ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОДНОПОЛОСНОГО КЛИППИРОВАННОГО СИГНАЛА С ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ НА 180°

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.
4
4
5
5
7
7
10
7
10
11
10
12
10
14
10
Сигнал b(t)=U(t)cosφ(t) с микрофона 1 поступает через усилитель 2 на н..ч. вход перемножителя 3, на в.ч. вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты u(t)=U cosωt 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 u(t)=0,5UU(t)cos[ωt+φ(t)] этот сигнал усиливается и глубоко ограничивается по амплитуде (клиппируется) в блоке 7, после чего, имея постоянную амплитуду U, поступает на один вход аналогового сумматора 10. На второй вход сумматора 10 подается постоянное напряжение Ε с источника 8. Так как E=U, то на выходе блока 10 суммарное напряжение u(t)=U[1+cos(ωt+φ(t))] практически периодическое, так как , всегда положительное и только в точках минимума касается оси абсцисс (нуля), как это показано на фиг 2а. Это напряжение u(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 u(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 u(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: u=(t)=u(t)u(t)=Ucos{0,5[ωt+φ(t)]}.
12
Сигнал u(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:
15
12
16
6
16
7
15
u(t)=u(t)u(t)=Ucos{0,5[ωt+φ(t)]}Ucos(0,5ωt)=0,5UUcos(ωt+0,5φ(t))+н.ч.
4
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 u(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:
17
18
17
7
15
17
7
15
17
u(t)=u(t)u(t)=0,5UUcos[ωt+0,5φ(t)]Ucosωt=0,25UUUcos[0,5φ(t)]+в.ч.
19
18
19
7
15
20
7
15
20
u(t)=u(t)u(t)=0,5UUcos[ωt+0,5φ(t)]Ucos(ωt-90°)=0,25UUUcos[0,5φ(t)+90°]+в.ч.
19
21
22
ФНЧ детекторов пропускает на свой выход только первые слагаемые. Полученные н.ч. сигналы u(t) и u(t) являются знакопеременными импульсами, прямоугольной формы. Сигнал u(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:
22
19
23
19
23
0
13
23
0
0
u(t)=u(t)u(t)=Ucos[0,5φ(t)]Ucosωt=0,5UU{cos[ωt-0,5φ(t)]+cos[ωt+0,5ω(t)]};
25
21
24
21
24
0
21
24
0
0
19
23
21
24
u(t)=u(t)u(t)=Ucos[0,5φ(t)+90°]Ucos(ωt+90°)=0,5UU{cos[ωt-0,5φ(t)]-cos[ωt+0,5ω(t)]} При U·U=U·U
в сумматоре 26 при сложении, минуя блок 27, образуется сигнал:
26
22
25
26
u(t)=u(t)+u(t)=Ucos[ωt+0,5φ(t)] - нижняя боковая полоса (НБП),
26
22
27
25
0
а при вычитании - u(t)=u(t)-u(t)=Ucos[0,5(ω+φ(t)]-ВБП
n
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 2 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.