничитель. 4 ил.

Изобретение относится к радиосвязи и радиолокации.

Цель изобретения - снижение уровня побочных составляющих спектра.

Способ основан на генерировании сигнала промежуточной частоты, фазовой манипуляции и усилении фазома- нипулированного (ФМ) сигнала промежуточной частоты, преобразовании фазоманипулированного сигнала промежуточной частоты в сигнал рабочей частоты и усилении по мощности сигнала рабочей частоты, генерировании дополнительного сигнала, частота которого не равна промежуточной частоте, причем до усиления фазоманипулированный сигнал промежуточной частоты суммируют с дополнительным сигналом, а после усиления суммарный сигнал ограничивают по амплитуде.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства, поясняющего способ; на фиг.2 - структурная электрическая схема устройства для формирования ФМ-сигнала, осуществляющего способ.

Устройство (см. фиг.1) содержит генератор 1 сигнала промежуточной частоты (ПЧ), ключ 2, блок 3 перекодирования информации, полосовой фильтр 4, усилитель 5 ПЧ, смеситель 6, гетеродин 7, полосовой фильтр 8, усилитель 9 мощности, дополнительный генератор 10, сумматор 11 и амплитудный ограничитель 12.

Устройство (см. фиг.2) содержит генератор 1 сигнала ПЧ, ключ 2, блок 3 перекодирования информации, первый полосовой фильтр 4, усилитель 5 ПЧ, смеситель 6, гетеродин 7, второй полосовой фильтр 8, усилитель 9 мощности, несимметричный фильтр 10 и амплитудный ограничитель 11.

При этом выход генератора 1 через ключ 2, к управляющему входу которого подключен выход блока 3, соединен с входом несимметричного фильтра 10, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр 4, усилитель 5 ПЧ и амплитудный ограничитель 11 подключен к первому входу смесителя 6, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 7. Выход смесителя 6 через второй полосовой фильтр 8 подключен к входу усилителя 9 мощности, выход которого является выходом устройства.

Для пояснения способа формирования ФМ-сигнала рассмотрим работу устройства, приведенного на фиг.1.

Цифровой сигнал, образующийся на выходе блока 3 управляет ключом 2, коммутируя поступающее на него синусоидальное напряжение ПЧ. На выходе ключа 2 образуется ФМ-сигнал ПЧ, который поступает на первый выход сумматора 11, на второй вход которого поступает дополнительный сигнал с генератора 10 с частотой, отличающейся от промежуточной. Суммарный сигнал с выхода сумматора 11 через полосовой фильтр 4 и усилитель 5 поступает на ограничитель 12. Фильтр 4, настроенный на промежуточную частоту, ограничивает полосу пропускания тракта ПЧ так, чтобы ее ширина была в 2...3 раза больше ширины основного лепестка спектра ФМ-сигнала ПЧ, что позволяет сохранить энергетические параметры сигнала и в то же время устранить побочные составляющие спектра входного сигнала.

Считая преобразования сигнала до выходного усилителя мощности линейными, рассмотрим прохождение отдельно сигнала промежуточной частоты и дополнительного сигнала до входа смесителя 6.

При прохождении ФМ-сигнала ПЧ до выхода усилителя 5 в момент переключения фазы t = t_o на входе ограничителя возникает сигнал, изменение которого во времени можно описать выражением a_o(t) = E_oK_max·e - E_oK1-e × cos[ω_o(t-t_o)+ϕ_o] где Е_о - амплитуда сигнала на выходе ключа 2; К_max - максимальный коэффициент передачи цепочки фильтр 4 - усилитель 5 по напряжению; τ_к - постоянная времени резонансных цепей усилителя 5 и фильтра 4 с учетом влияния нагрузки; ω_o - промежуточная частота; ϕ_o - фаза сигнала в момент переключения.

В выражении учтено, что настройка фильтра 4 и усилителя 5 соответствует ω_o.

Знак минус перед вторым слагаемым соответствует изменению фазы сигнала при t = t_o на 180^о.

Амплитуда сигнала а_о(t) может быть представлена выражением A_o(t) = E_oK1-2e В момент времени t_o + t '= ln2/2 πΔf, где Δ f - полоса пропускания по уровню - 3 дБ, амплитуда сигнала становится равной нулю.

Рассмотрим прохождение дополнительного сигнала. Пусть частота дополнительного сигнала ω₁ не совпадает с ω_o, но лежит в полосе пропускания Δ f, а включение данного сигнала (если сигнал импульсный), происходит в момент времени t₁ < t < t¹, а выключение - в момент t₂. Тогда зависимость дополнительного сигнала от времени на выходе усилителя 5 можно записать в виде выражения
где Е₁(t) - амплитуда дополнительного сигнала на выходе ключа 2;
ζ=Δωτ_к - параметр расстройки;
Δω=ω_o-ω₁ - разность частот основного и дополнительного сигналов.

Зависимость амплитуды суммарного сигнала на входе ограничителя 12 можно записать как

где
K = ; τ_i= t-t_i; (i = 0,1,2)
ϕ₁= arctg
ϕ₂= arctg
Θ₁=ω₁(t₁-t_o)+ϕ₁-ϕ_o;Θ₂=ω₁(t₂-t_o)+ϕ₁-ϕ_o
Анализ данной зависимости показывает, что равенство нулю амплитуды суммарного сигнала во время переходного процесса возможно только при Δω= 0 и противофазности Ψ_1,2= 180^о основного и дополнительного сигналов.

Во всех остальных случаях наблюдается уменьшение амплитуды суммарного сигнала до некоторого значения, не равного нулю, что позволяет, ограничив амплитуду на уровне ее минимального значения во время переходного процесса, получить на выходе ограничителя 12 сигнал постоянной амплитуды с фазой дискретно изменяющейся на 180^о во время переключения и плавно переходящей из одного крайнего значения к другому во время переходного процесса, длительность которого определяется постоянной времени τ_к.

После ограничителя 12 ФМ-сигнал без провалов между фазовыми дискретами поступает на вход смесителя 6, на который поступает сигнал с гетеродина 7. Полосовой фильтр 8 выделяет высокочастотный ФМ-сигнал, который затем усиливается усилителем 9 мощности до заданного уровня мощности.

Дополнительный анализ выражения для амплитуды суммарного сигнала показывает, что в качестве генератора дополнительного сигнала и сумматора можно использовать несимметричный фильтр, т.е. фильтр, расстроенный относительно несущей частоты ФМ-сигнала. При этом в качестве дополнительного сигнала используются затухающие колебания на частоте собственного резонанса фильтра, возникающие в самом фильтре вследствие переходного процесса в момент переключения фазы дискретного импульса.

Структурная электрическая схема устройства для формирования ФМ-сигнала с использованием несимметричного фильтра приведена на фиг.2.

Сигнал (см. фиг.2), поступающий с выхода блока 3, управляет ключом 2, коммутируя поступающее на него напряжение ПЧ. На выходе ключа 2 образуется фазоманипулированный сигнал ПЧ, который поступает на несимметричный фильтр 10 и далее через фильтр 4 и усилитель 5 поступает на вход ограничителя 11.

Фильтр 4 служит для устранения побочных составляющих спектра входного сигнала.

В момент переключения фазы t = t_о в фильтре 10 образуются затухающие колебания на частоте его собственного резонанса.

Считая для упрощения выражений, что фильтр 10 представляет собой одиночный контур, зависимость сигнала на его выходе от времени можно описать выражением:
a(t) =
где К_max - коэффициент передачи фильтра 10 на частоте
Ψ = arctg
Графики этой зависимости, нормированные относительно Е_о К_max, приведены на фиг.3. В случае использования многоконтурного фильтра 10 количественные соотношения изменяются, а сущность возникающих процессов остается прежней.

На фиг. 4 показаны временные зависимости мощности сигнала на выходе пятиконтурного фильтра 10, нормированные относительно мощности сигнала в момент переключения фазы. Видно, что при некоторых значениях параметра расстройки ζ на выходе пятиконтурного фильтра можно получить не только не спадание, но даже возрастание амплитуды сигнала во время переходного процесса, что позволяет, применив ограничение амплитуды сигнала с помощью ограничителя 12, получить на входе смесителя 6 непрерывный сигнал, в котором отсутствуют "провалы" между фазовыми дискретами. Смеситель 6, на который поступает сигнал с гетеродина 7, преобразует ФМ-сигнал ПЧ в сигнал высокой частоты. Полосовой фильтр 8, стоящий на выходе смесителя 6, выделяет из комбинированных сигналов сигнал высокой частоты, в котором сохранены фазовые соотношения ФМ-сигнала ПЧ. До заданного уровня мощности ФМ-сигнал усиливается усилителем 9.

Использование изобретения позволит в 3-4 раза сузить ширину спектра внеполосного излучения на уровне 30. . .60 дБ от уровня несущей за счет исключения "провалов" между импульсами фазовых дискретов и повысить надежность работы устройства вследствие устранения "выбросов" питающего напряжения на коллекторах транзисторов транзисторных усилителей во время усиления ФМ-сигнал без пауз между дискретами.

Формула изобретения

1. Способ формирования фазоманипулированного сигнала, основанный на генерировании сигнала промежуточной частоты, фазовой манипуляции и усилении фазоманипулированного сигнала промежуточной частоты, преобразовании фазоманипулированного сигнала промежуточной частоты в сигнал рабочей частоты и усилении по мощности сигнала рабочей частоты, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня побочных составляющих спектра, генерируют дополнительный сигнал, частота которого не равна промежуточной частоте, причем до усиления фазоманипулированный сигнал промежуточной частоты суммируют с дополнительным сигналом, а после усиления суммарный сигнал ограничивают по амплитуде.

2. Устройство формирования фазоманипулированного сигнала, содержащее последовательно соединенные генератор сигнала промежуточный частоты и ключ, к управляющему входу которого подключен выход блока перекодирования информации, последовательно соединенный первый полосовой фильтр и усилитель промежуточной частоты и последовательно соединенные смеситель, к управляющему входу которого подключен выход гетеродина, второй полосовой фильтр и усилитель мощности, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью снижения уровня побочных составляющих спектра, введены несимметричный фильтр, входы и выход которого соединены соответственно с выходом ключа и входом первого полосового фильтра, и амплитудный ограничитель, вход и выход которого соединены соответственно с выходом усилителя промеждуточной частоты и сигнальным входом смесителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4