Способ фазовой манипуляции и устройство для его реализации
Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к фазоразностным манипуляторам с двукратной фазовой манипуляцией, и может быть использовано в мощных передатчиках в аппаратуре передачи данных. Достигаемый технический результат - уменьшение паразитной амплитудной и фазовой модуляции выходного сигнала. Способ фазовой манипуляции радиосигнала передатчика характеризуется пошаговым изменением фазы колебания несущей частоты между заданными кратностью манипуляции значениями фазы, при этом изменение фазы выполняют за время не менее длительности переходного процесса в комплексной нагрузке, а шаг изменения фазы берут равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке к степени двойки с показателем степени, равным заданному натуральному числу М. Импульсный фазовый манипулятор для реализации способа содержит генератор опорного колебания, последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, транзисторный ключ манипуляции фазы, соединенный через дешифратор с источником информации, генератор последовательности импульсов смены фазы и схему логического умножения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к технике радиосвязи путем манипуляции фазы несущего колебания радиосигнала и предназначено для использования в схемах импульсных манипуляторов в передатчиках большой и средней мощности.
Известен способ манипуляции фазы периодической последовательности радиоимпульсов, в котором изменение фазы несущего колебания в заданных кратностью манипуляции пределах осуществляют одним скачком. Такой способ реализован, например, в известном импульсном двукратном фазоразностном манипуляторе [1. Заездный A.M. и др. Фазоразностная модуляция и ее применение для передачи дискретной информации. М.: «Связь», 1967, с. 62, рис. 2.6]. В этом манипуляторе «Все комбинации разностей фаз создаются комбинацией скачков фаз на 45, 90 и 180 градусов» [1, с. 62].
Недостатком известного способа манипуляции фазы является появление в блоках передатчика, подключенного к комплексной нагрузке, в моменты манипуляции фазы бросков напряжения, обусловленных переходным процессом в комплексной нагрузке. По причине скачка фазы на заданный угол (φ) сигнал, поступающий с выхода фазоразностного манипулятора на вход усилителя мощности, обуславливает появление во всех блоках передатчика, следующих за фазоразностным манипулятором (усилитель мощности, согласующее устройство, антенна) броска амплитуды (ΔА) тока, равного:
где А - амплитуда тока в усилителе.
Особенно интенсивны броски тока при манипуляции фазы несущей на 180°, обуславливающие появление бросков напряжений опасных для электронных компонентов блоков, что существенно снижает надежность работы передатчика. В частности, если относительное изменение амплитуды тока при φ=180°, (ΔА/А)=2, то при φ=45°, (ΔА/А)=0,76.
Известен цифровой фазоразностный манипулятор по патенту RU 2401514 с изменением фазы между заданными значениями за один период несущего колебания с шагом 1/8 периода (45°). Такой способ изменения фазы не учитывает разнообразия реализаций комплексной нагрузки, подключенной к передатчику, и в случае высокодобротной нагрузки, например в случае антенны-мачты, может оказаться неэффективным.
Способ, реализованный в цифровом фазоразностном манипуляторе по патенту RU 2401514 взят в качестве прототипа заявленного способа манипуляции фазы. В качестве прототипа устройства для реализации заявленного способа манипуляции фазы взята типовая схема фазоразностного манипулятора, приведенная в [1. с. 62, рис. 2.6]. Этот манипулятор содержит три последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, образующие делитель частоты, вход и выход которого является входом и выходом двукратного фазоразностного манипулятора.
Целью изобретения является повышение надежности работы передатчика с манипулятором по фазе в случае работы передатчика на комплексную нагрузку с высокой добротностью, например на антенну-мачту.
Поставленная цель достигается тем, что в манипуляторе с пошаговым изменением фазы несущего колебания между заданными кратностью манипуляции значениями фазы изменение фазы выполняют за время длительностью не менее длительности переходного процесса в комплексной нагрузке передатчика, а шаг изменения фазы задают равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке передатчика к степени двойки с показателем степени, равным заданному натуральному числу М.
Для реализации этого способа предлагается импульсный фазовый манипулятор, содержащий М последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, образующие первый делитель частоты, вход и выход которого является входом и выходом фазового манипулятора, транзисторный ключ манипуляции фазы, соединенный через дешифратор с источником информации, отличающийся тем, что снабжен генератором импульсов смены фазы, одинаковыми с первым, вторым и третьим делителями частоты и схемой логического умножения, причем выход генератора импульсов смены фазы соединен с первым входом логической схемы и входами второго и третьего делителей частоты, выходы которых взаимно инвертированы и соединены со вторым и третьим входами логической схемы, выход которой соединен с управляющим входом первой схемы коммутации и деления на два в первом делителе частоты, а транзисторный ключ манипуляции фазы подключен к управляющему входу одной из схем коммутации и деления на два в третьем делителе частоты. В этом манипуляторе на выходе генератора импульсов смены фазы частота следования импульсов равна частоте полосы пропускания комплексной нагрузки передатчика, умноженной на два в степени М.
На фиг. 1 показана функциональная схема импульсного фазового манипулятора, реализующего предлагаемый способ манипуляции фазы в варианте двукратной (45°, 90°, 180°) манипуляции фазы. На фиг. 2 показаны эпюры напряжений на входах блоков фазового манипулятора при манипуляции фазы на 180°.
Фазовый манипулятор содержит: задающий генератор 1 опорного колебания и генератор 2 импульсов смены фазы; последовательно соединенные схемы (CKn,) коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, образующие одинаковые делители 3, 4, 5 частоты следования импульсов; схему 6 логического умножения; транзисторный ключ 7 включения / выключения генератора 2; транзисторный ключ 8 манипуляции фазы, соединенный через дешифратор 9 с источником информации.
Делитель 3 предназначен для формирования несущей радиосигнала из импульсной последовательности типа меандр, поступающей на вход делителя 3 от задающего генератора 1 опорного колебания. Первая управляемая схема (CK1) коммутации и деления на 2 в делителе 3 реализует дискретную манипуляцию фазы несущей. Генератор 2 последовательности импульсов смены фазы, делители 4, 5, и схема 6 логического умножения предназначены для формирования счетной последовательности импульсов, определяющей число шагов изменения фазы несущей. Транзисторный ключ 7 по приходу импульса начала изменения фазы несущей включает генератор 2 и выключает его после изменения фазы. Транзисторный ключ 8 манипуляции фазы управляется импульсами, поступающими с дешифратора 9, соединенного с источником информации. Кроме того, в прототипе в качестве схем коммутации и деления на два используют управляемые триггеры. Для исключения потери информации при совпадении фронтов импульсов на счетном и управляемом входах триггера, в прототипе обе последовательности импульсов синхронизированы и имеют сдвиг по фазе. В предлагаемом манипуляторе, в отличие от прототипа, в качестве управляемых схем коммутации и деления на два используют фазовый модулятор коммутационного типа, допускающий асинхронную работу при любом сдвиге фронтов счетного и управляющего импульсов.
Предлагаемый способ манипуляции фазы реализуют следующим образом.
Задают частоту (f) несущей и полосу пропускания (Δf) комплексной нагрузки. Полосу пропускания определяют по длительности (tп) переходного процесса в комплексной нагрузке по формуле: Δf=1/1п. С учетом особенностей работы цифровой аппаратуры в двоичном коде, шаг изменения фазы задают равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке к степени двойки с показателем степени, равным натуральному числу М. Взяв за период эквивалентной периодической последовательности импульсов длительность переходного процесса, шаг изменения фазы (Δφ) определяют по формуле: Δφ=360° / (2∧М), в частности для М=3, Δφ=45°. Изменение фазы с таким шагом обеспечивают М последовательно соединенные схемы коммутации и деления на два в каждом из делителей 3, 4, 5, (М=3 - три схемы). Для случая М=3, с учетом деления частоты следования импульсов на два делителями 3, 4, 5, частоту генератора 1 опорного колебания устанавливают равной 8f несущей частоты, а частоту генератора 2 последовательности импульсов смены фазы устанавливают равной 8Δf полосы пропускания комплексной нагрузки. При этом длительность переходного процесса в комплексной нагрузке задают кратной периоду несущего колебания, что обеспечивает кратность частот несущего колебания и полосы пропускания, что, в свою очередь, обеспечивает возможность синхронизации работы всех блоков фазового манипулятора опорным колебанием.
Предлагаемый импульсный фазоразностный манипулятор в варианте манипуляции на 180° работает следующим образом (фиг. 1, фиг. 2).
Задающий генератор 1 опорного колебания генерирует импульсную последовательность типа меандр, поступающую на вход делителя 3, с выхода которого, после деления частоты схемами коммутации и деления на два CK1, CK2, CK3, импульсная последовательность несущей частоты поступает на вход усилителя мощности (на фиг. 1 не показан). По приходу импульса начала изменения фазы транзисторный ключ 7 включает генератор 2 последовательности импульсов смены фазы, которая поступает на первый вход логической (И) схемы 6 и на входы делителей 4, 5, с выходов которых взаимно инвертированные импульсы поступают на второй и третий входы логической схемы 6. При этом за один период импульсов на выходе делителей 4, 5, на первый вход логической схемы 6 приходит 8 импульсов смены фазы, 4 - за половину периода.
В случае отсутствия информационного сигнала, по причине взаимного инвертирования импульсов на выходе делителей 4, 5, импульсы смены фазы через логическую схему 6 не проходят и за время такта передачи информации фаза несущей на выходе делителя 3 не меняется. По заднему фронту импульса на выходе делителя 4 транзисторный ключ 7 возвращает генератор 2 импульсов смены фазы в исходное состояние.
В случае появления информационного сигнала дешифратор 9 выдает команду на срабатывание транзисторного ключа 8, который через третью (М-ую) схему коммутации и деления на 2 коммутирует импульс на выходе делителя 5. В результате на входы логической схемы 6 все импульсы поступают в фазе и на выход логической схемы 6 проходят 4 импульса смены фазы. Эти импульсы последовательно поступают на управляющий вход первой схемы коммутации и деления на 2 делителя 3, которая с шагом 45° меняет фазу несущей на выходе делителя 3 на 180°. По заднему фронту импульса на выходе делителя 4 транзисторный ключ 7 возвращает генератор 2 импульсов смены фазы в исходное состояние.
Использование в передатчике радиосигнала предлагаемого способа фазовой манипуляции и устройства для его реализации позволит, за счет учета переходного процесса в комплексной нагрузке передатчика, значительно уменьшить паразитную амплитудную и фазовую модуляцию выходного сигнала, выбросы напряжения на выходных транзисторах и исключить возможность выхода передатчика из строя. Кроме того, увеличение времени коммутации фазы позволяет уменьшить ширину полосы передачи сигнала, что способствует увеличению числа линий связи в заданной полосе частот.
1. Способ фазовой манипуляции радиосигнала передатчика, подключенного к комплексной нагрузке, с пошаговым изменением фазы колебания несущей частоты между заданными кратностью манипуляции значениями фазы, отличающийся тем, что изменение фазы выполняют за время длительностью не менее длительности переходного процесса в комплексной нагрузке, а шаг изменения фазы берут равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке к степени двойки с показателем степени, равным заданному натуральному числу М.
2. Импульсный фазоразностный манипулятор для реализации способа по п. 1, содержащий генератор опорной последовательности импульсов, М последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления частоты следования импульсов на два, образующие первый делитель частоты, вход и выход которого являются входом и выходом фазоразностного манипулятора, транзисторный ключ манипуляции фазы, соединенный через дешифратор с источником информации, отличающийся тем, что снабжен генератором импульсов смены фазы, одинаковыми с первым, вторым и третьим делителями частоты и схемой логического умножения, причем выход генератора импульсов смены фазы соединен с первым входом логической схемы и входами второго и третьего делителей частоты, выходы которых взаимно инвертированы и соединены со вторым и третьим входами логической схемы, выход которой соединен с управляющим входом первой схемы коммутации и деления на два в первом делителе частоты, а транзисторный ключ манипуляции фазы подключен к управляющему входу М-ой схемы коммутации и деления на два в третьем делителе частоты.
