ФОРМИРОВАТЕЛЬ ЦИФРОВЫМ СИГНАЛОМ ОДНОПОЛОСНОГО КОЛЕБАНИЯ С ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ НА 180°

Полезная модель (ПМ) относится к передаче радиосигналов.
Известны формирователи однополосного сигнала, описанные в источниках:
1. Патент РФ на ПМ №125790. Формирователь цифровым сигналом однополосного сигнала с фазовой манипуляцией на 180 / Волков А.А., Кузюков В.А. Приоритет от 14.09.12
2. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин А.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи. - М: ГОУ 2007 С. 140-142
По технической сущности наиболее близким к ПМ является формирователь, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за ее прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.
Прототип состоит из источника модулирующего сигнала (АЦП с фильтром Гаусса) и формирователя однополосного сигнала фазовым способом, в котором наиболее трудно реализуемый блок - низкочастотный полосовой фазовращатель на 90° состоит из дифференциатора, интегратора, фазоинвертора и сумматора, выполняемых на операционных усилителях, причем, к одному входу сумматора подключен выход интегратора через фазоинвертор, а к другому входу сумматора подключен выход дифференциатора напрямую, а входы интегратора и дифференциатора соединены между собой непосредственно; с выхода и входа полосового фазовращателя на 90° сигналы подаются на входы своих перемножитетелей через усилители-ограничители амплитуд для получения однополосного сигнала с фазовой манипуляцией на 180° (ОБП ФМн).
Основным недостатком прототипа является нестабильность погрешности фазового сдвига сигнала на 90° в полосовым фазовращателе формирователя ОБП-ФМн из-за активных его элементов (операционников с питанием). От этого уменьшается степень подавления нерабочей боковой полосы частот, что увеличивает нелинейные искажения в соседнем канале и снижает электромагнитную совместимость (ЭМС) радиоустройств.
Техническим результатом ПМ является стабилизация и уменьшение погрешности фазового сдвига на 90° в полосовом фазовращателе формирователя, что снижает нелинейные искажения сигнала в соседнем канале и повышает электромагнитную совместимость (ЭМС) радиоустройств.
Сущность ПМ состоит в том, что в формирователь цифровым сигналом однополосного колебания с фазовой манипуляцией на 180°, состоящий из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и гауссова фильтра (ГФ), а также из двух амплудных усилителей-ограничителей, двух перемножителей сигналов, генератора колебания несущей частоты (Гн), фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, причем, выход Гн подключен к высокочастотному (В.Ч.) входу первого перемножителя сигналов непосредственно, а к В.Ч. входу второго перемножителя сигналов - через фазовращатель на 90°; к Н.Ч. входу первого перемножителя подключен выход первого усилителя-ограничителя, а к Н.Ч. входу второго перемножителя подключен выход второго усилителя-ограничителя; выход первого перемножителя подключен к первому входу сумматора непосредственно, а выход второго перемножителя подключен к второму входу сумматора или непосредственно или через фазоинвертор, дополнительно введены буферный каскад, два резистора одинакового сопротивления и два конденсатора одинаковой емкости, причем, к выходу гауссова фильтра подключен вход буферного каскада, а к его выходу подключен один резистор через один конденсатор и параллельно - второй конденсатор через второй резистор; выход первого конденсатора подключен к входу первого амплитудного ограничителя, а выход второго резистора подключен к входу второго амплитудного ограничителя.
Существенным отличием ПМ являются введенные элементы и их связи, т.к. только они позволяют иметь указанный технический результат.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя цифровым сигналом однополосного колебания с фазовой манипуляцией на 180° (ОБП-ФМн), где обозначено: 1 - АЦП, 2 - гауссовский фильтр, 3 - буферный каскад, 4, 7 - одинаковые резисторы; 5, 6 - одинаковые конденсаторы, 8, 10 - усилители-ограничители амплитуды; 9 - генератор несущей частоты, 11, 13 - перемножители сигналов, 12 - фазовращатель на 90°, 14 - сумматор, 15 - фазоинвертор. Введенные элементы обведены пунктирной линией.
Работа схемы происходит следующим образом.
Цифровой сигнал (ЦС) с блока 1 поступает в гауссовский фильтр (ГФ) 2, где выделяется в основном его первая гармоника, поступающая на вход буферного каскада 3. Последний имеет очень большое входное сопротивление с тем, чтобы последующие RC-цепи 4-7 не искажали амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) гауссовского фильтра 2. Цепи RC 4, 5 и CR 6, 7 подключены параллельно выходу буферного каскада 3. С конденсатора 5 колебание поступает на вход ограничителя амплитуды (ОА) 10, а с резистора 7 - на вход ОА 8. Колебание на конденсаторе 5 всегда сдвинуто по фазе на 90° по отношению к колебанию на резисторе 7, о чем говорит символ j в выражении сопротивления конденсатора . Уровни этих колебаний в общем случае разные и зависят от частоты ω, но нуля не достигают, т.к. несущая частота ЦС f=64 кГц, а полоса частот не более 10 кГц. Для выравнивание этих уровней и преобразования первой гармоники опять в прямоугольники используются усилители - ограничители амплитуды 8,10. Знакопеременный сигнал с выхода усилителя ограничителя 8 поступает на низкочастотный (Н.Ч.) вход перемножителя 11, а с выхода 10 - на Н.Ч. вход перемножителя 13. С генератора 9 гармоническое колебание несущей частоты поступает на высокочастотный (В.Ч.) вход перемножителя 11 непосредственно, а на В.Ч. вход 13 - через фазовращатель на 90° 12. При перемножении знакопеременного сигнала прямоугольной формы с гармоническим колебание несущей частоты образуется двухполосное фазоманипулированное (ФМн) на 180° колебание. А так как сигналы и на Н.Ч. входах перемножителей сдвинуты между собой по фазе на 90°, и также сдвинуты колебания на их В.Ч. входах, то на выходе сумматора 14 имеет место одна боковая полоса частот (ОБП) с фазовой манипуляцией на 180° (ОБП ФМн). Покажем это количественно для первой гармоники. Сигналы на выходах перемножителей 11, 13:
11
8
9
н
н
u(t)=u(t)u(t)=UcosΩtUcosωt=0,5UU[cos(ω+Ω)t+cos(ω-Ω)t];
13
10
12
н
н
u(t)=u(t)u(t)=UsinΩtUsinωt=0,5UU[-cos(ω+Ω)t+cos(ω-Ω)t].
13
14
11
13
н
13
14
11
13
н
Если колебание u(t) поступает на второй вход сумматора 14 непосредственно, то на его выходе будет колебание u(t)=u(t)+u(t)=UUcos(ω-Ω)t - нижней боковой полосы (НБП), а если u(С) поступает на вход сумматора 14 через фазоинвертор 15, то на выходе сумматора будет колебание u(t)=u(t)-u(t)=UUcos(ω+Ω)t - верхней боковой полосы (ВБП).
Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение элетромагнитной совместимости (ЭМС) радиоустройств за счет увеличения степени подавления нерабочей боковой полосы частот с помощью введенных пассивных элементов.