Формирователь однополосного клиппированного сигнала с фазовой манипуляцией на 180°

Предложен формирователь однополосного сигнала (ФОС) с ФМн на 180° по фильро-фазовому способу с уменьшенной в 2 раза полосой частот. Это достигнуто за счет дополнительного введения в него делителя полосы частот в 2 раза, включенного между фильтровым и фазовым ФОС.Можно включить не один, а последовательно n таких делителей, так как они работают на одной вспомогательной несущей частоте, что позволяет разделить полосу частот не в 2, а в 2ⁿ раз, и создать в заданной полосе частот не один, а n каналов.

Полезная модель (ПМ) относится к передаче радиосигналов. Известны формирователи однополосного сигнала, описанные в источниках:

1) Волков А.А. Радиопередающие устройства - М.Маршрут, 2002

2) А.с 1494202 СССР. Формирователь однополосного сигнала с угловой модуляцией / А.А. Волков. Приоритет от 20.10.1987.

По технической сущности наиболее близким к ПМ является формирователь, описанный в первом источнике на С.143-145, который по этой причине и принимается за его прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.

Прототип выполнен по фильтрофазовому способу формирования однополосного сигнала (ФОС) с амплитудной модуляцией (AM) и состоит из последовательно соединенных ФОС фильтровым и ФОС фазовым способами. В состав первого ФОС входят последовательно включенные микрофон, усилитель, перемножитель сигналов, полосовой фильтр, а так же генератор колебания вспомогательной несущей частоты, подключенный к второму выходу перемножителя сигналов.

Второй ФОС состоит из двух когерентных детекторов (КД), двух перемножителей сигналов, генератора колебания несущей частоты, двух фазовращателей (ФВ) на 90°, сумматора и фазоинвертора, причем, информационные входы обоих КД, подключены к выходу полосового фильтра, а их опорные входы соединены между собой через ФВ на 90°, к входу которого, подключен выход генератора вспомогательной несущей частоты; выход первого КД подключен к н.ч. входу первого перемножителя сигналов, а выход второго КД - к н.ч. входу второго перемножителя сигналов: генератор колебания несущей частоты подключен к в.ч. входу первого его перемножителя сигналов непосредственно и к в.ч. входу второго перемножителя - через второй ФВ на 90°; выход этих перемножителей подключаем к входам сумматора, на выходе которых имеет место одна боковая полоса (ОБП AM).

Но одна боковая полоса хотя и меньше двух, но не достаточно узкая, учитывая острый дефицит частотного радио ресурса, да и помехоустойчивость ОБП AM не самая высокая.

Основным недостатком прототипа является относительно широкая полоса частот ОБП AM и относительно не высокая ее помехоустойчивость.

Техническим результатом ПМ является сокращение полосы частот радиосигнала в 2 раза и повышение его помехоустойчивости.

Сущность ПМ состоит в том, что в формирователь однополосного клиппированного сигнала с ФМн на 180°, состоящий из фильтро-фазового формирователя однополосного сигнала (ФОС), в котором фильтровой ФОС включает в себя последовательно соединенные микрофон, усилитель, перемножитель сигналов, полосовой фильтр и генератор колебания вспомогательной несущей частоты, подключенный ко второму входу перемножителя, а фазовый ФОС состоит из двух когерентных детекторов (КД), двух фазовращателей (ФВ) на 90°, двух перемножителей сигналов, генератора несущей частоты, аналогового сумматора, аналогового фазоинвертора, причем, два КД, информационные входы которых соединены между собой непосредственно, а их опорные входы соединены между собой через фазовращатель на 90°, на вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты, образуют н.ч. полосовой фазовращатель; выход одного КД соединен с н.ч. входом одного перемножителя, а выход другого КД соединен с н.ч. другого перемножителя; генератор колебания несущей частоты подключен к в.ч. входу одного перемножителя непосредственно, а к в.ч. входу другого перемножителя - через второй ФВ на 90°; выходы перемножителей подключены к входам аналогового сумматора или непосредственно, или один из них - через фазоинвертор, дополнительно введен делитель полосы частот в 2 раза однополосного сигнала, состоящий из двух амплитудных ограничителей, аналогового сумматора, источника постоянного напряжения, двух перемножителей сигналов, фильтра верхней боковой полосы частот, двух блоков задержки по времени, делителя в 2 раза частоты колебания вспомогательной несущей частоты, фазовращателя на 90°, дифференциатора по времени, триггера, причем, к выходу полосового фильтра подключены последовательно первый амплитудный ограничитель сигнала, сумматор, первый и второй перемножитли сигналов, фильр верхней боковой полосы частот, выход которого соединен с входами когерентных детекторов; к выходу полосового фильтра подключены так же последовательно фазовращатель на 90°, второй усилитель-ограничитель амплитуды сигнала, дифференциатор по времени, триггер, выход которого подключен к второму входу первого перемножителя сигналов; к второму входу второго перемножителя подключен выход генератора колебания вспомогательной несущей частоты, через делител частоты в 2 раз и второй блок временной задержки.

Существенным отличием ПМ является введенный делитель полосы частот в 2 раза, так как только он позволяет увеличить частотную эффективность радиоканала и помехоустойчивость приема сигналов.

Полезная модель иллюстрируется чертежами на фиг.1, где представлена схема формирователя, и на фиг.2 с временными диаграммами, поясняющими его работу.

На фиг.1 обозначено:

1 - микрофон; 2 - микрофонный усилитель; 3, 12, 15, 22, 25 - перемножители сигналов; 4 - генератор колебания вспомогательной несущей частоты; 5 -полосовой фильтр; 6, 20, 24 - фазовращатели на 90°; 7, 9 - амплитудные ограничители сигналов, 8 - источник постоянного напряжения; 10, 26 - сумматор аналоговый; 11 - дифференциатор по времени; 13 - делитель частоты в 2 раза; 14 - триггер; 16,17 - блоки временной задержки сигнала; 18 - фильтр верхней боковой полосы частот сигнала; 19, 21 - когерентные детекторы; 23 - генератор колебания несущей частоты; 27 - фазоинвертор аналоговый.

Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы происходит следующим образом.

Сигнал b(t)=U(t)cos(t) с микрофона 1 поступает через усилитель 2 на н..ч. вход перемножителя 3, на в.ч. вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты u₄(t)=U₄ cost с генератора 4. С выхода перемножителя 3 двухполосный AM сигнал поступает на вход фильтра одной боковой полосы (ОБП AM) 5, на выходе которого имеет место сигнал u₅(t)=0,5U ₅U(t)cos[t+(t)] этот сигнал усиливается и глубоко ограничивается по амплитуде (клиппируется) в блоке 7, после чего, имея постоянную амплитуду U₇, поступает на один вход аналогового сумматора 10. На второй вход сумматора 10 подается постоянное напряжение с источника 8. Так как E=U₇, то на выходе блока 10 суммарное напряжение u₁₀(t)=U₇[1+cos(t+(t))] практически периодическое, так как , всегда положительное и только в точках минимума касается оси абсцисс (нуля), как это показано на фиг 2а. Это напряжение u₁₀(t) поступает на один вход перемножителя сигналов 12, другой вход которого подается однополосное колебание с блока 5 через последовательно включенные блоки 6, 9, 11, 14. В блоке 6 однополосный сигнал сдвигается по фазе на 90° (фиг.2б), усиливается и ограничивается по амплитуде в блоке 9, дифференцируется по времени в блоке 11, создавая короткие импульсы положительного и отрицательного знака в точках пересечения сигналом на оси абсцисс (фиг 2б). Далее отрицательными импульсами u₁₁(t) запускается триггер 14, и его импульсы, показанные на фиг.2в пунктиром, поступают на второй вход перемножителя сигналов 12. В блоке 12 эти импульсы перемножаются с суммарным положительным сигналом u₁₀ (t), который на своем периоде, совпадающим с длительностью отрицательного импульса триггера 14, становится отрицательным. При этом устраняется постоянная составляющая E, а период однополосного сигнала увеличивается в 2 раза (фиг.2г) и, следовательно, уменьшается в 2 раза его полоса частот: u₁₂=(t)=u₁₀(t)u₁₄ (t)=U₁₀cos{0,5[t+(t)]}.

Сигнал u₁₂(t) поступает на один вход перемножителя 15, на другой вход которого подается колебание с генератора 4 через делитель частоты в 2 раза 13 и блок задержки по времени 16. На выходе блока 15 имеет место колебание:

u₁₅(t)=u₁₂(t)u₁₆ (t)=U₆cos{0,5[t+(t)]}U₁₆cos(0,5t)=0,5U₇U₁₅cos(t+0,5(t))+н.ч.

Нагрузкой блока 15 является фильтр верхней боковой полосы частот 18, который пропускает на свой выход только первое слагаемое и не пропускает второе - низкочастотную (н.ч.) составляющую. С выхода блока 18 однополосный сигнал с восстановленной несущей поступает на одни входы когерентных детекторов 19 и 21. С генератора 4 поступает колебание u₄(t) на другой вход блока 19 через блок временной задержки 17, и на другой вход блока 21 - через блок задержки 17 и фазовращатели 20 на 90°.

На выходе этих когерентных детекторов, состоящих из перемножителя и ФНЧ на их выходах, имеют место колебания:

u₁₇(t)=u₁₈(t)u₁₇ (t)=0,5U₇U₁₅cos[t+0,5(t)]U₁₇cost=0,25U₇U₁₅U₁₇cos[0,5(t)]+в.ч.

u₁₉(t)=u₁₈ (t)u₁₉(t)=0,5U₇U₁₅cos[t+0,5(t)]U₂₀cos(t-90°)=0,25U₇U₁₅U₂₀ cos[0,5(t)+90°]+в.ч.

ФНЧ детекторов пропускает на свой выход только первые слагаемые. Полученные н.ч. сигналы u₁₉(t) и u₂₁(t) являются знакопеременными импульсами, прямоугольной формы. Сигнал u₂₂(t) поступает на н. ч. вход перемножителя сигналов 22, а сигнал u22(t) - на н.ч. вход перемножителя сигналов 25. С генератора несущей частоты 23 гармоническое колебание поступает на в.ч. вход блока 22 непосредственно и на в.ч. вход перемножителя 25 через фазовращатель на 90° 24. При перемножении знакопеременных н.ч. импульсов прямоугольной формы с гармоническим колебанием несущей частоты имеет место двухполосная абсолютная ФМн на 180°. Для упрощения ее описания используем только первую гармонику прямоугольник н.ч. импульсов. Для остальных гармоник описание - аналогично.

На выходе перемножителей 22 и 25 образуется колебания:

u₂₂(t)=u₁₉(t)u₂₃(t)=U₁₉ cos[0,5(t)]U₂₃cos₀t=0,5U₁₃U₂₃{cos[₀t-0,5(t)]+cos[₀t+0,5(t)]};

u₂₅(t)=u₂₁(t)u ₂₄(t)=U₂₁cos[0,5(t)+90°]U₂₄cos(₀t+90°)=0,5U₂₁U₂₄ {cos[₀t-0,5(t)]-cos[₀t+0,5(t)]} При U₁₉·U₂₃=U₂₁ ·U₂₄

в сумматоре 26 при сложении, минуя блок 27, образуется сигнал:

u₂₆ (t)=u₂₂(t)+u₂₅(t)=U₂₆cos[t+0,5(t)] - нижняя боковая полоса (НБП),

а при вычитании - u₂₆(t)=u₂₂(t)-u₂₇ (t)=U₂₅cos[0,5(₀+(t)]-ВБП

С учетом остальных гармоник на выходе сумматора 26 имеем однополосное колебание постоянной амплитуды и с ФМн на 180°. Можно включить последовательно n таких делителей полосы частот в 2 раза, обведенных пунктирной линией на фиг.1, тогда полоса частот PC и однополосного разделится в 2ⁿ раз. Это легко реализуется, так как все делители идентичны и работают на одной вспомогательной несущей частоте., заданной первым генератором.

Технико-экономический эффектом ПМ является возможность организации n-каналов в заданной полосе частот, что повышает соответственно эффективность частотного радиоресурса, и помехоустойчивость связи.

Формирователь однополосного клиппированного сигнала с ФМн на 180°, состоящий из фильтро-фазового формирователя однополосного сигнала (ФОС), в котором фильтровой ФОС включает в себя последовательно соединенные микрофон, усилитель, перемножитель сигналов, полосовой фильтр и генератор колебания вспомогательной несущей частоты, подключенный ко второму входу перемножителя, а фазовый ФОС состоит из двух когерентных детекторов (КД), двух фазовращателей (ФВ) на 90°, двух перемножителей сигналов, генератора несущей частоты, аналогового сумматора, аналогового фазоинвертора, причем два КД, информационные входы которых соединены между собой непосредственно, а их опорные входы соединены между собой через фазовращатель на 90°, на вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты, образуют н.ч. полосовой фазовращатель; выход одного КД соединен с н.ч. входом одного перемножителя, а выход другого КД соединен с н.ч. другого перемножителя; генератор колебания несущей частоты подключен к в.ч. входу одного перемножителя непосредственно, а к в.ч. входу другого перемножителя - через второй ФВ на 90°; выходы перемножителей подключены к входам аналогового сумматора или непосредственно, или один из них - через фазоинвертор, отличающийся тем, что в него дополнительно введен делитель полосы частот в 2 раза однополосного сигнала, состоящий из двух амплитудных ограничителей, аналогового сумматора, источника постоянного напряжения, двух перемножителей сигналов, фильтра верхней боковой полосы частот, двух блоков задержки по времени, делителя в 2 раза частоты колебания вспомогательной несущей частоты, фазовращателя на 90°, дифференциатора по времени, триггера, причем к выходу полосового фильтра подключены последовательно первый амплитудный ограничитель сигнала, сумматор, первый и второй перемножитли сигналов, фильтр верхней боковой полосы частот, выход которого соединен с входами когерентных детекторов; к выходу полосового фильтра подключены также последовательно фазовращатель на 90°, второй усилитель-ограничитель амплитуды сигнала, дифференциатор по времени, триггер, выход которого подключен к второму входу первого перемножителя сигналов; к второму входу второго перемножителя подключен выход генератора колебания вспомогательной несущей частоты, через делитель частоты в 2 раза и второй блок временной задержки.