ПЕРЕДАТЧИК ЧАСТОТНОМОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
FREQUENCY-MODULATED SIGNAL TRANSMITTER

Предлагаемый передатчик частотно-модулированных сигналов относится к области радиотехники и радиолокации и предназначен для использования в радиотехнических системах связи, взаимного обмена информацией и взаимного ориентирования, а также в активной радиолокации.
Известен передатчик с косвенным методом получения частотной модуляции (см. Верещагин Е.М., Никитенко Ю.Г., Частотная и фазовая модуляция в технике связи. М.: "Связь", 1974, стр.20). Передатчик содержит источник модулирующих сигналов, интегратор, фазовый модулятор, кварцевый генератор, умножитель частоты, усилитель мощности и предназначен для передачи широкополосных сигналов, например, дискретных сигналов, состоящих из ряда прямоугольных импульсов различной длительности.
Указанное устройство, в котором частотная модуляция (ЧМ) получается путем преобразования из фазовой модуляции (ФМ), обладает недостатком, а именно, наблюдается паразитное смещение средней частоты ЧМ передатчика при любом модулирующем сигнале, содержащем постоянную составляющую, в результате значительно ухудшается стабильность средней частоты ЧМ передатчика.
Объясняется это явление накоплением заряда на емкости интегратора и соответственно уменьшением скорости нарастания напряжения на этой емкости. Закон изменения средней частоты на выходе передатчика при этом
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>с</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mi>д</mi></msub></mrow><mi>q</mi></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>−</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>T</mi></mfrac></mrow></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
.
Так, например, при модулирующем сигнале со скважностью
q=2
Δf<sub>см</sub>=0,5Δf<sub>д</sub>.
На фиг.3 представлены временные диаграммы работы передатчика, где:
а) - модулирующие импульсы;
б) - напряжение на выходе интегратора;
в) - изменение частоты на выходе ЧМ передатчика;
д
Δf - полезная девиация частоты;
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mi>д</mi></msub></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow>
- установившееся смещение частоты;
T - постоянная времени интегратора.
Величина полезной девиации частоты на выходе передатчика при этом не изменяется, однако смещается средняя частота относительно несущей частоты кварцевого генератора в противоположную относительно полезной девиации частоты сторону.
Передатчик ЧМ сигналов системы ВЗОИ - ВЗОР обладает существенными недостатками.
1. При модуляции импульсными прямоугольными сигналами параметры интегратора и фазового модулятора существенно влияют на искажения формы передаваемого сигнала. На выходе передатчика наблюдается отклонение (броски) частоты обратного знака по отношению к полезной девиации частоты после окончания модулирующего импульса, в несколько раз превышающее полезную девиацию. Это обусловлено быстрым разрядом емкости интегратора через открытый диод, который включен параллельно резистору интегрирующей цели обратной полярностью для модулирующего однополярного импульсного сигнала. Диод включен для улучшения стабильности средней частоты ЧМ передатчика при передаче импульсных сигналов, содержащих постоянную составляющую.
Искажения информации, появляющиеся после интегратора и фазового модулятора, дополнительно увеличиваются в последующем умножительно-усилительном тракте, что связано с его ограниченной широкополосностью. При этом практически невозможно восстановить первоначальную форму передаваемой импульсной информации при ее приеме.
На фиг. 4 представлены временные диаграммы работы передатчика ВЗОИ - ВЗОР, где:
а) - модулирующие импульсы;
б) - напряжение на выходе интегратора;
в) - изменение частоты на выходе ЧМ передатчика.
2. Отклонение (броски) частоты обратного знака по отношению к полезной девиации существенно усложняет работу приемника ЧМ сигналов и может приводить к частичной или даже полной потере передаваемой информации. Необходима установка диодных ограничителей на выходе дискриминатора приемника, а также выполнение специальных требований к построению усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и видеоусилителю, что усложняет построение приемника.
3. Значительно увеличен спектр излучения передатчика, что отрицательно сказывается на выполнении условий совместимости радиотехнических систем, установленных на объекте, а также ухудшается помехоустойчивость этих систем.
Целью настоящего изобретения является уменьшение искажений информации при передаче и увеличение вероятности достоверного ее приема при сохранении высокой стабильности средней частоты частотно-модулированных сигналов путем устранения отклонения частоты обратного знака по отношению к полезной девиации.
Поставленная цель достигается тем, что в передатчик, содержащий усилитель мощности, соединенный с антенной, синхронизатор, один выход которого соединен с источником модулирующих сигналов, а другой - через модулятор с первым входом усилителя мощности, фазовый модулятор, первый вход которого соединен с выходом интегратора и входом цели разряда, второй вход - с кварцевым генератором, а выход - через умножитель частоты подключен ко второму входу усилителя мощности, - введены устройство выделения огибающей импульсов, ключевая схема и линия задержки, при этом два входа ключевой схемы соединены соответственно с выходом устройства выделения огибающей импульсов и выходом цели разряда, а выход соединен со входом интегратора и выходом линии задержки, выход источника модулирующих сигналов соединен со входом линии задержки и входом устройства выделения огибающей импульсов.
Введение в передатчик частотно-модулированных сигналов устройства выделения огибающей импульсов, ключевой схемы и линии задержки уменьшает искажения информации при передаче и увеличивает вероятность достоверного ее приема при сохранении высокой стабильности средней частоты частотно-модулированных сигналов за счет устранения отклонения частоты обратного знака по отношению к полезной девиации, что стало возможным благодаря введению в известное устройство ключевой схемы, которая препятствует работе цели разряда интегратора во время передачи импульсной информации и обеспечивает разряд интегратора по сигналу об окончании передачи из устройства выделения огибающей импульсов, а также линии задержки импульсной информации на время срабатывания ключевой схемы и устройства выделения огибающей импульсов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены:
на фиг. 1 - блок-схема предлагаемого передатчика частотно-модулированных сигналов;
на фиг. 2 - временные диаграммы работы передатчика частотно-модулированных сигналов;
на фиг. 3 - временные диаграммы работы передатчика (аналога);
на фиг. 4 - временные диаграммы работы передатчика ВЗОИ - ВЗОР (прототипа).
Передатчик частотно-модулированных сигналов (фиг. 1) содержит источник модулирующих сигналов 1, линию 2 задержки, интегратор 3, фазовый модулятор 4, кварцевый генератор 5, умножитель частоты 6, усилитель мощности 7, модулятор 8, устройство выделения огибающей импульсов 9, ключевую схему 10, цепь разряда 11, синхронизатор 12 и антенну.
Усилитель мощности 7 соединен с антенной. Один выход синхронизатора 12 соединен с источником модулирующих сигналов 1, a другой - через модулятор 8 соединен с первым входом усилителя мощности 7. Первый вход фазового модулятора 4 соединен с выходом интегратора 3 и входом цепи разряда 11, второй вход соединен с кварцевым генератором 5, а выход - через умножитель частоты 6 подключен ко второму входу усилителя мощности 7. Два входа ключевой схемы 10 соединены соответственно с выходом устройства выделения огибающей импульсов 9 и выходом цепи разряда 11, а выход соединен со входом интегратора 3 и выходом линии 2 задержки. Выход источника модулирующих сигналов 1 соединен со входом линии 2 задержки и входом устройства выделения огибающей импульсов 9.
Конкретное выполнение и работа умножителя частоты, усилителя мощности, модулятора, синхронизатора и линии задержки описаны в научно-технической литературе. В книге Верещагин Е.М., Никитенко Ю.Г. «Частотная и фазовая модуляция в технике связи», М.: "Связь", 1974, достаточно подробно описаны фазовый модулятор, кварцевый генератор и интегратор. Источник модулирующих сигналов построен на элементах дискретной техники и в зависимости от вида передаваемого сообщения выдает различные кодовые импульсные последовательности. Устройство выделения огибающей импульсов также выполнено на элементах дискретной техники и срабатывает от импульсов начала и окончания передаваемого сообщения по их отличительным признакам от остальных импульсов сообщения. Ключевая схема выполнена на интегральной схеме, а цепь разряда - на резисторах и полупроводниковых диодах.
Передатчик частотно-модулированных сигналов работает следующим образом. При его включении на обоих выходах синхронизатора 12 появляются сигналы, соответствующие работе передатчика в режиме передачи кодовой, импульсной информации. Сигнал с первого выхода синхронизатора 12 поступает на вход источника модулирующих сигналов 1. При этом кодовая импульсная информация, предназначенная для передачи на другой подвижный объект, появляется на выходе источника модулирующих сигналов 1, поступает в устройство выделения огибающей импульсов 9 и на вход линии 2 задержки. На время с начала первого импульса кодовой информации и до окончания последнего импульса кодовой информации на выходе устройства выделения огибающей импульсов 9 появляется импульс, поступающий на первый вход ключевой схемы 10. Действие этого импульса таково, что ключевая схема 10 отключает выход цепи разряда 11 от входа интегратора 3, т.е. осуществляет разрыв замкнутой цепи "интегратор - цепь разряда - ключевая схема".
Для преобразования ФМ в ЧМ между входом модулирующего сигнала и фазовым модулятором 4 включен интегратор 3.
Постоянная времени заряда интегратора 3 выбирается в 8÷10 раз большей максимального времени передачи кодовой информации. Выполнение этого условия обеспечивает постоянную скорость изменения напряжения на интеграторе 3 при поступлении каждого последующего импульса информации. Для того, чтобы импульсы информации не поступили на вход интегратора 3 до того, как будет разорвана цепь "интегратор - цепь разряда - ключевая схема", между источником модулирующих сигналов 1 и интегратором 3 включена линия 2 задержки импульсов информации на время срабатываний устройства выделения огибающей импульсов 9 и ключевой схемы 10.
В передатчике применен косвенный метод получения ЧМ, поэтому проинтегрированные импульсы кодовой информации поступают далее на первый вход фазового модулятора 4. Для получения стабильной несущей частоты ко второму входу фазового модулятора 4 подключен кварцевый генератор 5. Частотно-модулированный сигнал с выхода фазового модулятора 4 поступает в умножитель частоты 6 для получения номинала выходной частоты передатчика и гетеродинного сигнала приемника.
Сигнал со второго выхода синхронизатора 12, равный по длительности времени передачи импульсной кодовой информации, поступает на вход модулятора 8, который обеспечивает в это время номинальный режим работы усилителя мощности 7.
Усиленный частотно-модулированный сигнал поступает в антенну и излучается в свободное пространство. В момент окончания последнего импульса передаваемой кодовой информации на выходе устройства выделений огибающей импульсов 9 исчезает импульс, действие которого на ключевую схему 10 было закрывающим и цепь "интегратор - цепь разряда - ключевая схема" замыкается.
После окончания передачи информации передатчик сигналами синхронизатора 12 переводится в режим приема информации другого подвижного объекта. При этом по сигналу с первого выхода синхронизатора 12 источник модулирующих сигналов 1 отключается от линии задержки 2 и устройства выделения огибающей импульсов 9. Сигнал со второго выхода синхронизатора 12, равный по длительности времени приема информации, поступает на вход модулятора 8, который в это время уже не обеспечивает номинальный режим работы усилителя мощности 7 (например, на первый анод лампы бегущей волны усилителя мощности 7 не поступает номинальное напряжение питания и происходит 100% стробирование выходной мощности передатчика на время приема информации приемником). За время переходных процессов, происходящих в модуляторе 8 и усилителе мощности 7 при переходе передатчика ЧМ сигналов из режима передачи информации в режим приема, происходит разряд интегратора и переход его в исходное состояние.
Скорость изменения (уменьшения) напряжения на интеграторе при этом такова, что не вызывает смещения несущей частоты на выходе передатчика после окончания последнего импульса передаваемой кодовой информации. На фиг. 2 представлены временные диаграммы работы передатчика частотно-модулированных сигналов где:
а) модулирующие импульсы;
б) напряжение на выходе интегратора;
в) напряжение на выходе модулятора;
г) изменение частоты на выходе передатчика.
2
1
1
2
Сигнал с несущей частотой F (F), излучаемый другим подвижным объектом, поступает в антенну и на сигнальный вход смесителя приемника. На гетеродинный вход смесителя поступает монохроматический сигнал частоты F (F) с выхода умножителя частоты 6. Принятая кодовая импульсная информация отображается на индикаторе.
Использование устройства выделения огибающей импульсов, ключевой схемы и линии задержки выгодно отличает предлагаемый передатчик частотно-модулированных сигналов от указанного прототипа, так как значительно уменьшаются искажения передаваемой кодовой импульсной информации и увеличивается достоверность ее приема. Устранение отклонения частоты обратного знака по отношению к полезной девиации упрощает построение приемника, так как не требуется установка диодных ограничителей на выходе дискриминатора приемника и выполнение специальных требований к усилителю промежуточной частоты. Сужение спектра излучения улучшает условия совместимости и помехоустойчивость передатчика, а также систем, установленных на объекте. Введенные новые элементы просты по своему построению, но значительно улучшают важнейшие тактико-технические показатели передатчика частотно-модулированных сигналов.