ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОДНОПОЛОСНОГО СИГНАЛА

Полезная модель относится к радиотехнике, а точнее к устройствам формирования модулированных сигналов.
В настоящее время в радиотехнике широко используются однополосные сигналы, широко распространены системы однополосной связи. Известны несколько методов формирования однополосного сигнала (Бунимович С., Яйленко Л. Техника любительской однополосной радиосвязи. - М.: ДОСААФ, 1970. - 312 с.), такие как фильтровый метод, фазовый метод, фазофильтровый метод, синтетический метод. Указанные методы формирования однополосного сигнала реализуются с помощью множества различных устройств.
Основными элементами схем устройств формирующих однополосный сигнал фильтровым методом являются смесители, генераторы, полосовые фильтры и усилители.
Основными элементами схем устройств формирующих однополосный сигнал фазовым методом являются амплитудные или балансные модуляторы, низкочастотные и высокочастотные фазовращатели, генераторы и усилители.
Основными элементами схем устройств формирующих однополосный сигнал фазофильтровым методом являются балансные модуляторы, низкочастотные и высокочастотные фазовращатели, фильтры нижних частот или полосовые фильтры, генераторы и усилители.
Основными элементами схем устройств формирующих однополосный сигнал синтетическим методом являются балансные модуляторы, генераторы, усилители, полосовые фильтры, детекторы огибающей, ограничители, дискриминаторы, частотные модуляторы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному результату к заявляемой модели является устройство для получения однополосного сигнала фазовым методом (Бунимович С., Яйленко Л. Техника любительской однополосной радиосвязи. - М.: ДОСААФ, 1970. - 312 с., с.119-120). Схема устройства для получения однополосного сигнала фазовым методом включает микрофон, модулятор (усилитель низкой частоты), низкочастотный фазовращатель, высокочастотный генератор, высокочастотный фазовращатель, первый и второй балансные модуляторы, причем выход микрофона соединен с входом усилителя низкой частоты, выход усилителя низкой частоты соединен с входом низкочастотного фазовращателя, который имеет два выхода, один из которых соединен с первым входом первого балансного модулятора, а другой выход соединен с первым входом второго балансного модулятора, выход
высокочастотного генератора соединен с входом высокочастотного фазовращателя, который имеет два выхода, один из которых соединен со вторым входом первого балансного модулятора, а другой выход соединен со вторым входом второго балансного модулятора, при этом выходы балансных модуляторов объединяются на общей внешней нагрузке.
Данное устройство работает следующим образом. Напряжение звуковой частоты от микрофона подается на усилитель низкой частоты (модулятор) и поступает затем на низкочастотный фазовращатель, имеющий два выхода, низкочастотные напряжения на этих выходах сдвинуты по фазе на 90 градусов по отношению друг к другу. Одно из этих напряжений подводится к первому балансному модулятору, второе из этих напряжений подводится ко второму балансному модулятору. На эти же балансные модуляторы подается напряжение высокой частоты через высокочастотный фазовращатель. Его выходные напряжения также имеют между собой фазовый сдвиг 90 градусов, одно из этих напряжений подводится к первому балансному модулятору, второе из этих напряжений подводится ко второму балансному модулятору. В каждом балансном модуляторе получаются напряжения двух боковых полос без несущей, причем напряжения одних боковых полос (нижних или верхних) на выходе балансных модуляторов находятся в противофазе, а напряжения других боковых полос (соответственно верхних или нижних) на выходе балансных модуляторов находятся в фазе. Оба балансных модулятора работают на общую внешнюю нагрузку, за счет чего на выходе всего устройства имеется лишь сигнал одной боковой полосы.
Переключение на генерирование другой боковой полосы в данном устройстве осуществляется, изменением фазового сдвига одного из сигналов, поступающих с высокочастотного фазовращателя или низкочастотного фазовращателя на 180 градусов. При этом векторы колебаний боковых полос в одном или другом балансном модуляторе меняют направления на противоположные, и в результате сложения на выходе всего устройства выделяются колебания другой боковой полосы.
К недостаткам данного устройства относится практическая сложность подавления боковой полосы более чем на 40-45 дБ и как результат наличие побочного сигнала устройства вне полосы канала связи при работе устройства в передатчиках однополосных сигналов, повышенные требования к деталям отдельных узлов устройства в частности к элементам низкочастотного фазовращателя, нестабильность подавления боковой полосы и несущей в процессе эксплуатации устройства.
Задачей решаемой автором при создании формирователя однополосного сигнала являлось создание формирователя однополосного сигнала обеспечивающего меньшую, чем у прототипа, величину побочного сигнала (обусловленного неполным подавлением одной боковой полосы) вне спектра формируемого однополосного сигнала или полное отсутствие вне спектра формируемого однополосного сигнала побочного сигнала (обусловленного неполным подавлением одной боковой полосы). Указанная задача была решена созданием следующего устройства (приводятся соответствующие рисунки схем формирователя однополосного сигнала).
Формирователь однополосного сигнала (рис.1), содержащий преобразователь сигнала 1 и формирователь высокочастотного сигнала 2, при этом формирователь высокочастотного сигнала имеет первый и второй входы, преобразователь сигнала имеет первый и второй выходы, первый выход преобразователя сигнала соединен с первым входом формирователя высокочастотного сигнала, второй выход преобразователя сигнала соединен со вторым входом формирователя высокочастотного сигнала, при этом вход преобразователя сигнала является входом формирователя однополосного сигнала, выход формирователя высокочастотного сигнала является выходом формирователя однополосного сигнала, причем преобразователь сигнала представляет собой цифровое устройство, причем формирователь высокочастотного сигнала (рис.2 и 3) содержит первый и второй балансные модуляторы 3 и 4, высокочастотный генератор 5 и высокочастотный фазовращатель 6 имеющий два выхода, причем выход высокочастотного генератора соединен с входом высокочастотного фазовращателя, первый выход высокочастотного фазовращателя соединен с высокочастотным входом первого балансного модулятора, второй выход высокочастотного фазовращателя соединен с высокочастотным входом второго балансного модулятора, причем сигнал со второго выхода высокочастотного фазовращателя сдвинут по фазе на плюс 90 градусов относительно сигнала с первого выхода высокочастотного фазовращателя или сигнал с первого выхода высокочастотного фазовращателя сдвинут по фазе на плюс 90 градусов относительно сигнала со второго выхода высокочастотного фазовращателя.
Частным случаем реализации формирователя однополосного сигнала является формирователь однополосного сигнала (рис.4), дополненный аналого-цифровым преобразователем 7, причем вход аналого-цифрового преобразователя является входом формирователя однополосного сигнала, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом преобразователя сигнала.
Реализация преобразователя сигнала в цифровом виде предназначена для цифровой обработки в нем входного цифрового сигнала. Реализация преобразователя сигнала
дополненная аналого-цифровым преобразователем предназначена для цифровой обработки в преобразователе сигнала входного аналогового или дискретного сигнала. При этом предполагается, что входной сигнал формирователя однополосного сигнала является модулирующим сигналом.
Частные случаи реализации формирователя однополосного сигнала представленного отличительными признаками содержащимися в формирователе высокочастотного сигнала или в преобразователе сигнала представлены в следующих вариантах.
Формирователь высокочастотного сигнала (рис.2 и 3). Формирователь высокочастотного сигнала отличающийся тем, что содержит первый и второй цифро-аналоговые преобразователи 8 и 9, первый и второй фильтры нижних частот 10 и 11, сумматор или вычитатель 12, причем выход первого цифро-аналогового преобразователя соединен с входом первого фильтра нижних частот, выход второго цифро-аналогового преобразователя соединен с входом второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот соединен с низкочастотным входом первого балансного модулятора, выход второго фильтра нижних частот соединен с низкочастотным входом второго балансного модулятора, выходы первого и второго балансных модуляторов соединены с входами сумматора или вычитателя, причем выход сумматора или вычитателя является выходом устройства формирования высокочастотного сигнала, вход первого цифро-аналогового преобразователя является первым входом устройства формирования высокочастотного сигнала, вход второго цифро-аналогового преобразователя является вторым входом устройства формирования высокочастотного сигнала.
Первый вариант преобразователя сигнала (рис.2). Преобразователь сигнала отличающийся тем, что содержит фазовращатель на 90 градусов 13 имеющий один выход, первый, второй, третий и четвертый перемножители 14, 15. 16 и 17, первый и второй сумматоры 18 и 19, генератор 20 имеющий первый, второй и третий выходы, причем сигнал со второго выхода генератора сдвинут по фазе на плюс 90 градусов относительно сигнала с первого выхода генератора, сигнал с третьего выхода генератора сдвинут по фазе на 180 градусов относительно сигнала с первого выхода генератора, причем первый вход первого перемножителя, первый вход третьего перемножителей и вход фазовращателя на 90 градусов объединены и являются входом преобразователя сигнала, первый выход генератора соединен со вторым входом первого перемножителя, второй выход генератора соединен со вторыми входами второго и третьего перемножителей, третий выход генератора соединен со вторым входом четвертого перемножителя, выход фазовращателя на 90 градусов соединен с первыми входами
второго и четвертого перемножителей, выходы первого и второго перемножителей соединены с входами первого сумматора, причем выход первого сумматора является первым выходом преобразователя сигнала, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены с входами второго сумматора, причем выход второго сумматора является вторым выходом преобразователя сигнала.
Второй вариант преобразователя сигнала (рис.3). Преобразователь сигнала, отличается от первого варианта преобразователя сигнала тем, что вместо двух сумматоров введены два вычитателя, первый выход генератора соединен со вторым входом второго перемножителя, второй выход генератора соединен со вторыми входами первого и четвертого перемножителей, третий выход генератора соединен со вторым входом третьего перемножителя, выходы первого и второго перемножителей соединены с входами первого вычитателя 21, причем выход первого вычитателя является первым выходом преобразователя сигнала, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены с входами второго вычитателя 22, причем выход второго вычитателя является вторым выходом преобразователя сигнала.
Третий вариант преобразователя сигнала представляет собой цифровой процессор, выполняющий алгоритм обработки входного цифрового сигнала аналогичный алгоритму обработки входного цифрового сигнала выполняемый преобразователем сигнала указанном в первом или втором вариантах преобразователя сигнала.
Формирователь однополосного сигнала работает следующим образом.
При выполнении формирователя однополосного сигнала в составе преобразователя сигнала (первый или второй варианты) и формирователя высокочастотного сигнала алгоритм обработки входного сигнала преобразователем сигнала реализован в цифровом виде. При этом в преобразователе сигнала генератор формирует на своих выходах цифровые сигналы являющиеся цифровой формой представления синусоидальных сигналов, обрабатывается входной цифровой сигнал, выходные сигналы также являются цифровыми, при этом предполагается, что входной цифровой сигнал является цифровой формой представления аналогового или дискретного модулирующего сигнала.
В преобразователе сигнала, входной сигнал поступает на первые входы первого и третьего перемножителей и на вход фазовращателя на 90 градусов. В фазовращателе на 90 градусов входной сигнал сдвигается по фазе на плюс 90 градусов и поступает на первые входы второго и четвертого перемножителей. В перемножителях происходит умножение входных сигналов поступающих на первые входы перемножителей на сигналы поступающие на вторые входы перемножителей с выходов генератора. На выходах
перемножителей получаются двухполосные сигналы. В зависимости от выполнения преобразователя сигнала с использованием сумматоров или вычитателей на входы каждого сумматора поступают два сигнала от двух перемножителей у которых верхние боковые полосы находятся в противофазе друг к другу или на входы каждого вычитателя поступают два сигнала от двух перемножителей у которых нижние боковые полосы находятся в противофазе друг к другу. В сумматорах происходит сложение входных сигналов и на выходах каждого сумматора получается однополосный сигнал (сигнал с нижней боковой полосой). В первом вычитателе сигнал с выхода первого перемножителя вычитается из сигнала с выхода второго перемножителя или наоборот, во втором вычитателе сигнал с выхода третьего перемножителя вычитается из сигнала с выхода четвертого перемножителя или наоборот и на выходах каждого вычитателя получается однополосный сигнал (сигнал с нижней боковой полосой). При этом сигналы с выходов сумматоров или вычитателей отличаются между собой только наличием фазового сдвига в 90 градусов относительно друг друга. Далее сигналы с первого и второго выходов преобразователя сигнала поступают соответственно на первый и второй входы формирователя высокочастотного сигнала. Входные цифровые сигналы формирователя высокочастотного сигнала, пройдя через цифро-аналоговые преобразователи и фильтры нижних частот, преобразуются в аналоговые или дискретные однополосные сигналы. Сигналы с выходов первого и второго фильтров нижних частот поступают соответственно на первый и второй низкочастотные входы балансных модуляторов и в балансных модуляторах происходит умножение этих сигналов на сигналы, поступающие на высокочастотные входы с выходов фазовращателя. При этом в зависимости от фазовых соотношений входных сигналов формирователя высокочастотного сигнала друг относительно друга и от фазовых соотношений выходных сигналов фазовращателя друг относительно друга на выходах балансных модуляторов формируются два двухполосных сигнала, у которых нижние боковые полосы или верхние боковые полосы находятся в противофазе друг к другу. В зависимости от выполнения формирователя высокочастотного сигнала с использованием сумматора или вычитателя в сумматоре происходит сложение входных сигналов и на выходе сумматора получается однополосный сигнал (сигнал с нижней или верхней боковой полосой), в вычитателе сигнал с выхода первого балансного модулятора вычитается из сигнала с выхода второго балансного модулятора или наоборот и на выходе вычитателя получается однополосный сигнал (сигнал с нижней или верхней боковой полосой).
При выполнении формирователя однополосного сигнала с использованием преобразователя сигнала в качестве которого выступает цифровой процессор (третий
вариант), алгоритм обработки входного сигнала преобразователем сигнала аналогичен алгоритму обработки входного сигнала выполняемому преобразователем сигнала указанном в первом или втором вариантах преобразователя сигнала.
При выполнении формирователя однополосного сигнала с использованием аналого-цифрового преобразователя, преобразователя сигнала и формирователя высокочастотного сигнала обработка входного сигнала отличается тем, что сначала в аналого-цифровом преобразователе происходит аналого-цифровое преобразование входного сигнала, а затем полученный цифровой сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя подается на вход преобразователя сигнала, при этом предполагается, что входной сигнал формирователя однополосного сигнала является аналоговым или дискретным модулирующим сигналом.
Оптимальные характеристики формирователя однополосного сигнала.
Для преобразователя сигнала частоту синусоидального сигнала цифровой формой представления которого является сигнал на выходах генератора следует выбирать равной средней частоте спектра того аналогового или дискретного сигнала цифровой формой представления которого является входной цифровой сигнал. Тогда спектр подавляемой боковой полосы входных сигналов сумматора или вычитателя на выходе сумматора или вычитателя формирователя высокочастотного сигнала занимает тот же интервал частот, что и спектр формируемого однополосного сигнала. Таким образом, достигается решение задачи поставленной автором при создании формирователя однополосного сигнала.
Функции формирователя однополосного сигнала.
Описанная работа формирователя однополосного сигнала относится в частности к задаче формирования однополосного сигнала на частотах зависящих от частоты высокочастотного генератора формирователя высокочастотного сигнала из входного модулирующего сигнала. То есть формирователь однополосного сигнала выполняет основную функцию - функцию однополосной модуляции и является однополосным модулятором. Дополнительная функция формирователя однополосного сигнала - демодуляция однополосного сигнала. То есть, формирователь однополосного сигнала является и однополосным демодулятором. Формирователь однополосного сигнала также выполняет однополосное преобразование частоты, при этом выполняется перенос спектра входного сигнала как вверх, так и вниз по частоте, при этом входной сигнал может быть как однополосным, так и любым другим. То есть формирователь однополосного сигнала является и однополосным преобразователем частоты.