Дискретный фазовый модулятор

 

Изобретение может быть использовано в приемопередающей аппаратуре с шумоподобными сигналами. Дискретный фазовый модулятор формирует трехуровневый закон изменения фазы, в котором два участка возрастания фазы на π чередуются с двумя аналогичными нисходящими участками изменения фазы. Дискретный фазовый модулятор содержит два последовательно соединенных линейных фазовых модулятора, на вход первого из которых подается немодулированный высокочастотный сигнал, два подмодулятора, соединенные с соответствующими вторыми входами линейных фазовых модуляторов, первый и второй JK-триггеры. На С-вход первого JK-триггера непосредственно, и на С-вход второго JK-триггера через логический элемент НЕ поступает шумоподобный сигнал. Выход первого триггера через первый фильтр нижних частот соединен с входом первого подмодулятора, а выход второго JK-триггера через второй фильтр нижних частот соединен с входом второго подмодулятора. Достигаемым техническим результатом является подавление в спектре выходного сигнала дискретных составляющих, расположенных на расстоянии ±n/τ от несущей частоты f₀. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании приемопередающей аппаратуры с шумоподобными сигналами (ШПС).

Известен дискретный фазовый модулятор, содержащий линейный фазовый модулятор, первый вход которого является входом немодулированного высокочастотного сигнала, а второй его вход соединен с выходом подмодулятора. (Балакирев М. В. и др. под ред. Челнокова О.А. Радиопередающие устройства. М.: Радио и связь, 1982, с. 126), который по общности решаемых задач наиболее близок к предлагаемому и выбран в качестве прототипа.

Недостатком известного дискретного фазового модулятора является наличие в спектре сигнала на его выходе дискретных составляющих, расположенных на расстоянии + -n/τ от несущей частоты f₀, где n - целые числа, τ - длительность символа ШПС.

Наличие этих составляющих приводит к демаскированию сигнала, нарушению международных норм, определяющих допустимые внеполосные излучения передатчиков, нарушению электромагнитной совместимости работы аппаратуры.

Техническим результатом настоящего изобретения является подавление вышеуказанных дискретных составляющих в выходном спектре дискретного фазового модулятора.

Сущность изобретения состоит в том, что в известный дискретный фазовый модулятор, содержащий первый линейный фазовый модулятор, первый вход которого является входом немодулированного высокочастотного сигнала, второй вход соединен с выходом первого подмодулятора, введены второй линейный фазовый модулятор, второй подмодулятор, два JK-триггера, два фильтра нижних частот и логический элемент НЕ, причем выход первого линейного фазового модулятора соединен с первым входом второго линейного фазового модулятора, второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора, C-вход первого JK-триггера непосредственно и C-вход второго JK-триггера через логический элемент НЕ являются входами шумоподобного сигнала в виде двоичного кода, объединенные J- и K-входы первого и второго JK-триггеров являются входами сигнала лог. "1", Q-выход первого JK-триггера через первый фильтр нижних частот соединен с входом первого подмодулятора, Q-выход второго JK-триггера через второй фильтр нижних частот соединен с входом второго подмодулятора, выход второго линейного фазового модулятора является выходом устройства.

Предложенный дискретный фазовый модулятор позволяет сформировать трехуровневый закон изменения фазы, в котором два участка возрастания фазы на π чередуются с двумя аналогичными нисходящими участками изменения фазы.

Изобретение поясняется примером его выполнения и чертежами.

На фиг. 1 приведена структурная схема дискретного фазового модулятора; На фиг. 2 - временные диаграммы сравнения закона изменения фазы в известном и предлагаемом дискретных фазовых модуляторах; На фиг. 3 - эпюры, поясняющие работу дискретного фазового модулятора.

Дискретный фазовый модулятор (фиг. 1) содержит первый линейный фазовый модулятор 1, первый подмодулятор 2, второй линейный фазовый модулятор 3, второй подмодулятор 4, первый и второй JK-триггеры 5 и 6, первый и второй фильтры 7 и 8 нижних частот и логический элемент НЕ 9.

В дискретном фазовом модуляторе (фиг. 1) первый вход первого линейного фазового модулятора 1, является входом немодулированного высокочастотного сигнала, а второй вход соединен с выходом первого подмодулятора 2, выход первого линейного фазового модулятора 1 соединен с первым входом второго линейного фазового модулятора 3, второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора 4. C-вход первого JK-триггера 5 непосредственно и C-вход второго JK-триггера 6 через логический элемент НЕ 9 являются входами шумоподобного сигнала, объединенные J- и K- входы первого и второго JK-триггеров 5 и 6 являются входами сигнала лог. "1". Q- выход первого JK-триггера 5 через первый фильтр 7 нижних частот соединен с входом первого подмодулятора 2, Q-выход второго JK-триггера 6 через второй фильтр 8 нижних частот соединен с входом второго подмодулятора 4. Выход второго линейного фазового модулятора 3 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Для понимания работы устройства приведено сравнение закона изменения фазы в известном и предлагаемом дискретных фазовых модуляторах (фиг. 2).

В дискретных фазовых модуляторах, имеющих в качестве модулирующего сигнала шумоподобный сигнал (ШПС) в виде двоичного кода, при мгновенном переходе от одного символа к другому непрерывный спектр описывается выражением где ω - текущая частота, t - время.

Если фаза сигнала меняется по закону фиг. 2,а, то модулированный сигнал имеет непрерывный спектр с огибающей, который описывается выражением где ω₀ = 2π f₀, C и D - постоянные коэффициенты.

В дискретном фазовом модуляторе в процессе формирования спектра выходного сигнала фаза колебания изменяется не мгновенно. В первом приближении можно считать, что в процессе переключения фаза меняется линейно и соответственно закон изменения фазы - трапецеидальный (фиг. 2,б). Результатом такого изменения фазы оказывается появление в выходном спектре дискретного фазового модулятора дискретных составляющих на частотах f₀+ - n/τ. Из общего соотношения для сигналов с угловой модуляцией

где
U_вых - напряжение выходного сигнала, V_вых - амплитуда выходного сигнала, следует, что функции cosϕ(t) и sinϕ(t) определяют спектр высокочастотных колебаний на выходе дискретного фазового модулятора.

Для идеализированного случая мгновенного перехода фазы из одного состояния в другое, когда время нарастания фронта - ( τ_ффна фиг. 2,б) равно нулю, функция sinϕ(t) (фиг. 2,г) тождественно равна нулю, а функция cosϕ(t) (фиг. 2, в) имеет тот же спектр, что и модулирующий сигнал (фиг. 2,а), т.е. это сплошной спектр с огибающей, которая принимает нулевое значение на частотах n/τ, что ясно из выражения (2). Следовательно, согласно выражению (3), в этом случае дискретные составляющие в спектре выходного сигнала U_вых отсутствуют.

При реальном законе изменения фазы, приближением к которому является равнобедренная трапеция (фиг. 2,б), в законе изменения фазы sinϕ(t) (фиг. 2,г) появляются однополярные выбросы при каждой смене символа во входном модулирующем сигнале, в результате чего спектр функции sinϕ(t) (фиг. 2,г) помимо непрерывной составляющей содержит дискретные составляющие на частотах n/τ, а в соответствии с выражением (3) и в высокочастотном колебании присутствуют дискретные составляющие на частотах f₀+ - n/τ.
Для предлагаемого дискретного фазового модулятора закону изменения фазы (фиг. 2,д) соответствуют функции cosϕ(t) и sinϕ(t) (фиг. 2,е и фиг. 2,ж). В функции sinϕ(t) положительные и отрицательные выбросы попарно чередуются, а следовательно, ее спектр содержит только непрерывную составляющую, а дискретных составляющих не содержит. В соответствии с выражением (3) не содержат дискретных составляющих и спектры функций sinω_ot×sinϕ(t) и cosω_ot×cosϕ(t). Таким образом, предложенный дискретный фазовый модулятор работает на основе закона изменения фазы с двумя попарно восходящими и попарно нисходящими участками.

На первый вход первого линейного фазового модулятора 1 подается немодулированный высокочастотный сигнал, а с его выхода сигнал поступает на вход второго линейного фазового модулятора 3. Результирующий закон изменения фазы выходного сигнала ϕ(t) определяется суммой фазовых сдвигов, обеспечиваемых каждым из линейных фазовых модуляторов 1 и 3. Шумоподобный модулирующий сигнал (ШПС) поступает на C-вход первого JK-триггера 5 и через логический элемент НЕ 9 на C-вход второго JK-триггера 6. Объединенные J- и K- входы первого и второго JK-триггеров 5 и 6 являются входами сигнала лог. "1".

JK-триггеры 5 и 6 перебрасываются из одного состояния в другое по положительным фронтам импульсов на входах. Однако поскольку на C-вход второго JK-триггера 6 импульсы ШПС поступают после его инвертирования в логическом элементе НЕ 9, переброс JK-триггера 6 происходит по отрицательным фронтам импульсов ШПС.

С Q-выхода JK-триггера 5 через последовательно соединенные первый фильтр 7 нижних частот и первый подмодулятор 2 модулирующий сигнал поступает на второй вход первого линейного фазового модулятора 1. С Q-выхода JK-триггера 6 через последовательно соединенные второй фильтр 8 нижних частот и второй подмодулятор 4 модулирующий сигнал поступает на второй вход второго линейного фазового модулятора 3.

Фильтры 7 и 8 нижних частот, выполненные в виде интегрирующей RC-цепочки, формируют плавные фронты у импульсов, поступающих на входы подмодуляторов 3 и 4, которые обеспечивают требуемую девиацию фазы выходного сигнала.

До подачи модулирующего сигнала, т.е. в исходном состоянии оба K-триггера 5 и 6 могут находиться в произвольном состоянии (нуль или единица). Для случая, когда оба JK-триггера 5 и 6 находятся в нулевом состоянии, работу дискретного фазового модулятора поясняют эпюры (фиг. 3). На фиг. 3 показано входное напряжение ШПС, причем включение ШПС происходит в момент t₀. До момента t₀ напряжения U2 и U5 равны нулю. Переброс первого JK-триггера 5 происходит при переходе напряжения U1 от нуля к единице. Переброс второго JK-триггера 6 осуществляется на положительном фронте напряжения U4 на выходе логического элемента НЕ 9.

Поскольку первый и второй линейные фазовые модуляторы 1 и 3 одинаковые, закон изменения фазы выходного колебания ϕ(t) определяется суммой напряжений U3 и U6. Результирующий закон изменения фазы для ШПС, имеющего вид, показанный на фиг. 3,а, показан на фиг. 3,ж. Единице входного сигнала соответствует уровень фазы 180^o, а нулю - уровень фазы 0 или 360^o, при этом два восходящих участка в законе изменения фазы ϕ(t) чередуются с двумя нисходящими участками. Эпюры для трех оставшихся комбинаций начальных состояний JK-триггеров 5 и 6 (1,1; 0,1; 1,0) (до подачи ШПС) строятся аналогично.

Практическая применимость предложенного дискретного фазового модулятора обеспечивается актуальностью решаемой задачи, а именно позволяет устранить демаскирование сигнала, обеспечить выполнение международных норм, определяющих допустимые внеполосные излучения передатчиков, и обеспечить электромагнитную совместимость работы аппаратуры. Кроме того, предложенное техническое решение может быть легко реализуемо.

Формула изобретения

Дискретный фазовый модулятор, содержащий первый линейный фазовый модулятор, первый вход которого является входом немодулированного высокочастотного сигнала, а второй его вход соединен с выходом первого подмодулятора, отличающийся тем, что в него введены второй линейный фазовый модулятор, второй подмодулятор, первый и второй JK-триггеры, первый и второй фильтры нижних частот и логический элемент НЕ, причем выход первого линейного фазового модулятора соединен с первым входом второго линейного фазового модулятор, второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора, C-вход первого JK-триггера непосредственно и C-вход второго JK-триггера через логический элемент НЕ являются входами шумоподобного сигнала в виде двоичного кода, объединенные J- и K-входы первого и второго JK-триггеров являются входами сигнала лог. "1", Q-выход первого JK-триггера через первый фильтр нижних частот соединен с входом первого подмодулятора, Q-выход второго JK-триггера через второй фильтр нижних частот соединен с входом второго подмодулятора, выход второго линейного фазового модулятора является выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3