ВОЗБУДИТЕЛЬ ДЛЯ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
EXCITER FOR RADIO TRANSMITTERS

Изобретение относится к технике радиосвязи и может использоваться в передающей аппаратуре радиолинии телеграфной и телефонной связи различного назначения, в частности в радиолиниях связи КВ-УКВ диапазонов.
Известен двухкольцевой цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией (ЧМ) с последовательным включением колец, построенных на основе системы импульсно-фазовой автоподстройки (ИФАПЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи каждого кольца (см. свидетельство на полезную модель №30043 от 26.08.2002 года).
В этом ЦСЧ первое кольцо ИФАПЧ узкополосное, работает на одной частоте с ЧМ выходного сигнала, который является опорным для второго кольца. Второе кольцо ИФАПЧ (выходное) включено последовательно с первым и является широкодиапазонным, быстродействующим (за счет использования дробного ДПКД), может работать на ультравысоких частотах. Модулирующий сигнал для второго кольца содержится в его опорном сигнале с выхода управляемого генератора (УГ) первого кольца.
В этом ЦСЧ с ЧМ функции частотообразования и модуляции разделены между первым и вторым кольцами ИФАПЧ, что уменьшает известные противоречия. Двухточечная частотная модуляция осуществляется в первом кольце, работающем на одной фиксированной частоте, а широкодиапазонная перестройка частот и быстродействие при переключении частот - во втором кольце ИФАПЧ.
Недостаток известного устройства состоит в невозможности в настоящее время осуществления двухточечной модуляции путем введения ЧМ в УГ и на модулирующий вход фазового модулятора, включенного между делителем частоты и входом частотно-фазового детектора (ЧФД), так как в выпускаемых микросхемах ЦСЧ нет отдельного доступного входа к ЧФД (все находится внутри «кристалла» микросхемы ЦСЧ). Кроме того, в этом синтезаторе недостаточная чистота спектра выходного сигнала.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является возбудитель для радиопередатчиков [2], содержащий последовательно соединенные формирователь посылок, цифровой модулятор и усилительно-преобразовательный блок, к соответствующим входам которого подключены выходы синтезатора, ко входу которого подключен первый выход блока управления и последовательно соединенные модуляторный блок и блок фильтров. В возбудитель введен входной линейный усилитель с автоматической регулировкой усиления по огибающей, блок дискретного ограничения излучаемого спектра, блок синхронизации, программный блок, селектор, два пиковых детектора, блок сравнения и последовательно соединенные каскад автоматического запирания тракта при пропадании входного сигнала, каскад с регулировкой пиковых напряжений и выходной усилитель, выход которого подключен к первому дополнительному входу усилительно-преобразовательного блока и входу первого пикового детектора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго пикового детектора и вторым дополнительным входом усилительно-преобразовательного блока, выход которого подключен к первому входу селектора, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом программного блока и входом второго пикового детектора, при этом дополнительные выходы синтезатора подключены к первому входу модуляторного блока, второму входу выходного усилителя и ко входам блока синхронизации, выходы которого подключены к синхронизационным входам цифрового модулятора и блока дискретного ограничения излучаемого спектра, вход и выход которого соединены соответственно со вторым выходом формирователя посылок и вторым входом цифрового модулятора, а вход программного блока соединен со вторым выходом блока управления и третьим дополнительным входом усилительно-преобразовательного блока, причем выходы входного линейного усилителя с автоматической регулировкой усиления по огибающей и блока фильтров подключены соответственно ко второму входу модуляторного блока и входу каскада автоматического запирания тракта при пропадании входного сигнала.
Недостатком устройства-прототипа является низкая функциональность для обеспечения автоматизированной радиосвязи.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения автоматизированной радиосвязи.
Поставленная задача достигается тем, что в возбудителе для радиопередатчиков, содержащем блок управления, блок формирования сигнала, усилитель и селектор, согласно изобретению блок управления выполнен в виде вычислительного модуля (ВМ), содержащего центральный процессор (ЦП) и программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС ВМ), блок формирования сигнала выполнен в виде радиочастотного (РЧ) модуля, содержащего ПЛИС РЧМ, формирователь тактовых сигналов, опорный генератор (ОГ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой повышающий преобразователь (ЦПП), три фильтра нижних частот (ФНЧ), селектор содержит входной и выходной коммутаторы, четыре полосовых фильтра и датчик СКЗ, в возбудительное устройство дополнительно введены интерфейсный модуль, содержащий микроконтроллер (МК), кодек и два преобразователя уровня, при этом стык Ethernet 100, через который поступают команды управления, соединен с ЦП, с которым также соединен USB порт, входы-выходы ЦП соединены с ПЛИС ВМ, которая соединена с МК интерфейсного модуля, а также через кодек - с входами ТЛФ, через преобразователи уровня (ПУ) - с входом «Вход ТЛГ» и выходом RS-422, при этом МК интерфейсного модуля соединен со стыком местного управления (МУ) (CAN) и со входом «Контроль РПДУ», а также выход МК соединен со входом ПЛИС РЧМ, а выход МК соединен с датчиком СКЗ селектора и по управлению - с усилителем, выход которого подключен к входному коммутатору селектора, выходы которого соединены с четырьмя полосовыми фильтрами, которые подключены к выходному коммутатору, выход которого с подключенным датчиком СКЗ является выходом РЧ возбудителя, при этом два входа-выхода ПЛИС ВМ по управлению и данным соединены с двумя входами-выходами ПЛИС РЧМ, вход которой соединен с выходом АЦП, а выход - со входом ЦПП, выход которого соединен с усилителем, а три входа АЦП соединены с тремя выходами фильтров нижних частот, на вход первого из которых подаются сигналы с входа ОК ПВ, на вход второго из которых подаются сигналы со входа ОК ОВ, а на вход третьего из которых подаются сигналы промежуточной частоты (ПЧ), при этом вход формирователя тактовых сигналов РЧ модуля соединен с выходом опорного генератора, имеющим для синхронизации с внешними устройствами дополнительный выход на внешний соединитель и внешний вход.
На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, содержащая вычислительный модуль 1 с центральным процессором 2 и программируемой логической интегральной схемой 3. Блок формирования сигнала выполнен в виде радиочастотного модуля 4, содержащего ПЛИС РЧМ 5, формирователь тактовых сигналов 6, опорный генератор 7, аналого-цифровой преобразователь 8, цифровой повышающий преобразователь 9, три фильтра нижних частот 10, селектор 11 выполнен содержащим входной 12, выходной 13 коммутаторы, четыре полосовых фильтра 14 и датчик СКЗ 15. В возбудительное устройство, содержащее усилитель 16, дополнительно введен интерфейсный модуль 17, содержащий микроконтроллер 18, кодек 19 и два преобразователя уровня 20.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Центральный процессор 2 вычислительного модуля 1 программно реализует:
- обработку протокола дистанционного управления от внешних устройств по стыкам Ethernet 100 и RS-422;
- обработку протокола управления от пульта местного управления (ПМУ) по стыку CAN;
- управление составными частями ВУ 1 и блоками радиопередающего устройства (РПДУ);
- сбор данных о состоянии и авариях составных частей ВУ 1 и РПДУ;
- алгоритмы формирования сигналов в телефонных и телеграфных классах излучения, в режиме цифрового входа и входа ПЧ 128 кГц.
Подсистема управления и контроля
Дистанционное управление осуществляется по стыкам Ethernet 100 и RS-422. Команды по стыку Ethernet 100 поступают в ЦП 2. Команды по стыку RS-422 через преобразователь уровня 20 в интерфейсном модуле 18 поступают в ПЛИС 3 вычислительного модуля 1, далее в ЦП 2. В обратном направлении идут ответы ЦП 2 и сообщения о состоянии ВУ 1 и РПДУ.
Команды по стыку МУ (CAN) поступают в микроконтроллер 18 интерфейсного модуля 17, далее транслируются в ПЛИС ВМ 3 и затем в ЦП 2. В обратном направлении идут ответы ЦП 2 и сообщения о состоянии ВУ 1 и РПДУ.
Команды управления узлами ВУ 1 и блоками РПДУ от ЦП 2 поступают в ПЛИС ВМ 3. На ПЛИС ВМ 3 реализован преобразователь интерфейсов, транслирующий команды ЦП 2:
- в МК 18 интерфейсного модуля 17;
- в ПЛИС РЧМ 5.
МК 18 интерфейсного модуля 17 по командам ЦП 2 формирует команды управления блоками РПДУ и выдает на стык МУ (CAN). В обратном направлении идут ответы блоков РПДУ и сообщения об их состоянии.
МК 18 по командам ЦП 2 формирует команды управления селектором 11 и усилителем 16. Включение/выключение усилителя 16 выполняется по линии «Запирание». Выбор диапазона селектора 11 выполняется по линиям управления путем переключения входного 12 и выходного 13 коммутаторов.
ПЛИС РЧМ 7 формирует команды настройки АЦП 10, ЦПП 11 и формирователя тактовых сигналов 8, а также собирает информацию о состоянии устройств РЧ модуля 6. Состояние РЧ модуля 6 транслируется в ЦП 2 по обратному каналу стыка SPORT.
Индикация основных состояний ВУ 1 на передней панели выполняется модулем индикации 17 по линиям управления от ЦП 2.
Стык USB используется для замены программного обеспечения ЦП 2, ПЛИС ВМ 3, ПЛИС РЧМ 5 и МК 18, а также для углубленного контроля состояния ВУ 1 и РПДУ.
Подсистема формирования радиочастотного сигнала.
Формирование радиочастотного сигнала, обработка входных информационных сигналов и алгоритмы цифровой обработки сигналов синхронизируется тактовыми сигналами, формируемыми в РЧ модуле 4 на основе высокостабильного опорного генератора 7. Тактовые сигналы от формирователя поступают 6 на АЦП 8, ЦПП 9 и ПЛИС РЧМ 5. ПЛИС РЧМ 5 транслирует тактовые сигналы в ПЛИС ВМ 3 и далее в ЦП 2. Для синхронизации с внешними устройствами предусмотрен выход ОГ 7 на внешний соединитель. Также обеспечивается режим работы от внешнего входа ОГ 7.
Выбор информационного входа для формирования радиочастотного сигнала зависит от установленного режима работы ВУ 1.
В телефонном режиме информационный сигнал от входа через кодек 19 поступает в ПЛИС ВМ 3 и транслируется в ЦП 2. В ЦП 2 выполняется фильтрация, нормирование уровня телефонного сигнала и модуляция в установленном классе излучения. Модулированный сигнал выдается в ПЛИС ВМ 3.
В телеграфном режиме информационный сигнал от входа ТЛГ через ПУ 20 поступает в ПЛИС ВМ 3, в нем преобразуется последовательный поток отсчетов и транслируется в ЦП 2. В ЦП 2 выполняется регенерация телеграфного сигнала и модуляция в установленном классе излучения. Модулированный сигнал выдается в ПЛИС ВМ 3.
В режиме цифрового входа отсчеты цифрового сигнала поступают в ЦП 2 по стыку Ethernet 100. ЦП 2 без обработки транслирует цифровой сигнал в ПЛИС ВМ 3.
В режиме входа ПЧ информационный сигнал на частоте 128 кГц через фильтр нижних частот 10, снижающий помехи на «зеркалах» частоты дискретизации, поступает на 3-й вход многоканального АЦП 8. С выхода АЦП 8 отсчеты дискретного сигнала поступают в ПЛИС РЧМ 5, где выполняется перенос спектра на нулевую частоту и фильтрация с понижением частоты дискретизации. Отсчеты сигнала ПЧ от ПЛИС РЧМ 5 передаются в ПЛИС ВМ 3, далее транслируются в ЦП 2. В ЦП 2 выполняется фильтрация и нормирование уровня сигнала ПЧ.
В режиме широкополосных или скоростных радиолиний информация от стыка Ethernet 1000 поступает непосредственно в ПЛИС ВМ 3, где и формируется модулированный сигнал.
В ПЛИС ВМ 3 модулированный сигнал от ЦП 2 проходит через алгоритм предыскажения (для компенсации нелинейности усилителя РПДУ). Сигнал из ПЛИС ВМ 3 выдается в ПЛИС РЧМ 5. В ПЛИС РЧМ 5 выполняется:
- повышение частоты дискретизации сигнала с обеспечением большого отношения сигнал/шум;
- вычисление среднего и пикового уровня модулирующего сигнала для подсистемы АРН;
- корректировка уровня сигнала алгоритмом АРН.
Далее сигнал выдается в цифровой повышающий преобразователь 9.
В ЦПП 9 выполняется повышение частоты дискретизации, перенос сигнала на опорную радиочастоту (1,5-80 МГц) и цифроаналоговое преобразование (ЦАП). Опорная радиочастота ЦПП 9 соответствует установленной рабочей частоте ВУ 1 и настраивается по командам от ЦП 2. Выходной уровень ЦАП регулируется командами от ПЛИС РЧ модуля 5 по алгоритму подсистемы АРН.
Радиочастотный сигнал с выхода ЦПП 9 передается на усилитель 16, обеспечивающий номинальный уровень сигнала на выходе ВУ 1 с учетом затухания в селекторе 11. По командам системы управления усилитель 16 может быть заперт для обеспечения малого уровня шумов при отсутствии сигнала.
С выхода усилителя 16 сигнал поступает на вход селектора 11. Селектор 11 состоит из четырех поддиапазонов полосовых перестраиваемых фильтров 14 (в коротковолновом исполнении 1,5-30 МГц четвертый поддиапазон отсутствует). Поддиапазон включается входным 12 и выходным 13 коммутаторами по командам от МК 18 в зависимости от установленной рабочей частоты ВУ 1. Внутри поддиапазона середина полосы пропускания фильтра настраивается на рабочую частоту ВУ 1 по командам от МК 18. С выходного коммутатора 13 сигнал поступает на выходной соединитель ВУ 1.
Подсистема АРН и компенсации искажений тракта РПДУ.
Подсистема АРН регулирует напряжение на выходе ЦПП по:
- контрольному сигналу от датчика уровня на выходе ВУ;
- сигналам направленных ответвителей падающей (ПВ) и отраженной волны (ОВ) на выходе РПДУ;
- контрольному сигналу состояния блоков РПДУ;
- уровню модулирующего сигнала от ЦП 2.
Подсистема АРН также обеспечивает защиту от выбросов напряжения при переключении режимов работы ВУ 1 и РПДУ. Алгоритм АРН реализован программно в ПЛИС РЧМ 5.
Отсчеты среднего и пикового уровня модулирующего сигнала, вычисленные в ПЛИС РЧМ 5, проходят через линию задержки, компенсирующую задержку в сигнала обратного канала. Значения уровня модулирующего сигнала используются при управлении напряжением на выходе ЦПП 9.
Контрольный сигнал, пропорциональный действующему напряжению на РЧ выходе ВУ 1, формируется датчиком СКЗ 15 и поступает в МК 18 интерфейсного модуля 17. МК 18 выполняет аналого-цифровое преобразование и транслирует отсчеты сигнала в ПЛИС РЧМ 5. Значения уровня сигнала на выходе ВУ 1 используются для управления напряжением ЦПП 9 в режиме внутренней АРН (без учета выходной мощности РПДУ) и для контроля неисправностей.
Сигналы с направленных ответвителей ПВ и ОВ подаются на входы обратных каналов ОК1 и ОК2, соответственно. Далее сигналы ПВ и ОВ через фильтры нижних частот 10, снижающие помехи на «зеркалах» частоты дискретизации, поступают на 1-й и 2-й входы четырехканального АЦП 8. С выхода АЦП 8 отсчеты дискретных сигналов поступают в ПЛИС РЧМ 5, где выполняется перенос спектра на нулевую частоту, фильтрация с понижением частоты дискретизации, вычисление среднего и пикового уровня сигналов. Значения среднего и пикового уровня сигналов ПВ и ОВ используются для управления напряжением ЦПП 9 в режиме внешней АРН и для контроля неисправностей.
Сигнал ПВ также транслируется в ПЛИС ВМ 3 и далее в ЦП 2. Сигнал ПВ используется для расчета параметров алгоритма предыскажений, реализованного в ПЛИС ВМ 3.
Контрольный сигнал состояния блоков РПДУ поступает на МК 18 интерфейсного модуля 17. МК 18 транслирует отсчеты контрольного сигнала в ПЛИС РЧМ 5. При увеличении контрольного сигнала (что свидетельствует о неисправности или перегреве блоков РПДУ) алгоритм АРН снижает напряжение на выходе ЦПП 9.
Источники информации
1. Свидетельство на полезную модель №30043, Н03С 3/10, опуб. 26.08.2002 г.
2. Патент №1840279, Н04В 1/02, опубликован 17.08.2006 г.