ВОЗБУДИТЕЛЬ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к области радиотехники и может использоваться в радиопередающей аппаратуре радиосвязи с режимами частотной модуляции и телеграфии и, в частности, в УКВ радиолиниях с быстрой перестройкой рабочих частот.
Известны возбудители для радиопередатчиков, содержащие модулятор, синтезатор частот, усилительно-преобразовательный блок [1, 2, 3], также "Передатчик сигналов" RU 2106061, содержащий генератор модулирующего сигнала, частотный модулятор, генератор модулируемого сигнала, блок умножителей частоты, предоконечный усилительный каскад, реактивный управитель и оконечный мощный усилительный каскад с выходным контуром.
Такие возбудители имеют высокий уровень шумов и дискретных побочных составляющих на выходе, а также низкую стабильность параметров модулированных колебаний в диапазоне модулирующих и рабочих частот. Поэтому подобные возбудители не позволяют реализовать повышенные требования к качеству формируемых радиосигналов и к подавлению паразитных побочных колебаний на выходе.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является возбудитель радиопередатчика, представленный на рис.8.25 на стр.418 [4] и принятый за устройство-прототип. В этом устройстве используются следующие функциональные блоки: фильтр нижних частот по информационному входу; перестраиваемый генератор и следующий за ним усилитель; объединенные в один блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и синтезатор (синтезатор частот, построенный на основе системы ФАПЧ); объединенные в один блок опорный генератор и следующий за ним усилитель; блок управления установкой рабочей частоты; блок фильтров дополнительной селекции.
Укрупненная функциональная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, а функциональная схема синтезатора частот с входом сигнала модуляции, используемого в прототипе, приведена на фиг.2.
На фиг.1 и фиг.2 введены следующие обозначения:
ИАИС - источник аналогового информационного сигнала;
1 - генератор опорного сигнала (ОГ);
3 - блок управления (БУ);
4 - фильтр дополнительной селекции (ФДС);
5 - фильтр тонового сигнала (ФТС);
10 - шина управления (ШУ);
14 - синтезатор частот с входом сигнала модуляции (СЧ);
14.1 - делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД);
14.2 - частотно-фазовый детектор (ЧФД);
14.3 - делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД);
14.4 - фильтр нижних частот (ФНЧ);
14.5 - генератор, управляемый напряжением (ГУН).
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные фильтр тонового сигнала (ФТС) 5, вход которого подключен к источнику цифрового информационного сигнала (ИЦИС), синтезатор с входом сигнала модуляции (СЧ) 14 и фильтр дополнительной селекции (ФДС) 4, выход которого является выходом устройства. Выход блока управления (БУ) 3 посредством шины управления 10 соединен с третьим входом СЧ 14, первый вход которого соединен с выходом генератора опорного сигнала (ОГ) 1. При этом СЧ 14 представляет собой типовой синтезатор частот, построенный на основе системы ФАПЧ [5], и содержит последовательно соединенные делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) 14.1, вход которого является первым входом СЧ 14, частотно-фазовый детектор (ЧФД) 14.2, фильтр нижних частот (ФНЧ) 14.4, генератор, управляемый напряжением (ГУН) 14.5 и делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 14.3, выход которого соединен со вторым входом ЧФД 14.2. Причем вторые, управляющие входы ДФКД 14.1 и ДПКД 14.3 соединены с третьим, управляющим входом блока СЧ 14, второй вход которого является входом ГУН 14.5, выход которого является выходом СЧ 14.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Сигнал модуляции от источника аналогового информационного сигнала ИАИС подается на вход блока ФТС 5, в котором выделяется требуемая полоса частот, и затем поступает на второй вход блока СЧ 14. Выходное напряжение блока ОГ 1 поступает на первый вход блока СЧ 14. Модулированный высокочастотный сигнал с блока СЧ 14 подается на вход блока ФДС 4, в котором ослабляются побочные спектральные составляющие. Таким образом, с выхода ФДС 4, который является выходом устройства, на нагрузку снимается высокочастотное модулированное колебание с ослабленными побочными спектральными составляющими.
Блок СЧ 14 выполнен так, что установка требуемой несущей частоты происходит следующим образом. Выходное напряжение блока ОГ 1 через блок ДФКД 14.1 подается на первый вход блока ЧФД 14.2, на второй вход которого через блок ДПКД 14.3 подается выходное напряжение блока ГУН 14.5. Будем понимать под блоком ДПКД 14.3 не только цифровой блок деления частоты, а любой блок, обеспечивающий преобразование частоты выходного сигнала блока ГУН 14.5 к частоте сравнения. Сигнал ошибки с выхода блока ЧФД 14.2 через блок ФНЧ 14.4 подается на управляющий вход блока ГУН 14.5, частота которого изменяется до тех пор, пока она, поделенная в заданное число раз в блоке ДПКД 14.3, не будет равна частоте выходного сигнала блока ОГ 1, поделенной в заданное число раз в блоке ДФКД 14.1. В этом случае, выходное напряжение блока ЧФД 14.2 перестанет изменяться, а частота выходного сигнала блока ГУН 14.5 будет оставаться равной частоте выходного сигнала блока ОГ 1, умноженной на коэффициент деления в блоке ДПКД 14.1. Так работает система ФАПЧ. Причем по шине управления ШУ 10 от БУ 3 на управляющие входы блоков ДПКД 14.3 и ДФКД 14.1 подаются сигналы, устанавливающие необходимые коэффициенты деления частоты, то есть выходную частоту устройства. Следовательно, на выходе блока ГУН 14.5 будет поддерживаться колебание с заданной рабочей частотой как без модуляции, так и в режиме модуляции.
Недостатком устройства-прототипа является низкая стабильность параметров выходных модулированных колебаний (уровень девиации в диапазоне модулирующих и рабочих частот) по причине применения для осуществления частотной модуляции и автоподстройки частоты двух управляющих входов генератора, управляемого напряжением.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в реализации повышенных требований к качеству формируемых радиосигналов, то есть подавлению паразитных побочных колебаний на выходе, а также реализации стабильности девиации частоты во всем диапазоне модулирующих и рабочих частот.
Достигаемый технический результат - улучшение электромагнитной совместимости и качества передачи информации радиопередающего устройства.
Для решения поставленной задачи в возбудитель радиопередающего устройства, содержащий генератор опорного сигнала (ОГ), блок управления, соединенный с внешним управляющим устройством (ВУУ), фильтр тонового сигнала (ФТС), вход которого подключен к источнику аналогового информационного сигнала (ИАИС), и фильтр дополнительной селекции (ФДС), выход которого является выходом возбудителя радиопередающего устройства, согласно полезной модели, введены блок коммутации, блок формирования кода (БФК), кодопреобразователь и последовательно соединенные синтезатор частот с модуляцией (СЧМ), усилитель мощности (УМ) и вентиль, выход которого соединен с первым входом ФДС; причем выход ОГ соединен с первым входом СЧМ, второй вход которого соединен посредством третьей шины управления с выходом БФК, первый вход которого соединен с выходом ФТС, второй вход БФК соединен с выходом кодопреобразователя, вход которого подключен к источнику цифрового информационного сигнала (ИЦИС), а третий вход БФК посредством шины управления соединен с выходом блока управления, а также со входами ОГ и блока коммутации, выход которого соединен посредством второй шины управления со вторыми входами УМ и ФДС.
Дополнительно, СЧМ выполнен с возможностью формирования частотно-модулированного сигнала косвенным методом и содержит последовательно соединенные делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), частотно-фазовый детектор (ЧФД), фильтр нижних частот (ФНЧ), генератор, управляемый напряжением (ГУН) и делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД), выход которого соединен со вторым входом ЧФД; причем вторые входы ДФКД и ДПКД объединены во второй вход СЧМ, первый вход ДФКД является первым входом СЧМ, выход ГУН является выходом СЧМ.
Дополнительно, УМ выполнен с возможностью дополнительной фильтрации частотно-модулированного сигнала посредством применения следящей системы фазовой автоподстройки частоты и содержит последовательно соединенные второй делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД2), первый вход которого является входом УМ, второй частотно-фазовый детектор (ЧФД2), второй фильтр нижних частот (ФНЧ2), мощный генератор, управляемый напряжением (МГУН) и второй делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД2), выход которого соединен со вторым входом ЧФД2, причем вторые входы ДФКД2 и ДПКД2 объединены во второй вход УМ, выход МГУН является выходом УМ.
Дополнительно, блок управления выполнен с возможностью формирования сигналов управления режимами работы блока формирования кода, блока коммутации, а также подстройки частоты опорного генератора на основании команд от ВУУ.
Дополнительно, БФК выполнен с возможностью формирования кодограмм управления синтезатором частот с модуляцией на основе команд от блока управления, а также информационных сигналов от ИАИС и ИЦИС.
Графические материалы, представленные в материалах заявки:
Фиг.1 - Укрупненная функциональная схема устройства-прототипа;
Фиг.2 - Функциональная схема синтезатора частот с входом сигнала модуляции;
Фиг.3 - Функциональная схема заявляемого возбудителя радиопередающего устройства;
Фиг.4 - Функциональная схема синтезатора частот с модуляцией;
Фиг.5 - Функциональная схема усилителя мощности;
Фиг.6 - Алгоритм работы блока управления;
Фиг.7 - Алгоритм работы блока формирования кода.
На функциональной схеме заявляемого возбудителя радиопередающего устройства, представленной на фиг.3, введены следующие обозначения:
ВУУ - внешнее управляющее устройство;
ИАИС - источник аналогового информационного сигнала;
ИЦИС - источник цифрового информационного сигнала;
1 - генератор опорного сигнала (ОГ);
2 - синтезатор частот с модуляцией (СЧМ);
3 - блок управления (БУ);
4 - фильтр дополнительной селекции (ФДС);
5 - фильтр тонового сигнала (ФТС);
6 - блок коммутации (БК);
7 - усилитель мощности (УМ);
8 - блок формирования кода (БФК);
9 - кодопреобразователь;
10 - шина управления (ШУ);
11 - вторая шина управления (ШУ2);
12 - третья шина управления (ШУ3);
13 - вентиль.
Заявляемый возбудитель радиопередающего устройства содержит последовательно соединенные синтезатор частот с модуляцией (СЧМ) 2, усилитель мощности (УМ) 7, вентиль 13 и фильтр дополнительной селекции (ФДС) 4, выход которого является выходом устройства.
Выход генератора опорного сигнала (ОГ) 1 соединен с первым входом СЧМ 2, второй вход которого соединен посредством третьей шины управления (ШУ3) 12 с выходом блока формирования кода (БФК) 8, первый вход которого соединен с выходом фильтра тонового сигнала (ФТС) 5, вход которого подключен к источнику аналогового информационного сигнала (ИАИС), а второй вход БФК 8 соединен с выходом кодопреобразователя 9, вход которого подключен к источнику цифрового информационного сигнала (ИЦИС).
Вторые входы УМ 7 и ФДС 4 соединены посредством второй шины управления (ШУ2) 11 с выходом блока коммутации (БК) 6, вход которого посредством шины управления (ШУ) 10 соединен с входом ОГ 1, третьим входом БФК 8 и с выходом блока управления (БУ) 3, который в свою очередь соединен с внешним управляющим устройством (ВУУ).
Блок СЧМ 2 может быть реализован как синтезатор частот с ФАПЧ. На функциональной схеме СЧМ 2 (см. фиг.4) обозначено:
2.1 - делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД);
2.2 - частотно-фазовый детектор (ЧФД);
2.3 - делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД);
2.4 - фильтр нижних частот (ФНЧ);
2.5 - генератор, управляемый напряжением (ГУН).
СЧМ 2 содержит последовательно соединенные делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) 2.1, частотно-фазовый детектор (ЧФД) 2.2, фильтр нижних частот (ФНЧ) 2.4, генератор, управляемый напряжением (ГУН) 2.5 и делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 2.3, выход которого соединен со вторым входом ЧФД 2.2. Причем вторые входы ДФКД 2.1 и ДПКД 2.3 объединены во второй вход СЧМ 2, первый вход ДФКД 2.1 является первым входом СЧМ 2, выход ГУН 2.5 является выходом СЧМ 2.
Блок УМ 7 может быть реализован на основе системы следящей ФАПЧ.
На функциональной схеме УМ 7(см. фиг.5) обозначено:
7.1 - второй делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД2);
7.2 - второй частотно-фазовый детектор (ЧФД2);
7.3 - второй делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД2);
7.4 - второй фильтр нижних частот (ФНЧ2);
7.5 - мощный генератор, управляемый напряжением (МГУН).
Блок УМ 7 содержит последовательно соединенные второй делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД2) 7.1, первый вход которого является первым входом УМ 7, второй частотно-фазовый детектор (ЧФД2) 7.2, второй фильтр нижних частот (ФНЧ2) 7.4, мощный генератор, управляемый напряжением (МГУН) 7.5 и второй делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД2) 7.3, выход которого соединен со вторым входом ЧФД2 7.2. Причем вторые входы ДФКД2 7.1 и ДПКД2 7.3 объединены во второй вход УМ 7, выход МГУН 7.5 является выходом УМ 7.
Заявляемый возбудитель радиопередающего устройства работает следующим образом.
В режиме частотной модуляции информационный сигнал от ИАИС подается на блок ФТС 5, где он фильтруется для последующей обработки. Далее с выхода блока ФТС 5 информационный сигнал поступает на первый вход БФК 8, где он оцифровывается, и для каждого оцифрованного значения входного информационного сигнала формируются кодограммы записи коэффициентов деления, которые с помощью ШУ3 12 подаются в блок СЧМ 2 и вместе с частотой сигнала ОГ 1 определяют частоту выходного сигнала СЧМ 2.
Таким образом, частота выходного сигнала блока СЧМ 2 настраивается в зависимости от значений входного информационного сигнала, то есть осуществляется частотная модуляция. В этом суть косвенного метода формирования частотно-модулированного сигнала в синтезаторе частот с ФАПЧ [6].
В режиме частотной телеграфии информационный сигнал от ИЦИС поступает на вход кодопреобразователя 9, где его уровень подстраивается до необходимого для последующей обработки. Далее цифровой сигнал поступает на второй вход блока БФК 8, где в зависимости от состояния входного информационного сигнала - «логический ноль» или «логическая единица» - формируются и подаются по третьей шине управления ШУ3 12 на второй вход блока СЧМ 2 кодограммы записи коэффициентов деления, определяющие вместе с частотой сигнала ОГ 1 частоту выходного сигнала блока СЧМ 2. Таким образом, если информационный сигнал имеет уровень «логическая единица», то выходной сигнал блока СЧМ 2 колеблется с одной частотой, а в случае если информационный сигнал имеет уровень «логический ноль», то выходной сигнал блока СЧМ 2 колеблется с другой частотой, то есть осуществляется двухпозиционная частотная телеграфия.
Модулированный высокочастотный сигнал с блока СЧМ 2 подается на первый вход УМ 7, где усиливается и дополнительно фильтруется. Усиленный модулированный сигнал поступает на вход вентиля 13, посредством которого осуществляется согласование выхода УМ 7 с входом ФДС 4. Согласование необходимо для развязки и осуществления лучшей фильтрации частотно-модулированного сигнала в блоке ФДС 4 из-за большой мощности выходного сигнала. С выхода ФДС 4 сигнал поступает на выход устройства.
При перестройке устройства по диапазону рабочих частот, которая инициируется внешним управляющим устройством (ВУУ), блок управления 3 по шине управления ШУ 10 подает на соответствующие входы БФК 8 и БК 6 сигналы, соответствующие требуемой рабочей частоте. При этом в блоке БФК 8 изменяются кодограммы управления блоком СЧМ 2, а БК 6 по второй шине управления ШУ2 11 подает сигналы записи рабочей частоты в блок УМ 7, а также сигналы коммутации фильтров в блок ФДС 4.
Кодограммы записи коэффициентов деления от блока БК 6 через второй вход УМ 7 поступают в блоки ДФКД2 7.1 и ДПКД2 7.3, при этом оба коэффициента деления равны единице. Частотно-модулированный сигнал от блока СЧМ 2 через первый вход УМ 7 подается на первый вход ДФКД2 7.1, а на второй вход блока ЧФД2 7.2 поступает сигнал от МГУН 7.5. При этом в блоке ЧФД2 7.2 выделяется сигнал ошибки, который после прохождения блока ФНЧ2 7.4 поступает на управляющий вход блока МГУН 7.5. При этом частота выходного сигнала блока МГУН 7.5 меняется до тех пор, пока не станет равной частоте входного частотно-модулированного сигнала. Иными словами, УМ 7 следит за изменением частоты входного сигнала и согласно ему изменяет частоту выходного сигнала блока МГУН 7.5. То есть происходит усиление частотно-модулированного сигнала при сохранении его спектральных свойств, а также дополнительная фильтрация системой ФАПЧ.
Блок управления 3 может быть реализован как микроконтроллер, работающий по алгоритму, представленному на фиг.6.
Согласно алгоритму в момент включения блока 3 в блоке 3.1 происходит загрузка программного обеспечения в микроконтроллер, далее в блоке 3.2 происходит инициализация периферийных устройств, затем в блоке 3.3 начинается самодиагностика устройства, после окончания которой в блоке 3.4 визуально отображается состояние устройства, затем в блоке 3.5 микроконтроллер переходит в состояние ожидания команды от ВУУ. Если в блок 3.6 от ВУУ (например, от персональной ЭВМ через порт RS-485) приходит запрос состояния устройства, то по связи 3.20 алгоритм переходит в блоке 3.19 к отправке команды о состоянии устройства в ВУУ. Если в блок 3.7 от ВУУ приходит запрос контроля работоспособности устройства, то в блоке 3.8 происходит самодиагностика устройства, и затем в блоке 3.5 микроконтроллер переходит в состояние ожидания команды от внешнего управляющего устройства (ВУУ). Если в блок 3.9 от ВУУ приходит команда включения питания устройства, то в блоке 3.10 выполняется включение устройства, далее по связи 3.20 алгоритм переходит в блоке 3.19 к отправке команды о состоянии устройства в ВУУ. Если в блок 3.15 от ВУУ приходит команда выключения питания устройства, то в блоке 3.16 выполняется выключение устройства, далее по связи 3.20 алгоритм переходит к отправке команды о состоянии устройства 3.19 в ВУУ. Если в блок 3.11 от ВУУ приходит команда записи частоты и вида модуляции (аналоговая или цифровая), то в блоке 3.12 в микроконтроллере происходит расчет кодов частоты, в блоке 3.13 производится запись полученных кодов в блоки БФК 13 и БК 16, затем в блоке 3.14 производится запись вида модуляции в БФК 13, далее по связи 3.20 алгоритм переходит в блоке 3.19 к отправке команды о состоянии устройства в ВУУ. Если в блок 3.17 от ВУУ приходит команда записи коэффициента подстройки опорного генератора, то в блоке 3.18 происходит запись коэффициента подстройки опорного генератора в опорный генератор 1, далее по связи 3.20 алгоритм переходит в блоке 3.19 к отправке команды о состоянии приемного устройства в ВУУ.
Блок формирования кода 8 может быть реализован как микроконтроллер, работающий по алгоритму, представленному на фиг.7.
Согласно алгоритму в момент включения блока 8 в блоке 8.1 происходит загрузка программного обеспечения в микроконтроллер, далее в блоке 8.2 происходит инициализация периферийных устройств, затем в блоке 8.3 происходит запись логической единицы на модуляционный вход блока СЧМ 2 по третьей шине передачи управления ШУ3 12, что соответствует отсутствию модуляции. После этого в блоке 8.4 микроконтроллер переходит в состояние ожидания команды от блока управления 3. Если в блок 8.5 от БУ 3 приходит команда о записи рабочей частоты, то БФК 8 в блоке 8.6 формирует и передает кодограммы коэффициентов деления для СЧМ 2 по ШУ3 12, далее по связи 8.7 БФК 8 переходит в блок 8.4 состояния ожидания команды от БУ 3. Если в блок 8.8 от БУ 3 приходит команда о записи вида модуляции, то в блоке 8.9 формируется и по ШУ3 12 подается в блок СЧМ 2 сигнал о виде модуляции, при этом сигнал «логическая единица» соответствует цифровой модуляции, а сигнал «логический ноль» соответствует аналоговой модуляции. Далее в блоке 8.10 происходит запись «логического нуля» на модуляционный вход блока СЧМ 2 по ШУ3 12, что соответствует включению режима модуляции. Далее в блоке 8.11 происходит проверка условия "является ли модуляция аналоговой?", если да, то в блоке 8.12 происходит получение и обработка аналоговых сигналов от ФТС 5, а также пересчет ступеней модуляции, если нет, то в блоке 8.13 происходит получение и обработка цифровых сигналов от блока кодопреобразователя 9, далее в блоке 8.14 происходит формирование и передача по ШУ3 12 в блок СЧМ 2 кодограмм записи коэффициентов деления, соответствующих выходной частоте и модуляции с требуемой девиацией. Далее в блоке 8.15 происходит проверка условия "Есть ли команда от БУ 3?", при этом если есть, то микроконтроллер по связи 8.7 переходит в режим ожидания команды от БУ 3 8.4, а если нет, то микроконтроллер далее продолжает осуществлять модуляцию с блока 8.11.
Реализация остальных блоков заявляемого устройства не вызывает затруднений, так как они широко описаны в технической литературе.
Для уменьшения внеполосного излучения в заявляемом возбудителе передающего устройства введен усилитель мощности, построенный на основе следящей системы фазовой автоподстройки частоты, выход которого согласован посредством вентиля с входом фильтра дополнительной селекции, а для сохранения стабильности значений девиации частоты во всем диапазоне рабочих частот, возникающей ввиду нелинейности управляющей характеристики ГУН, в блоке СЧМ реализован косвенный метод формирования частотной модуляции.
Таким образом, при использовании заявляемого устройства можно реализовать повышенные требования к качеству формируемых радиосигналов и стабильности девиации частоты во всем диапазоне модулирующих и рабочих частот, в результате чего достигается улучшение электромагнитной совместимости и качества, передачи информации радиопередающего устройства.
Используемая литература:
1. Возбудитель ВО-71. Техническое описание ЯР 2.209.011 ТО Тамбов, 1973 г.
2. Возбудитель радиостанции AN/PRC-70. Сборник ЦИВТИ МО СССР, 1973, вып.300, кн.8, стр.38-41.
3. Возбудитель GK-203C «HF SYNTHESISED DRIVER RECEIVER GK-205». 1973 г. (проспект фирмы).
4. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов // В.В.Шахгильдян, В.Б.Козырев, А.А.Ляховкин и др.; Под ред. В.В.Шахгильдяна - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2003 г.
5. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автопордстройки // Левин В.А., Малиновский В.Н., Романов С.К. - М.: Радио и связь, 1989 г.
6. Формирование ЧМ сигналов в синтезаторах с автоподстройкой // Тихомиров Н.М., Романов С.К., Леньшин А.В. - М.: Радио и связь, 2004 г.