ФОРМИРОВАТЕЛЬ ЦИФРОВЫМ СИГНАЛОМ ОДНОПОЛОСНОГО КОЛЕБАНИЯ С ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ НА 180°

Полезная модель (ПМ) относится к области формирования и передачи сигналов.
Известен формирователь однополосного колебания с фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, который описан в источниках:
1. Волков А.А. Передача речевых сигналов с помощью однополосной ФМн // Электросвязь №4/ 2012.
2. Маковеева М.Н., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. - М.: Радио и связь, 2002. - С.117.
По технической сущности наиболее близким к данной ПМ является формирователь, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за ее прототип.
Прототип ПМ состоит из источника аналогового речевого сигнала, широкополосного фазовращателя (ШФВ) на 90°, двух усилителей-ограничителей сигнала, блока задержки (БЗ), двух перемножителей сигналов, генератора несущей частоты, фазовращателя (ФВ) на 90°, фазоинвертора, сумматора, причем, к одному его входу подключены последовательно первый усилитель-ограничитель сигнала, блок задержки, первый перемножитель сигнала, а к другому входу сумматора подключены последовательно вход первого усилителя-ограничителя, ШФВ на 90°, второй усилитель-ограничитель сигнала, второй перемножитель сигналов, непосредственно или через фазоинвертор; генератор колебаний несущей частоты подключен к высокочастотному (В.Ч.) входу первого перемножителя сигналов непосредственно и к ВЧ входу второго перемножителя через ФВ на 90°.
ШФВ на 90° работоспособен только при наличии аналогового сигнала на его входе, так как состоит из интегратора и дифференциатора по времени, фазоинвертора и сумматора [1], являясь широкополосным от 0 Гц до десятков кГц, но с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ).
Если модулирующий сигнал цифровой (ЦС), состоящий из прямоугольных импульсов и пауз, то при его дифференцировании по времени получается положительный очень короткий импульс, соответствующий фронту импульса ЦС, и такой же отрицательный импульс, соответствующий его срезу. При интегрировании по времени прямоугольный импульс превращается в треугольный с удвоенным основанием. Суммирование выходных напряжений дифференциатора и интегратора дает треугольный импульс с двумя короткими импульсами: один в начале, а другой в середине треугольника, а фаза при этом не сдвинулась на 90°.
Основным недостатком прототипа является невозможность фазового сдвига на 90° ЦС его ШФВ на 90°, что исключает получение ОБП ФМн на 180°.
Техническим результатом ПМ является обеспечение фазового сдвига на 90° ЦС данным ШФВ.
Сущность ПМ состоит в том, что в формирователь цифровым сигналом однополосного колебания с фазовой манипуляцией на 180°, состоящий из широкополосного фазовращателя (ШФВ) на 90°, усилителя-ограничителя амлитуды сигнала, блока задержки по времени (БЗ), двух перемножителей сигналов, генератора колебания несущей частоты, фазовращателя (ФВ) на 90°, аналогового фазоинвертора, аналогового сумматора, причем, к одному входу аналогового сумматора подключены последовательно блок задержки по времени, первый перемножитель сигнала, а к другому входу аналогового сумматора подключены последовательно ШФВ на 90°, усилитель-ограничитель амплитуды сигнала, второй перемножитель сигналов непосредственно или через аналоговый фазоинвертор; генератор колебаний несущей частоты подключен к высокочастотному (ВЧ) входу первого перемножителя сигналов непосредственно и к ВЧ входу второго перемножителя через ФВ на 90°, дополнительно введены источник цифрового сигнала и фильтр Гаусса, преобразующий ЦС в аналоговый сигнал, фильтр внеполосных гармоник, причем, источник ЦС подключен к входу блока временной задержки непосредственно, и параллельно к входу ШФВ на 90° - через фильтр Гаусса; фильтр внеполосных гармоник подключен к выходу аналогового сумматора сигналов.
Существенным отличием ПМ являются введенный элементы и их связи, так как только они позволяют сформировать одну боковую полосу сигнала с ФМн на 180°.
Полезная модель иллюстрируется чертежом схемы на фигуре 1, где обозначено:
1 - источник цифрового сигнала (ИЦС);
2 - фильтр Гаусса;
3 - широкополосный фазовращатель на 90° (ШФВ);
4 - усилитель-ограничитель амплитуды сигнала;
5 - блок задержки (БЗ);
6, 9 - перемножители сигналов;
7 - генератор колебаний несущей частоты;
8 - фазовращатель сигналов на 90°;
10 - аналоговый сумматор сигналов;
11 - аналоговый фазоинвертор (на 180°);
12 - фильтр внеполосных гармоник.
Работа схемы ПМ происходит следующим образом.
7
Цифровой знакопеременный сигнал (ЦС) с блока 1 (фиг.1) поступает на низкочастотный (Н.Ч.) вход перемножитель 6 через блок задержки по времени 5 и параллельно на вход широкополосного фазовращателя (ШФВ) на 90° 3 через фильтр Гаусса (ГФ) 2. Этот фильтр 2 выделяет из ЦС в основном его первую гармонику, то есть ГФ преобразует ЦС в аналоговый сигнал. Такое преобразование необходимо для того, чтобы можно было данный аналоговый сигнал сдвинуть по фазе на 90° путем его дифференцирования и интегрирования по времени в ШФВ 3 согласно [1]. С выхода ШФВ 3 аналоговый сигнал усиливается и глубоко ограничивается по амплитуде в блоке 4, преобразуюсь в исходный знакопеременный ЦС, но сдвинутый по фазе на угол =90° относительно исходного знакоперемннного ЦС в блоке 6. Аналоговый сигнал как и ЦС имеет частоту следования не ниже 8 кГц, поэтому при амплитудном ограничении в блоке 4 гармоники его Н.Ч. составляющих не попадают в полосу частот ОБП ФМн. С генератора колебания несущей частоты 7 u(t)=Ucosωt поступает на ВЧ вход перемножителя 6 непосредственно и на ВЧ вход пермножителя 9 через ФВ на 90° 8, т.е. Т.к. сигналы на Н.Ч. входах перемножителей знакопеременны и прямоугольной форма то на выхода этих перемножителей 6 и 9 будут колебания с двухполосной ФМн на 180°, причем на выходеб сумма двух боковых полос а на выходе 9 - их разность. При сложении их в сумматоре 10 образуется нижняя боковая полоса частот (НБП), а при вычитании - верхняя боковая плоса с ФМн на 180°. Это можно показать количественно согласно [1].
Технико-экономическим эффектом ПМ является сокращение полосы частот передаваемого сигнала с ФМн на 180° в 2 раза, что существенно ослабляет проблему дефицита частотного ресурса.