ЧАСТОТНЫЙ МАНИПУЛЯТОР С МИНИМАЛЬНЫМ ЧАСТОТНЫМ СДВИГОМ
FREQUENCY MANIPULATOR WITH MINIMUM FREQUENCY SHIFT

Изобретение относится к области передачи цифровых сигналов железнодорожной радиосвязи, а именно, к частотным манипуляторам с минимальным частотным сдвигом.
Уровень техники
Известны частотные манипуляторы с минимальным частотным сдвигом, описанные в источниках, например в:
1. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. - М.: Радио и связь, 2002. - С. 110-113.
2. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте / Под ред. Горелова Г.В. - М.: ГОИ, 2013. - С. 141-147.
3. Банкет В.Л., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. - М.: Радио и связь, 1988.
По технической сущности наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках описаны аналоги изобретения.
н
чм
m
0
Прототип формирует частотно-манипулированное колебание (ЧМ) с минимальным частотным сдвигом (МЧС) вида u(t)=Uсos[ωt+γ(t)πt/2T], (1)
чм
m
0
0
г
г
0
г
г
г
0
∧
где γ(t)=±1, а Т - длительность элементарной посылки цифрового сигнала (ЦС)}, но формирует исходя из развернутого этого выражения: u(t)=U{cosωt cos[γ(t)πt/2T] - sinωt sin[γ(t)πt/2T]}.Это значит, что прототип состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), на выходе которого однополярный ЦС параллельного кода, разделителя этого кода на четные и нечетные составляющие, двух расширителей в 2 раза длительностей элементарных посылок Т этих составляющих ЦС, преобразователя однополярного (+1,0) ЦС в двухполярный (+1,-1), формирователя cos[γ(t)7πt/2T] и sin[γ(t)7πt/2T], генератора колебания несущей частоты u(t)=Ucosωt, фазовращателя на 90° этого колебания, перемножителя сигналов cos[γ(t)πt/2T] и u(t), пере -множителя сигналов sin[γ(t)πt/2T)] и u(t)=Usinωt, сумматора этих перемноженных сигналов, на выходе которого имеет место колебание (1).
Основным недостатком прототипа является сложность его схемы, что снижает его надежность и повышает его стоимость.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков за счет введения новых элементов, число которых значительно меньше исключенных элементов прототипа и которые значительно проще их. Изобретение упрощает схему манипулятора, повышает ее надежность и снижает ее стоимость.
Сущность изобретения состоит в том, что в частотный манипулятор с минимальным частотным сдвигом, состоящий из АЦП с двухполярным цифровым сигналом (ЦС) и автогенератора гармонических колебаний несущей частоты, дополнительно введены два однополупериодных выпрямителя, фазоинвертор ФИ, индуктивность L, конденсатор С, коммутатор К с нормально разомкнутыми контактами, причем через первый его контакт подключена индуктивность L параллельно контуру автогенератора для увеличения частоты автоколебаний, а через второй контакт этого коммутатора подключена емкость С параллельно этому же колебательному контуру для уменьшения частоты автоколебаний; выход АЦП подключен к управляющему входу первого контакта через первый однополупериодный выпрямитель, включенный в прямом направлении для выделения положительного импульса ЦС, который замыкает первый контакт, и этот же выход АЦП подключен параллельно к управляющему входу второго контакта коммутатора через последовательно включенные второй однополупериодный выпрямитель обратного направления, выделяющий отрицательный импульс ЦС, и фазоинвертор, преобразующий этот импульс в положительный для замыкания второго контакта коммутатора, при котором подключается емкость С параллельно колебательному контуру автогенератора и размыкается первый его контакт.
0
Существенным отличием изобретения является формирование частотно-манипулированного колебания (ЧМн) не через составляющие непрерывной фазовой модуляции (ФМ), как в прототипе, а непосредственно с помощью введенных элементов, подключающих непосредственно параллельно колебательному контуру автогенератора колебания несущей частоты со или индуктивность L для увеличения частоты на π/2Т, или емкость С для уменьшения частоты на эту же величину, что существенно упрощает и удешевляет манипулятор ЧМн и увеличивает его надежность.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 изображены временные диаграммы, поясняющие структуру сигнала с частотной манипуляцией (ЧМн) и минимальным частотным сдвигом (МЧС), на котором изображены сверху вниз знакопеременный манипулирующий ЦС b(t), соответствующее ему частотно-манипулированное колебание u(t) и фазовый сдвиг Acp(t).
На Фиг. 2 представлена предлагаемая схема манипулятора с МЧС.
Осуществление изобретения
Схема состоит из АЦП с знакопеременным ЦС, транзисторного автогенератора колебания несущей частоты, введенных индуктивности L, емкости С, коммутатора К с нормально разомкнутыми контактами, двух однополупериодных диодных выпрямителей, фазоинвертора. Введенные элементы обведены пунктирной линией.
Работа схемы описывается формулой (1) и происходит следующим образом.
m
0
к
к
0
к
к
к∑
к
к
L
0
L
0
L
L
L
=
0,5
Пока с блока АЦП не поступает ЦС (γ(0=0) контакты коммутатора К остаются разомкнутыми и автогенератор формирует колебание u(t)=Ucosωt на резонансной частоте своего колебательного контура, состоящего из параллельно включенных катушки индуктивности L и конденсатора емкости С, т.е. автогенератор работает на круговой частоте ωl/(LC) (2). Первая элементарная посылка длительности Т с АЦП (фиг. 1), являющаяся положительной, проходит через первый однополупериодный выпрямитель, включенный в прямом направлении, и поступает на управляющий вход контакта 1,2 коммутатора К непосредственно, отчего этот контакт замыкается и к колебательному контуру автогенератора параллельно подключается индуктивность L. От этого суммарная индуктивность контура уменьшается и становится равной L=LL/(L+L), а частота колебаний автогенератора увеличивается согласно формуле (2) на величину +Δ ω, которая сохраняется на длительность Т данной элементарной посылки. По определению фаза ϕ(t)=∫(ω+Δω)dt=ωt+Δωt тоже увеличивается на величину Δϕ(t)=+ Δtωt, которая является фазовым сдвигом и представляет собой прямую линию относительно времени t. Чтобы этот фазовый сдвиг был равен π/2 в конце посылки длительности Т, как в прототипе, надо положить +Δω=π/2Т. В этом случае можно определить численное значение индуктивности L следующим образом.
L
к∑
к
K
K
к
K
0,5
0,5
0,5
Приращение частоты Δω=1/(LC) - 1/(LC)=π/2Т. Обозначив известную часть этого выражения через А=1/(LС)+π/2Т, получим
K
K
K
2
L=L/(ALC-1).
Согласно фиг.1 вслед за положительной элементарной посылкой длительности Т поступает такая же посылка, но отрицательная, которая проходит последовательно второй однополупериодный диодный выпрямитель, включенный в обратном направлении, и фазоинвертор ФИ, преобразующий отрицательную элементарную посылку в положительную
к
K∑
K
с
C
K
k
K
K∑
K
K
C
L
0,5
0,5
2
Последняя поступает на управляющий вход контакта 3,4 коммутатора К, отчего этот контакт замыкается и конденсатор С подключается параллельно колебательному контуру автогенератора, а индуктивность L при этом отключается от него. От этого емкость контура автогенератора Сувеличивается на величину С и становится равной С=С+С, а частота автоколебаний уменьшается согласно формуле (2) на величину Δω.По аналогии с L значение Δω=1/(LС) - 1/(LC)=π/2Т. Обозначив известную часть этого выражения через В, находим значение С=1/ВL - С. По аналогии с L фазовый сдвиг Δϕ=- π/2Т продолжает оставаться непрерывным, но под углом к Δϕ (фиг. 1).
д
д
Непрерывность фазового сдвига обеспечивает минимальную полосу частот ЧМ колебания, что характеризуется индексом ЧМ m=Δω/Ω, где девиация частоты Δω=π/2Т, a Ω=2π/2T, в результате чего m=0,5, что меньше m=0,8 для аналоговой узкополосной ЧМ поездной радиосвязи.
Так как контакт коммутатора не замыкается при отрицательном импульсе на его управляющем входе, то можно исключить из схемы однополупериодный выпрямитель, включенный в прямом направлении, а выход АЦП соединить непосредственно с управляющим входом контакта L, что еще больше упростит схему манипулятора.
Технико-экономическим эффектом изобретения является упрощение схемы частотного манипулятора, что повышает его надежность и снижает ее стоимость.