ЦИФРОВОЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ РАДИОПЕРЕДАТЧИК
DIGITAL BROADBAND RADIO TRANSMITTER

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередатчиках.
Существующие радиопередатчики отличаются большим многообразием возбудительных устройств и схемотехнических решений усилителей мощности. Низкий уровень унификации аппаратуры одинакового назначения отрицательно сказывается на его стоимости.
Известны цифровые радиопередатчики: патент SU 1771063 от 23.10.1992, патент РФ №21532761 от 27.07.2000.
Наиболее близким по технической сущности является: патент РФ №2366074 от 27.08.2009 «Широкополосный усилитель мощности».
Общим недостатком их является то, что у них отсутствует унификация возбудительных устройств и усилителей мощности.
Целью изобретения является унификация радиопередатчиков в части возбудительных устройств и усилителей мощности.
Поставленная цель достигается тем, что в радиопередатчик, содержащий генератор тактовых импульсов с постоянной частотой, превышающей не менее чем в 2 раза верхнюю частоту рабочего диапазона и фильтр нижних частот, дополнительно включены предварительный усилитель напряжения тактовых импульсов, делитель на N напряжения тактовых импульсов, N усилителей мощности тактовых импульсов, широкополосное устройство суммирования мощности высокочастотных сигналов, микропроцессор-возбудитель, N исполнительных элементов, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом предварительного усилителя напряжения тактовых импульсов, выход которого соединен с входом устройства деления мощности высокочастотных сигналов, N выходов которого соединены с N первыми входами усилителей мощности тактовых импульсов, N выходов которых соединены с N входами широкополосного устройства суммирования мощности высокочастотных сигналов, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, к выходу которого подключается нагрузка, вход микропроцессора-возбудителя соединен с шиной управления передатчиком командами установки класса излучения, несущей частоты и информационного сигнала, выход микропроцессора-возбудителя соединен с N входами исполнительных элементов, N выходов которых соединены с N вторыми входами усилителей мощности тактовых импульсов.
Блок-схема цифрового радиопередатчика представлена на Фиг. 1.
Обозначения, принятые на Фиг. 1:
1 - генератор тактовых импульсов;
2 - предварительный усилитель;
3 - делитель напряжения;
n
4 - усилители;
5 - широкополосное устройство суммирования мощности ВЧ-сигналов;
6 - фильтр нижних частот;
7 - микропроцессор-возбудитель;
n
8 - исполнительные элементы.
Принцип работы рассматриваемого радиопередатчика состоит в том, что в нем используется формирование высокочастотного (ВЧ) сигнала путем амплитудной модуляции меандра, представляющего собой последовательность прямоугольных тактовых импульсов с постоянной частотой, превышающей не менее чем в 2 раза верхнюю частоту рабочего диапазона радиопередатчика с учетом требований теоремы Котельникова к частоте дискретизации функций. Число усилителей N выбирается из условия обеспечения заданной линейности усиления (Муравченко В.Л. Оценка мощности высших гармоник при ключевом формировании гармонических колебаний. Радиотехника, №6, 2007).
При амплитудной модуляции в спектре сигнала присутствует спектр модулирующей функции и спектры гармоник тактовой частоты. В спектре отсутствуют гармоники модулирующей функции, в качестве которой используется информационный сигнал на несущей частоте. В этом легко убедиться при анализе аналитического соотношения приведенного ниже (см. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985):
0
1
2
u(t)=U[1+m·ƒ(t)]·ƒ(t)
0
где: U - амплитуда сигнала;
1
ƒ(t) - модулирующая функция;
2
ƒ(t) - модулируемая функция, сигнал генератора тактовых импульсов;
m - индекс модуляции.
1
Рассмотрим случай, когда модулирующая функция имеет вид ƒ(t)=cosΩt, а сигнал генератора тактовых импульсов
k
где: α - коэффициенты гармоник.
В этом случае функция u(t) имеет вид:
0
0
0
Как видно из выражения u(t), в спектре есть сигнал модулирующей функции (второе слагаемое) и нет сигналов с частотами 2Ω, 3Ω, 4Ω.., т.е. отсутствуют гармоники модулирующей функции частоты Ω. Третье слагаемое это гармоники тактовой частоты ω. Четвертое слагаемое это колебания с частотами kω±Ω, результат перемножения cosΩt·coskωt.
Спектр этого сигнала показан на Фиг. 2.
Для того чтобы спектры гармоник тактовой частоты не попали в эфир, достаточно на выходе радиопередатчика поставить фильтр нижних частот.
Работа радиопередатчика производится следующим образом.
По шине управления на микропроцессор 7, который в предложенном варианте построения широкополосного радиопередатчика выполняет роль возбудительного устройства, последовательно подаются сигнал-команда об установке класса излучения (модуляции, манипуляции - амплитудной телеграфии (AT), частотной (ЧТ), фазовой (ФТ), комбинированной манипуляции), сигнал - команда установки несущей частоты и информационная последовательность.
В случае появления новых классов излучения проблема их установки решается на программном уровне, не требующем замены, либо технической модернизации микропроцессора-возбудителя, что обеспечивает унификацию этих устройств.
На основании полученной информации с учетом всех трех факторов (несущая частота, вид манипуляции и цифровой информационной последовательности) микропроцессор-возбудитель решает задачу определения амплитуды каждого дискретного импульса тактовой последовательности.
В соответствии с определенной амплитудой микропроцессор-возбудитель формирует команду на включение соответствующего этой амплитуде числа усилителей мощности тактовых импульсов 4. Эта команда поступает на исполнительные элементы 8, которые в зависимости от поступившей команды открывают либо запирают усилители (например, коммутируя напряжение запирания во входной цепи усилителей).
Изложенный выше принцип работы усилителя мощности соответствует ключевому режиму усиления при всех классах излучения, сохраняя при этом высокую линейность усиления благодаря предлагаемому принципу модуляции (манипуляции), исключающему появления гармоник на несущей частоте передатчика (см. Муравченко В.Л. Метод снижения паразитного излучения на гармониках широкополосных усилителей мощности. Радиотехника, 1989, №1). Эта универсальность предложенного широкополосного усилителя мощности позволяет осуществить их унификацию.
0
Усиленные прямоугольные импульсы тактовой частоты ƒ поступают на широкополосное устройство сложения мощности высокочастотных сигналов 5, выполненное, например, так, как описано в работе Моделя З.И. «Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний». М.: Сов. радио, 1980. С выхода устройства сложения мощностей 5 высокочастотный сигнал, содержащий спектр меандра, промодулированного по амплитуде, поступает на фильтр низких частот 6, граничная частота которого равна верхней частоте рабочего диапазона радиопередатчика, и таким образом часть спектра сигнала, содержащая все гармоники тактовой частоты, попадает в полосу непрозрачности фильтра в отличие от модулирующего сигнала рабочей частоты радиопередатчика, для частотного спектра которого фильтр прозрачен. С выхода фильтра низких частот 6 сигнал на рабочей частоте радиопередатчика поступает в нагрузку.
Блок-схема алгоритма функционирования микропроцессора приведена на Фиг. 3а, 3б.
Обозначения, принятые в блок-схеме алгоритма функционирования микропроцессора:
I(m) - амплитуда m-го импульса;
Ω - рабочая частота радиопередатчика;
И.С. - низкочастотный информационный сигнал;
И.Э. - исполнительный элемент.