СПОСОБ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR PHASE-SHIFT KEYING AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к технике радиосвязи путем манипуляции фазы несущего колебания радиосигнала и предназначено для использования в схемах импульсных манипуляторов в передатчиках большой и средней мощности.
Известен способ манипуляции фазы периодической последовательности радиоимпульсов, в котором изменение фазы несущего колебания в заданных кратностью манипуляции пределах осуществляют одним скачком. Такой способ реализован, например, в известном импульсном двукратном фазоразностном манипуляторе [1. Заездный A.M. и др. Фазоразностная модуляция и ее применение для передачи дискретной информации. М.: «Связь», 1967, с. 62, рис. 2.6]. В этом манипуляторе «Все комбинации разностей фаз создаются комбинацией скачков фаз на 45, 90 и 180 градусов» [1, с. 62].
Недостатком известного способа манипуляции фазы является появление в блоках передатчика, подключенного к комплексной нагрузке, в моменты манипуляции фазы бросков напряжения, обусловленных переходным процессом в комплексной нагрузке. По причине скачка фазы на заданный угол (φ) сигнал, поступающий с выхода фазоразностного манипулятора на вход усилителя мощности, обуславливает появление во всех блоках передатчика, следующих за фазоразностным манипулятором (усилитель мощности, согласующее устройство, антенна) броска амплитуды (ΔА) тока, равного:
где А - амплитуда тока в усилителе.
Особенно интенсивны броски тока при манипуляции фазы несущей на 180°, обуславливающие появление бросков напряжений опасных для электронных компонентов блоков, что существенно снижает надежность работы передатчика. В частности, если относительное изменение амплитуды тока при φ=180°, (ΔА/А)=2, то при φ=45°, (ΔА/А)=0,76.
Известен цифровой фазоразностный манипулятор по патенту RU 2401514 с изменением фазы между заданными значениями за один период несущего колебания с шагом 1/8 периода (45°). Такой способ изменения фазы не учитывает разнообразия реализаций комплексной нагрузки, подключенной к передатчику, и в случае высокодобротной нагрузки, например в случае антенны-мачты, может оказаться неэффективным.
Способ, реализованный в цифровом фазоразностном манипуляторе по патенту RU 2401514 взят в качестве прототипа заявленного способа манипуляции фазы. В качестве прототипа устройства для реализации заявленного способа манипуляции фазы взята типовая схема фазоразностного манипулятора, приведенная в [1. с. 62, рис. 2.6]. Этот манипулятор содержит три последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, образующие делитель частоты, вход и выход которого является входом и выходом двукратного фазоразностного манипулятора.
Целью изобретения является повышение надежности работы передатчика с манипулятором по фазе в случае работы передатчика на комплексную нагрузку с высокой добротностью, например на антенну-мачту.
Поставленная цель достигается тем, что в манипуляторе с пошаговым изменением фазы несущего колебания между заданными кратностью манипуляции значениями фазы изменение фазы выполняют за время длительностью не менее длительности переходного процесса в комплексной нагрузке передатчика, а шаг изменения фазы задают равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке передатчика к степени двойки с показателем степени, равным заданному натуральному числу М.
Для реализации этого способа предлагается импульсный фазовый манипулятор, содержащий М последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, образующие первый делитель частоты, вход и выход которого является входом и выходом фазового манипулятора, транзисторный ключ манипуляции фазы, соединенный через дешифратор с источником информации, отличающийся тем, что снабжен генератором импульсов смены фазы, одинаковыми с первым, вторым и третьим делителями частоты и схемой логического умножения, причем выход генератора импульсов смены фазы соединен с первым входом логической схемы и входами второго и третьего делителей частоты, выходы которых взаимно инвертированы и соединены со вторым и третьим входами логической схемы, выход которой соединен с управляющим входом первой схемы коммутации и деления на два в первом делителе частоты, а транзисторный ключ манипуляции фазы подключен к управляющему входу одной из схем коммутации и деления на два в третьем делителе частоты. В этом манипуляторе на выходе генератора импульсов смены фазы частота следования импульсов равна частоте полосы пропускания комплексной нагрузки передатчика, умноженной на два в степени М.
На фиг. 1 показана функциональная схема импульсного фазового манипулятора, реализующего предлагаемый способ манипуляции фазы в варианте двукратной (45°, 90°, 180°) манипуляции фазы. На фиг. 2 показаны эпюры напряжений на входах блоков фазового манипулятора при манипуляции фазы на 180°.
Фазовый манипулятор содержит: задающий генератор 1 опорного колебания и генератор 2 импульсов смены фазы; последовательно соединенные схемы (CKn,) коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, образующие одинаковые делители 3, 4, 5 частоты следования импульсов; схему 6 логического умножения; транзисторный ключ 7 включения / выключения генератора 2; транзисторный ключ 8 манипуляции фазы, соединенный через дешифратор 9 с источником информации.
Делитель 3 предназначен для формирования несущей радиосигнала из импульсной последовательности типа меандр, поступающей на вход делителя 3 от задающего генератора 1 опорного колебания. Первая управляемая схема (CK1) коммутации и деления на 2 в делителе 3 реализует дискретную манипуляцию фазы несущей. Генератор 2 последовательности импульсов смены фазы, делители 4, 5, и схема 6 логического умножения предназначены для формирования счетной последовательности импульсов, определяющей число шагов изменения фазы несущей. Транзисторный ключ 7 по приходу импульса начала изменения фазы несущей включает генератор 2 и выключает его после изменения фазы. Транзисторный ключ 8 манипуляции фазы управляется импульсами, поступающими с дешифратора 9, соединенного с источником информации. Кроме того, в прототипе в качестве схем коммутации и деления на два используют управляемые триггеры. Для исключения потери информации при совпадении фронтов импульсов на счетном и управляемом входах триггера, в прототипе обе последовательности импульсов синхронизированы и имеют сдвиг по фазе. В предлагаемом манипуляторе, в отличие от прототипа, в качестве управляемых схем коммутации и деления на два используют фазовый модулятор коммутационного типа, допускающий асинхронную работу при любом сдвиге фронтов счетного и управляющего импульсов.
Предлагаемый способ манипуляции фазы реализуют следующим образом.
п
п.
Задают частоту (f) несущей и полосу пропускания (Δf) комплексной нагрузки. Полосу пропускания определяют по длительности (t) переходного процесса в комплексной нагрузке по формуле: Δf=1/1С учетом особенностей работы цифровой аппаратуры в двоичном коде, шаг изменения фазы задают равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке к степени двойки с показателем степени, равным натуральному числу М. Взяв за период эквивалентной периодической последовательности импульсов длительность переходного процесса, шаг изменения фазы (Δφ) определяют по формуле: Δφ=360° / (2∧М), в частности для М=3, Δφ=45°. Изменение фазы с таким шагом обеспечивают М последовательно соединенные схемы коммутации и деления на два в каждом из делителей 3, 4, 5, (М=3 - три схемы). Для случая М=3, с учетом деления частоты следования импульсов на два делителями 3, 4, 5, частоту генератора 1 опорного колебания устанавливают равной 8f несущей частоты, а частоту генератора 2 последовательности импульсов смены фазы устанавливают равной 8Δf полосы пропускания комплексной нагрузки. При этом длительность переходного процесса в комплексной нагрузке задают кратной периоду несущего колебания, что обеспечивает кратность частот несущего колебания и полосы пропускания, что, в свою очередь, обеспечивает возможность синхронизации работы всех блоков фазового манипулятора опорным колебанием.
Предлагаемый импульсный фазоразностный манипулятор в варианте манипуляции на 180° работает следующим образом (фиг. 1, фиг. 2).
Задающий генератор 1 опорного колебания генерирует импульсную последовательность типа меандр, поступающую на вход делителя 3, с выхода которого, после деления частоты схемами коммутации и деления на два CK1, CK2, CK3, импульсная последовательность несущей частоты поступает на вход усилителя мощности (на фиг. 1 не показан). По приходу импульса начала изменения фазы транзисторный ключ 7 включает генератор 2 последовательности импульсов смены фазы, которая поступает на первый вход логической (И) схемы 6 и на входы делителей 4, 5, с выходов которых взаимно инвертированные импульсы поступают на второй и третий входы логической схемы 6. При этом за один период импульсов на выходе делителей 4, 5, на первый вход логической схемы 6 приходит 8 импульсов смены фазы, 4 - за половину периода.
В случае отсутствия информационного сигнала, по причине взаимного инвертирования импульсов на выходе делителей 4, 5, импульсы смены фазы через логическую схему 6 не проходят и за время такта передачи информации фаза несущей на выходе делителя 3 не меняется. По заднему фронту импульса на выходе делителя 4 транзисторный ключ 7 возвращает генератор 2 импульсов смены фазы в исходное состояние.
В случае появления информационного сигнала дешифратор 9 выдает команду на срабатывание транзисторного ключа 8, который через третью (М-ую) схему коммутации и деления на 2 коммутирует импульс на выходе делителя 5. В результате на входы логической схемы 6 все импульсы поступают в фазе и на выход логической схемы 6 проходят 4 импульса смены фазы. Эти импульсы последовательно поступают на управляющий вход первой схемы коммутации и деления на 2 делителя 3, которая с шагом 45° меняет фазу несущей на выходе делителя 3 на 180°. По заднему фронту импульса на выходе делителя 4 транзисторный ключ 7 возвращает генератор 2 импульсов смены фазы в исходное состояние.
Использование в передатчике радиосигнала предлагаемого способа фазовой манипуляции и устройства для его реализации позволит, за счет учета переходного процесса в комплексной нагрузке передатчика, значительно уменьшить паразитную амплитудную и фазовую модуляцию выходного сигнала, выбросы напряжения на выходных транзисторах и исключить возможность выхода передатчика из строя. Кроме того, увеличение времени коммутации фазы позволяет уменьшить ширину полосы передачи сигнала, что способствует увеличению числа линий связи в заданной полосе частот.