Фазовый манипулятор

 

ФАЗОВЫЙ МАНИПУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний, первый развязывающий блок, первый упрагзляемлй фазовращатель и второй развязывающий блок, выход которого подключен к входу блока нагруз-кн и к первому входу фазового . детектора, второй вход котброго соединен с выходом третьего развязывающего блока, к входу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвер- , того развязываюиего блока, к входу которого подключен выход источника несущих колебаний, и генератор постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу усилителя постоянного тока, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента передачи и с входом фильтра ниж;них частот, выход которого подключен к второму входу первого управляемого фазовращателя, при этом к первому входу блока с переключаемым знаком коэффициента передачи подключен выход источника манипулирующего сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности манипуляции, в него введены формирователь управляющего сигнала, накопитель, блок измерения и вычисления разности значений напряжения и последовательно роединенные регулируемый генератор постоянного напряжения, блок вгачятания и пиковый детектор, выход которого подключен к второму входу блока с переключаемые знаком коэффициента передачи, первый вход которого соединен с входом формирователя управлякапего сигнала, выходы которого подключены к первым входам блока измерения и вычисления разности значений напряжения и накопителя, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока измерения и вычисления разности значений напряжения и с вторым входом второго управляемого фазовращателя причем выход фазавого детектора подключен к вторым входам блока вычитания и блока измерения и вычисления разности значений напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(50H 4 Ь 27 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3456097/18-09 (22) 23, 06. 82 (46) 07.11.83. Бюл. Р 41 (72) A.Â.1 îðöõîâ и Г.М.Потехин (53) 621.894.61(088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство

СССР 9 760748, кл. Н 04 Ь 27/16, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 930736, кл. Н 04 L 27/18, 1980 (прототип), (54)(57) ФАЗОВЬ1И МАНИПУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний, первый развязывающий блок, первый управляемлй фазовращатель и второй развязываищий блок, выход которого подключен .к входу блока нагруз- ° ки и к первому входу фазового детектора, второй вход котЬрого соединен с выходом третьего развязывающего блока, к входу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвер-, того развяэывающего блока, к входу которого подключен выход источника несущих колебаний, и генератор постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу усилителя постоянного тока, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента переда ч и и с входом филь тра н иж.них частот, выход которого подключен к второму входу первого управ- ляемого фазовращателя, при этом к первому входу блока с переключаемым знаком коэффициента передачи подключен выход источника манипулирующего сигнала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности манипуляции, в него введены формирователь управляющего сигнала, накопитель, блок измерения и вычисления разности значений напряжения и последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного напряжения, блок вычитания и пиковый детектор, выход которого подключен к второму входу блока с переключаемьм знаком коэффициента передачи, первый вход которого соединен с входом формирователя управляющего сигнала, выходы которого подключены к первым входам блока измерения и вычисления разности значений напряжения и накопителя, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока измерения и вычисления разности значений напряжения и с вторым входом второго управляемого фазовращателя, причем выход фаэавого детектора подключен к вторым входам блока вычитания и блока измерения и вычисления разности значений напряжения.

1053320

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в передатчиках, работающих с фазовой манипуляцией, и в устройствах формирования фазоманипулированных колебаний со стабильным фазовым сдвигом, Известен фазовый манипулятор, выполненный в виде линейного фазового модулятора на управляемом фазовращателе со схемой стабилизации индекса фазовой модуляции (lJ .

Недостатком известного манипулятора является то, что примененный принцип стабилизации не является безусловно устойчивым, так как, при возможных уходах фазового сдвига ЬЯ > вследствие воздействия дестабилизирующих внешних факторов манипулятором не различается знак остаточной расстройки и знак обратной .связи, причем манипулятор не отличает изменения индекса фазовой модуляции от ухода постоянного фазового сдвига между входами

Фазового детектора.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является

Фазовый манипулятор, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний, первый развязывающий блок, первый управляемый

Фазовращатель и- второй развязывающий блок, выход которого подключен к входу блока нагрузки и к первому входу Фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом третьего развязывающего блока, к входу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвертого развязывающего блока, к входу которого подключен .выход источника несут их колебаний, и генератор постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу усилителя постоянного тока, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента передачи и с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к второму входу первого управляемого фазовращателя, при этом к первому входу блока с пере.ключаемым знаком коэффициента пе— редачи подключен выход источника манипулирующего сигнала (2) .

Однако известный манипулятор имеет низкую точность манипуляции.

Цель изобретения — повышение точности манипуляции.

Эта цель достигается тем, что в Фазовый манипулятор, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний, первый раэвязывающий блок, первый управляемый. фазовращатель и второй развязывающий блок, выход которого подключен к входу блока нагрузки и к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом третьего развязывающего блока, к входу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвертого развя10 зывающего блока, к входу которого подключен выход источника несущих колебаний, и генератор постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу усилителя

15 постоянного тока, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента передачи и с входом фильтра нижних частот., выход которого подключен к второму входу первого управляемого фазовращателя, при этом к первому входу блока с переключаемым. знаком коэф-. фициента передачи подключен выход источника манипулярующего сигнала, введены формирователь управляющего сигнала, накопитель, блок измерения и вычисления разности значений напряжения и последовательно соединенные регулируемяй генератор постоянного напряжения, блок вычитания и пиковый детектор, выход которого подключен к второму вход1 блока .с переключаемым знаком коэффициента передачи, первый вход которого соединен с

35 входом формирователя управляющего сигнала, выходы которого подключены к первым входам блока измерения и вычисления разности значений напряжения и накопителя, второй

4Q вход и выход которого соединены соответственно с выходами блока измерения и вычисления разности значений напряжения и с вторым входом второго управляемого фазо45 вращателя, причем выход Фазового детектора подключен к вторым входам. блока вычитания и блока измерения и вычисления разности значений напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого манипулятора; на фиг. 2график, иллюстрирующий зависимость фазы от напряжения.

Фазовый манипулятор содержит источник 1 манипулирующего сигнала, источник 2 несущих колебаний, первый развязывающий блок 3, первый управляемый фазовращатель 4, второй развязывающий блок 5, блок б нагрузки, фазовый детектор 7, третий развязывающий блок 8, второй управляемый фазовращатель 9, четвертый развязывающий блок 10, блок 11 вычитания, регулируемый генератор 12, пиковый детектор 13, блок 14 с перек1053320 лючаемым знаком коэффициента пере-. дачи, усилитель 15 постоянного тока, генератор 16 постоянного напряжения, фильтр 17 нижних частот блок .18 измерения и вычисления разности значения напряжения, накопитель 19, формирователь 20 управляющего сиг.— нала.

Манипулятор работает следующим образом.

" Высокочастотное несущее колебание от источника 2 поступает на второй вход фазового детектора 7 через последовательно соединенные четвертый раэвязывающий блок 8, второй управляемый фаэовращатель 9 и третий развяэывающий блок 10, а .на первый вход фазового детектора 7 и на блок 6 несущее колебание поступает через последовательно соединенные первый развяэывакщий блок 3, первый управляемый фаэовращатель 4, второй развяэывающий блок 5. Получившие фазовые сдвиги высокочастотные несущие колебания сравниваются. Фазовый сдвиг первого управляемого фазовращателя 4 зависит от частоты несущего колебания и от подаваемого на управляющий вход напряжения, которое можно представить как сумму среднего значения напряжения и изменяющего относительно него переменного напряжения (среднее значение управляющего напряжения определяется как полусумма напряжений, соответствующих двум устойчивым состояниям манипулятора с противоположными значениями фазы) . Фазовый сдвиг второго управляемого фаэоврашателя 9 также зависит от частоты несущего колеба-. и от напряжения на управляющем входе.

В фазовом детекторе 7 фаэовые сдвиги, зависящие от частоты несущего колебания, а также от среднего и постоянного управляющих напряжений на управляющих входах этих управляемых фазовращателей 4 и 9 вычИтаются. Включение идентичных обоих управляемых фазовращателей . позволяет значительно уменьшить зависимость выходного сигнала фазо- вого детектора 7 от частоты несущего колебания. Получающийся при этом выходной низкочастотный сигнал, являющийся функцией разности фаз входньл сигналов,с выхода фазового детектора 7 поступает на один вход блока 11 вычитания, а на другой его вход — эталонный сигнал, соответствующий заданной разности фаэ по характеристике фазового детектора 7 от .регулируемого генератора 12. Блок 11 вычитания сравнива.ет входные сигналы и выдает сигнал рассогласования на вход пикового детектора 13, который выделяет пиковое напряжение рассогласования, которое поступает на второй вход блока 14. Блок 14 в соответствии с сигналом, поступающим на его первый вход от источника 1, 5 изменяет или оставляет беэ изменения знак напряжения рассогласования, поступающего от пикового детектора 13. С выхода блока 14 сигнал рассогласования подается на !

О один вход усилителя 15 постоянного тока, а на другой его вход поступает постоянное напряжение сдвига от генератора 16. Усилитель 15 постоянного тока усиливает и сдвигает

)5 уровень сигнала рассогласования, который с его выхода подается на вход фильтра 17 нижних частот, который .формирует из сигнала расспгласования с резкими переходами сигнал со сглаженными переходами от одного значения сигнала рассогласования к другому. С выхода фильтра 17 нижних частот сигнал рассогласования поступает на управля25 ющий вход первого управляемого фазовращателя 4. На выходе первого управляемого фаэовращателя 4 высокочастотное колебание получает фазовый сдвиг, определяемый сигналом рассогласования и частотой несущего колебания. Перечисленные с учетом их связей блоки составляют систему фаэовой автоподстройки фазы (ФЛПФ).

Устойчивые состояния кольца

З5 ФАПФ определяются из уравнения для значения фазы в замкнутой системе на первом входе фазового детекто- ра: (p =PUю+ " Ч- )"е "и ) рд ()

4О где Ч вЂ” разность фаз сигналов на входах фазового детектора 7;

5р - крутизна управления первого управляемого фазовращате45 ля 4;

=) ((d)- коэффициент передачи фильт 9 74 ра 17 нижних частот; ,iV =Kq(u)- коэффициент передачи усилителя 15 постоянного тока;

0 ь- постоянное напряжение с генератора 16 постоянного напряжения; ."рд="р ь4- коэффициент передачи пикового детектора 13;

"n коэффициент передачи блока 14 с переключаемым знаком коэффициента передачи;

"9 — коэффициент передачи блока

11 вычитания; вйходное напряжение регулируемого генератора 12;

Цып(р — выходное напряжение фазо,вого детектора 7;

И вЂ” текущая частота сигнала. .В статическом состоянии системы, 65 когдаN= О, KI) Крь и К ц имеют по1053320

5 (о где

20 (7) <у„=-0,5

I (5) Чю=Ч - M Mi °

65 стоянные значения. Обозначим их как

k kд, k Тогда уравнение (1) примет вид у = В(),„ »п -()» ) з "и knä ()»Д 4 kq> Sp (2) Уравнение (2) можно записать в виде: =0()п к« М-()о 4-() ) о, )0 »Я) Ц сР4 8 пД > ()» »ь kQ фй

Umk=()ю "в "ч kv kAA.

Для отыскания статических состояний системы необходимо найти множество значений фазы, являющихся решениями уравнения (3).

Из этого множества решений выделяются решения, .соответствующие устойчивым статическим состояниям системы ФАПФ. Необходимым условием для существования потенциально устойчивых состояний в замкнутой системе ФАПФ является наличие отрицательной обратной связи. Это означает, что при раэмыкании схемы манипулятора приращение фазы на втором входе фазового детектора 7 должно вызвать на выходе второго развяэывающего блока 5 приращение фазы с противоположным знаком или производная от правой части уравнения (3) по фазе должна быть отрицательиа: (l(umesin<-H.) kÄ-U,) .) О.

ПрОизведя дифференцирование, получим неравенство: ! о() я„k COG (f <0

Неравенство (5) определяет множество значений фазы, для которых выполняется условие устойчивости системы (кольца ФАПФ).

Причем система ФАПФ поддерживает постоянную разность фаз, определяемую выбором напряжения Ц, с некотрой точностью, при этом,точность тем выше, чем больше коэффициент передачи всего разомкнутого кольца ФАПФ. В частном случае при

Щ 0 получим ма н ип ул ятар фа зы на 180 . При других значениях Q будут получены другие значения разности фаз.

Работа манипулятора в динамическом режиме при наличии манипулирующего сигнала информации от источника 1 и скорости передачи ин- . формации ВМ, удовлетворяющей условию (t 8„ (б) л где (,pq* - постоянная времени разряда пикового детектора.

В первоначальный момент времени система находится в устойчивом состоянии со значением фазыцк . При изменении манипулирующего сигнала от источника 1 изменяется на противоположный коэффициент передачи1д блока 14 с переключаемым знаком коэффициента передачи. Поскольку пиковый детектор 13 имеет большую постоянную времени его выходное напряжение в начале не изменяется, а у выходного напряжения блока 14 с переключаемым знаком коэффициента передачи меняется скачком только знак, величина же этого напряжения остается такой же. Этот перепад напряжения, сдвинутый по постоянному уровню усилителем 15 постоянного тока, поступает на фильтр

17 нижних частот, который формирует из сигнала с резким перепадам напряжения сигнал с плавным переходом по выбранному закону. Полученное напряжение подается на управляющий вход первого управляемого фазовращателя 4 и изменяет фазу выходного сигнала на блоке б нагрузки и втором входе фазового детектора 7. Для удобства рассмот-. рения введем значение фазы соответствующее точке, относительно которой происходит переключение фазы на выходе первого управляемого фазовращателя 4. Значение фазы Я» в системе ФАПФ устанавливается с помощью генератора 1б. В соответствии с принятым ранее при решении уравнения (3) предположением о линейности всех входящих в систему ФАПФ блоков, кроме фазового детектора 7, одинаковые приращения напряжения на входе первого управляемого фазавращателя 4 вызовут одинаковые приращения фазы на его выходе и, учитывая ранее изложенное, что при смене коэффициента „ в начальный момент времени происходит только смена знака приращения А()» относительно ()» на управляющем входе первого управляемого фазовращателя, значение фазы на его выходе будет равна где дскб с к-ф,, а (, значение фазы соответствует второму устойчивому состоянию системы ФАПФ.

Поэтому система ФАПФ начнет подстраивать значение фазы на выходе первого фазовращателя до значения фазы, с постоянной времени 1 р пикового детектора 13.. Аналогичный переходный процесс будет при обратйом переключении. 1053320

Находят значение фазы с,, при котором(у„,=, Мп-9<

Ч(опт

Чк — Ч и и соответственно г

Если выставить с помощью генератора

16 напряжение.U«„, то получаются вполне определенные переходные про.цессы

Причем при установке оптимальных значений0 „ ис щ„, исключается. часть переходйогб процесса, определяемого пиковым детектором, и разность фаэ д|я, поддерживается постоянной везде, . эа исключением вре-. мени переходных процессов в системе ФАПФ, определяемых фильтром 17 нижних частот, гдед РА - разность между текущим значением фазы на выходе первого управляемого фазовращателя 4.и предыдущим статическим э чением фазы .с -у,, при k„>0 щ ц„, при оп<0. !

3а исключением времени на переходные процессы выполняется условие .Дф — Ь с . т.е. разность фаз в статическом 6ф„ .и динамическом ь Рд режиме работы системы ФАПФ одинаково.

При этом критерием оптимального значения tq„(или,tf<) является равенство значейий напряжения на выходе фазового детектора 7, соответству.ющих противоположным устойчивым состояниям системы.

При увеличении скорости передачи информации характер переходных процессов в системе ФАПФ изменяется.

Рассмотрим случай, когда скорость передачи В> удовлетворяет условию.

n р

"пд > "<Рц вм . и значение Фазы (f< то же, что и в предыдущем случае. Характер переходных процессов в этом случае полностью определяется способностью системы ФАПФ отслеживать скорость ,изменения информации.

Поэтому необходимо ввести устройство, которое автоматически будет производить оптимальную настройку фазового манипулятора.

Для этого в манипулятор дополнительно введены блок 18, накопитель 19 и формирователь 20, которые совместно с описанной системой ФАПФ образуют самонастраивающуюся систему.

Работа самонастраиваю,ейся ситемы в динамическом режиме. В со10 ответствии с критерием оптимальности блок 18 измеряет напряжения Uq и0 на выходе фазового детектора 7 в моменты времени, соответствующие двум соседним посылкам и вычисляет раз15 ность Up

Up =(U,-Ìkù, где К - к о эффициен т пропорцио нальности. Сигнал разности после вычисления поступает на накопитель 19 и накапли:вается, т.е. к ранее заполненному в нем напряжению прибавляется напряжение.Ор с соответствующим зна-. ком. Полученное напряжение подается с выхода накопителя 19 на управляющий вход второго управляемого фаэовращателя 9 и изменяет значение фазы высокочастотного сигнаЗ0 ла на первом входе фазового детектора 7 таким образом, что значение фазы ц приближается к значению д, .

Этот процесс продолжается до тех пор, пока не станет0 О,аЧ =Ч опт

35 .Для того, чтобы процесс самонастройки был сходящимся, надо выбрать соответствующим образом коэффициент Кщ..Формирователь 20 организу4Q Ът процесс измерения, вычисления, разности, накопления и запоминания результатов вычислений в соответствии со значением манипулирующего. .сигнала от источника 1, т.е. в за4 висимости от выбранного конкретного исполнения напряжение 0д измеряется на посылке, где kq> О, à 0 при

1(П <О или наоборот.

Таким образом, введенная совокупность блоков позволяет значительно повысить точность манипуляции сигнала.

Составитель А. Иоскевич, Редактор Н.Рогулич Техред N.Êîñòè : Корректор А.Тяско

Заказ 8903/58 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул.Проектная, 4