Формирователь сигналов с частотной модуляцией

Авторы патента:

Полезная модель относится к радиопередающим устройствам и может быть использована для формирования сигналов с частотной модуляцией. Требуемый технический результат, заключающийся в упрощении, достигается в устройстве, содержащем управляемую линию задержки, генератор управляющего и генератора несущей частоты. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Полезная модель относится к радиопередающим устройствам и может быть использована для формирования сигналов с частотной модуляцией.

Известно устройство, содержащее источник опорного напряжения, интегратор со сбросом, блок сравнения, временной дискретизатор, запоминающий блок, счетчик, генератор функций Уолша, перемножитель, генератор прямоугольных импульсов, элемент НЕ и переключатель [RU 2354065, C1, H04L 27/10, 27.04.2009].

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность, вызванная, в частности, наличием генератора функций Уолша.

Известно также устройство, содержащее два перемножителя, два фазовращателя, генератор сглаживающего напряжения, два амплитудно-фазовых модулятора, генератор несущей, сумматор и блок управления частотным сдвигом [RU 2354065, C1, H03C 3/40, H04L 27/34, 27.06.2005].

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность, вызванная, в частности, наличием двух фазовых модуляторов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее последовательно соединенные первый генератор манипулирующего (управляющего) сигнала, кодер и первый перемножитель сигналов, последовательно соединенные первый фазовращатель на 90° и второй перемножитель сигналов, второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с другим входом второго перемножителя сигналов, а также сумматор, частотный манипулятор, второй генератор манипулирующего сигнала, два однополупериодных выпрямителя с активной нагрузкой, два фазоинвертора, две линии задержки, коммутатор, при этом, один выход частотного манипулятора соединен с вторым входом первого перемножителя сигналов, другой выход частотного манипулятора соединен с входом второго фазовращателя, выход второго генератора манипулирующего сигнала соединен с входом частотного манипулятора непосредственно, с одним управляющим входом коммутатора через последовательно включенные первый однополупериодный выпрямитель с активной нагрузкой и первый фазоинвертор и с другим управляющим входом коммутатора через второй однополупериодный выпрямитель, выход второго перемножителя сигналов соединен с одним сигнальным входом коммутатора через последовательно включенные вторую линию задержки и второй фазоинвертор, другой сигнальный вход коммутатора соединен с входом второго фазоинвертора, выход коммутатора соединен с одним входом сумматора, к другому входу которого подключен выход первого перемножителя сигналов через первую линию задержки [RU 2101848, C1, H03C 3/00, 10.01.1998].

Недостатком известного устройства является относительно высокая сложность, обусловленная, в частности, наличием двух фазовращателей и двух фазоинверторов, а также общим большим числом элементов, требующих высокую степень синхронизации.

Требуемый технический результат заключается в упрощении устройства.

Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее линию задержки и генератор управляющего сигнала, введен генератор несущей частоты, а линия задержки выполнена в виде управляемой линии задержки, причем, выход генератора несущей частоты соединен со входом управляемой линии задержки, с управляющим входом которой соединен выход генератора управляющего сигнала, вход которого является входом модулирующего сигнала.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, генератор управляющего сигнала выполнен в виде генератора периодических сигналов.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве периодических сигналов используют пилообразные сигналы.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве периодических сигналов используют синусоидальные сигналы.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, период пилообразных сигналов выбирают из условия , где a - амплитуда сигнала, ₀ - несущая частота, n - целое число.

На чертеже представлены:

на фиг.1 - функциональная схема формирователя сигналов с частотной модуляцией;

на фиг.2 - осциллограммы сигналов на входе (фиг.2,а) управляемой линии 1 задержки, выходе (фиг.2,б) управляемой линии 1 задержки и спектр сигнала на выходе (фиг.2,г) управляемой линии 1 задержки при индексе модуляции 0,5 при пилообразном управляющем сигнале (фиг.2,в);

на фиг.3 - осциллограммы сигналов на входе (фиг.3,а) управляемой линии 1 задержки, выходе (фиг.3,б) управляемой линии 1 задержки и спектр сигнала на выходе (фиг.3,г) управляемой линии 1 задержки при индексе модуляции 0,5 при синусоидальном управляющем сигнале (фиг.3,в).

Формирователь сигналов с частотной модуляцией (фиг.1) содержит управляемую линию 1 задержки и генератор 2 управляющего сигнала.

Кроме того, формирователь сигналов с частотной модуляцией содержит генератор 3 несущей частоты, причем, выход генератора 3 несущей частоты соединен со входом управляемой линии 1 задержки, с управляющим входом которой соединен выход генератора 2 управляющего сигнала, вход которого является входом модулирующего сигнала.

Предпочтительным является выполнение генератора 2 управляющего сигнала в виде генератора периодических сигналов, в частности, пилообразного или синусоидального сигналов, а период пилообразного сигнала выбирать из условия , где a - амплитуда сигнала, ₀ - несущая частота, n - целое число.

Работает формирователь сигналов с частотной модуляцией следующим образом.

Генератор 3 несущей частоты формирует гармонический сигнал с частотой ₀:

При изменении управляющего сигнала, а, следовательно, и задержки в управляемой линии 1 задержки по линейному закону =at, где a - константа, характеризующая скорость изменения задержки, на выходе управляемой линии 1 задержки получаем сигнал:

Из выражения (2) видно, что при линейно нарастающем управляющем сигнале (a>0) происходит понижение, а при убывающем (a<0) - повышение частоты входного сигнала на величину a₀.

При попеременной подаче управляющего сигнала положительного и отрицательного наклона возникает изменение частоты выходного сигнала, соответственно, «вниз» и «вверх» относительно несущей, т.е. частотная модуляция

Формирование монотонно меняющегося управляющего напряжения на практике ограничено как временными, так и энергетическими рамками, поэтому в качестве такового может быть использован пилообразный сигнал того или иного наклона с периодом T. В этом случае =a[t-T·int(t/T)], где int() - целочисленная функция, и

s₂ (t)=cos[₀(1-a)t+a₀T·int(t/T)].

Анализ последнего выражения дает условие, при котором отсутствуют разрывы выходного сигнала в момент переключения пилообразной функции:

Вышеописанный принцип построения формирователя сигналов с частотной модуляцией можно использовать при построении модуляторов с различными видами частотного (и фазового) импульса, причем и с непрерывным законом изменения фазы.

Моделирование работы формирователя сигналов с частотной модуляцией на основе управляемой линии задержки проводилось в среде MathLab 7.0. При исследованиях модуляция осуществлялась двумя видами управляющего сигнала - пилообразного (фиг.2,в) и синусоидального (фиг.3,в) вида, что соответствует линейному фазовому импульсу и фазовому импульсу вида «приподнятый косинус».

На фиг.2 приведены осциллограммы сигналов на входе (фиг.2,а) управляемой линии 1 задержки, выходе (фиг.2,б) управляемой линии 1 задержки и спектр сигнала на выходе (фиг.2,г) управляемой линии 1 задержки при индексе модуляции 0,5 при пилообразном управляющем сигнале (фиг.2,в);

На фиг.3 приведены осциллограммы сигналов на входе (фиг.3,а) управляемой линии 1 задержки, выходе (фиг.3,б) управляемой линии 1 задержки и спектр сигнала на выходе (фиг.3,г) управляемой линии 1 задержки при индексе модуляции 0,5 при синусоидальном управляющем сигнале (фиг.3,в).

В обоих случаях можно наблюдать неразрывность фазы сформированного сигнала и, как следствие, достаточно компактные его спектры. Кроме того, полученные спектры в объеме первых трех лепестков близки к известным теоретически полученным спектрам, что подтверждает эффективность предложенного метода формирования. Заметим, что при «гладком» синусоидальном управляющем сигнале уровень бокового лепестка спектра вблизи главного лепестка заметно ниже, чем при пилообразном сигнале.

Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемая техническая задача, заключающаяся в упрощении устройства, поскольку исключаются такие сложные элементы, как фазовращатели и фазоинверторы, а также уменьшается общее число элементов, требующих высокую степень синхронизации.

1. Формирователь сигналов с частотной модуляцией, содержащий линию задержки и генератор управляющего сигнала, отличающийся тем, что введен генератор несущей частоты, а линия задержки выполнена в виде управляемой линии задержки, причем выход генератора несущей частоты соединен со входом управляемой линии задержки, с управляющим входом которой соединен выход генератора управляющего сигнала, вход которого является входом модулирующего сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор управляющего сигнала выполнен в виде генератора периодических сигналов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор управляющего сигнала выполнен в виде генератора пилообразного сигнала, период которого выбран из условия , где а - амплитуда сигнала; ₀ - несущая частота; n - целое число.