Частотный манипулятор
1. ЧАСТОТНЫЙ МАНИПУЛЯТОР, содержащий генератор синусоидального напряжения, преобразователь сигнала, синхронизатор, и последовательно соединенные генератор несущей частоты, фазовращатель, первый перемножитель и сумматор, к второму входу которого подключен выход второго перемножителя, первый вход которого соединен с выГ/г--- ходом генератора несущей частоты, отличающийся тем, что, с целью подавления паразитной боковой полосы частот, введены два делителя частоты и два фильтра нижних частот, при этом выход -генератора синусоидального напряжения подключен ко входу преобразователя сигнала, выходы которого соединены с одними входами синхронизатора , выходы которого подключены ко входам первого и второго делителей частоты, выходы которых соединены соответственно со в.ходами первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых подключены соответственно ко вторым входам первого и втов рого перемножителей, а выходы первого (Л и второго делителей частоты соединены С с другими входами синхронизатора.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (!9) (и) 3(s)) Н 04 L 27 12
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3581523/18-09 ° (22) 22,04.83 (46) 30.09.84. Бюл.136 (72) С.Н.Елкин и К.С.Свиченский (53) 621.394.61(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9784021, кл. Н 04 - 27/14, 1979.
2. Авторское свидетельство СССР
9828435, кл. Н 04 L 27/12, 1979 (прототип). (54)(57) 1. ЧАСТОТНЫЙ МАНИПУЛЯТОР, содержащий генератор синусоидального напряжения, преобразователь сигнала, синхронизатор, и последовательно соединенные генератор несущей частоты, фазовращатель, первый перемножитель и сумматор, к второму входу которого подключен выход второго перемножителя, первый вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, отличающийся тем, что, с целью подавления паразитной боковой полосы частот, введены два делителя
/ частоты и два фильтра нижних частот, при этом выход генератора синусоидального напряжения подключен ко входу преобразователя сигнала, выходы которого соединены с одними входами синхронизатора, выходы которого подключены ко входам первого и второго делителей частоты, выходы которых соединены соответственно со входами первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых подключены соответственно ко вторым входам первого и вто- Э рого перемножителей, а выходы первого у,у и второго делителей частоты соединены ЮФ с другими входами синхронизатора. С
l1
2. Ианипулятор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что синхронизатор содержит три элемента ИЛИ, два элемента И и элемент НЕ, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со входом элемента
1б555
НЕ и с выходом третьего элемента
ИЛИ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соответственно одними входами и вьмодами синхронизатора, другими входами которого являются входы третьего элемента ИЛИ.
Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в системах переДачи данных для получе-. ния частотной манипуляции.
Известен частотный манипулятор, 5 содержащий сумматор, два фазовращате-, ля и два перемножителя, выходы которых подключены к входам сумматора, входы первого перемножителя.соедине ны с выходами соответствующих фазо- 10 вращателей, первый вход второго пе- . ремножителя соединен с входом первого фазовращателя и на них подан входной сигнал, другой вход первого фаэовращателя через фазовый манипулятор сое- 15 динен с входом второго фазовращателя и на них подан сигнал несущей частоты, а на другой вход фазового манипулятора подан двоичный сигнал С11..
Однако этот манипулятор характе- 20 ризуется наличием двух фазовращателей, необходимостью включения фазового манипулятора во входную цепь одного из перемножителей.
Наиболее близким к предлагаемому 25 является частотный манипулятор, содержащий генератор .синусоидального напряжения, преобразователь сигнала, синхронизатор и последовательно соединенные генератор несущей частоты, Зп фазовращатель, первый перемножитель и сумматор, к второму входу которого подключен вьмод второго перемножителя, первый вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты C2I.
Однако этот частотный манипулятор не подавляет паразитную боковую полосу частот.
Цель изобретения - подавление паразитной боковой полосы частот.
2 ю
Поставленная цель достигается тем, что в частотный манипулятор, содержащий генератор синусоидального напряжения, преобразователь сигнала, синхронизатор и последовательно соединенные генератор несущей частоты.
Фу фазовращатель, первый перемножитель и сумматор, к второму входу которого подключен выход второго перемножителя, первый вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, введены два делителя частоты и два фильтра нижних частот, при этом вьмод генератора синусоидального напряжения подключен к входу преобразователя сигнала, выходы которого соединены с одними входами синхронизатора, выходы которьм подключены к входам первого и второгоделителей частоты, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых подключены соответственно к вторым входам первого и второго,перемножителей, а выходы первого и второго делителей частоты соединены с другими входами синхронизатора.
При этом синхронизатор содержит три элемента PJIH, два элемента И и элемент НЕ, выход которого подключен к первому входу первого элемента
KIH, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом элемента НЕ и с выходом третьего элемента ИЛИ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соотЭ 1116 ветственно одними входами и выходами синхронизатора, другими входами которого являются входы третьего элемента ИЛИ.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого манипулятора, на фиг.2 -. эпюры напряжений, поясняющие его работу.
Частотный манипулятор содержит генератор 1 несущей частоты, генера- 1р тор 2 синусоидального напряжения, преобразователь 3 сигнала, первый 4 и второй 5 делители частоты, первый
6 и второй 7 фильтры нижних частот, первый 8 и второй 9 перемножители, фазовращатель 10, сумматор 11, синхронизатор 12, состоящий из элемента НЕ 13, первого 14 и второго 15 элементов И, первого 16, второго 17 и третьего 18 элементов ИЛИ.
Частотный манипулятор работает следующим образом.
Генератор 2 вырабатывает синусоидальное напряжение с частотой 2 и подает его на вход преобразователя
3, который преобразует синусоидальные колебания в прямоугольные импульсы. С двух выходов преобразователя
3 через первый 14 и второй 15 элементы И синхронизатора 12 на входы первого 4 и второго 5 делителей частоты подаются два меандра, инвертированные друг относительно друга (фиг.2а,б) с частотой следования импульсов 2 Р
Первый 4 и второй 5 делители частоты 35 производят деление поступающих после" довательностей импульсов на два, в результате чего на их выходах получаются последовательности импульсов (фиг.2в,г), сдвинутые один относитель40 но другого на Л/2. После прохождения этих импульсов через первый .6 и второй 7 фильтры нижних частот на первые входы первого 8 и второго 9 перемножителей поступают только первые гар- 45 ,моники разложения ряда Фурье, которые
,также оказываются сдвинутыми один относительно другого на Л /2. На вторые входы первого 8 и второго 9 пе1 ремножителей от генератора 1 несущей 50 частоты подаются сдвинутое на Л/2 фаэовращателем 10 и прямое синусоидальные напряжения с частотой
В результате перемножения напряжений, поступающих на входы первого 55
8 и второго 9 перемножителей, с последующим сложением результатов этих перемножений в сумматоре 11 на вы555 Я ходе манипулятора образуется синусоидальный сигнал с частотой УtF или1-I. в зависимости от того, какая последовательность импульсов на входе первого 4 и второго 5 делителей час.тота оказывается сдвинутой на л /2 относительно другой.
Управление сдвигом одной последовательности импульсов относительно другой осуществляется по закону изменения входного двоичного сигнала синхронизатора 12, который работает следующим образом.
С выходов первого 4 и второго 5 делителей частоты последовательности импульсов (фиг.2в,r) поступают на третий- элемент ИЛИ 18, на выходе которого образуется импульсное напряжение (фиг.2д), подаваемое на вторые входы первого 16 и второго 17 элементов ИЛИ. На первые входы этих элементов ИЛИ подаются инвертированная (фиг.2е) элементом НЕ 13 и прямая (фиг.2ж) последовательности входного двоичного сигнала. В зависимости от значения двоичного сигнала на входах первого 16 и второго 17 элементов ИЛИ вырабатываются последовательности импульсов, изображенные на фиг.2з и фиг.2и соответственно.
Эти импульсы, поступая на входы пер- вого 14 и второго 15 элементов исФ ключают из деления первого 4 или второго 5 делителей частоты один импульс при смене значения двоичного сигнала на входе синхронизатора 12, осуществляя задержку на выходе первого 4 и второго 5 делителей частоты соответствующей выходной последова" тельности импульсов на Л (фиг.2в,r).
В результате этого на выходе сумматора 11 появляется сигнал с часто,той - или 7-F в зависимости от значения двоичного сигнала, т.е. осуществляется частотная манипуляция без разрыва фазы и без потери стабильности высокочастотных колебаний.
Можно оценить качество предлагае" мого частотного манипулятора исходя из тех же условий, что и для прото-, типа, т.е. а< =0,5 (для фазовраща" ь теля lO), где а -фазовая асимметрия высокочастотного фазовращателя. Низкочастотные фазосдвинутые напряжения формируются с помощью первого
4 и второго 5 делителей частоты.
Различные значения величины запаздывания в транзисторах этих делите1116555 лей частоты приводят к тойу, что сдвиг между напряжениями по фазе отличается на дополнительную величину М. Причем при применении в делителях частоты высокочастотных тран» ,зисторов удается получить значения М =0,05-0, 1 мкс на частотах до
10 гКц, что соответствует паразитному отклонению фазы
1О P 2ЯаИ»%-Цй О и)р (f I дпя Ы 0,1 мкс.
Учитывая, что в наихудшем случае знаки при hk на выходах первого и 15 второго делителей частоты могут быть противоположны, принимают
Ь = 2 мс,м = 0,4Т -<0 Грац
Величину А» . где с)" — амплитудная асимметрия в тракте низкой частоты, оценивают иэ следующих соображений.
Выходные транзисторы первого 4 25 и второго 5 делителей частоты предла. гаемого манипулятора могут находиться в одном из двух состояний — оба перехода открыты или оба перехода закрыты. В первом случае, т.е. в режиме насыщения, эквивалентная схема транзистора представляет собой генератор остаточного напряжения с небольшим внутренним сопротивлением (доли.ома), которым можно пренебречь.
В режиме насыщения остаточное напряжение на коллекторе транзистора как функцию от коллекторного и базового 1 г токов можно определить . выражением . 40
В„„- „° Э (4i f) (2)
V = -Т „— (4 P ) 4< 1„ Л„ (ф ф / )
Кф где Ôò " — температурный потен- 45 циал (Т - абсолютная температура, К вЂ” постоянная Больцмана, С - заряд электрона, при Т 300 К, g 0,026 В), J5 — коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером при прямом 0 включении, — коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером при инверсном включении (коллектор при этом играет роль эмиттера), Э вЂ” обратный ток коллекторного перехода, »
В режиме насыщения
При большом токе базы, когда выполняются неравенства tg)7 ® )) Лк, остаточное напряжение на коллекторе минимальное
v„„.- е,с. т (3) ми)»
Из (3) следует, что для получения низкого остаточного напряжения ключевой схемы, выгоднее включить транзистор в инверсном варианте (поменять эмиттер и коллектор транзистора местами), так как . )>> .УХ
Тогда ))„дддт = ф (4)
Обычные значения =20-100» Отсюда
ge ло
) мин = „+ = " Р -: 0Я 6 vs
Это подтверждается и экспериментальными данными.
Остаточное напряжение 0 )» попеременно появляется на выходах первого
4 и второго 5 делителей частоты, амплитуды которых различаются на величину разброса Окмц 1(см.(5Ц .
Выбирая наихудший случай, получают
ЬЧк мим т > ", О, Ь = 4ма а относительное изменение определяется выражением, а 4 мин
V где 0 — напряжение питания, подаваемое на выходные-транзисторы первого
4 и второго 5 делителей.
Выбирая U =5 В (обычная величина
Напряжения, подаваемого для питания импульсных микросхем). получают
d, оя 0
Влияние обратного токо эмиттерного перехода Др, аналогично.
Рассматривая закрытый транзистор как генератор тока Лэ„получают; что относительный уровень изменения амплитуды выходного напряжения на выходе первого 4 и второго 5 делителей частоты равен О/3З, R.. Лля транзисторов с разбросом параметров.
2эв 1-5 мкА и отношения 0/q =10 мА относительное изменение амплитуды
y ° да
О - — — 0,4. )0»о-> ТогДа 4 = Ct d - 0,6 40 1116555 ВНИИПК Заказ 6947/45 Турах 634 Подписиое Филиал HGG "Патеит", r.Óêroðîä, ул.Проектиая, 4 Подставляя, полученные для предлагаемого манипулятора значения фазовой и амплитудной асимметрии, получают общее выражение для степени подавления параэитной боковой полосы в общем виде / 1 — +-ор- о йт1 i p,ье ос 1 460 Преимуществами предлагаемого час- 10 точного манипулятора по сравнению с прототипом являются повышение степени компенсации паразитной боковой полесы,которая для наиболее часто используемых в технике передачи данных частот сдвига до Г=500 Гц. составляет 1 порядка 9-10 дБ, отсутствие фазовых манипуляторов как источника дополнительной амплитудной и фазовой асимметрии, упрощение настройки уст- 20 ройства при частотах сдвига до 500 Гц так как точность. поддержания I сдвига фазы fi/2 на низкой частотепо крайней мере на порядок выше, чем на несущей, что позволяет подстраивать фаэовращатель по максимуму одним органом настройки, упрощение практической реализации устройства, выраженное в унификации элементов схемы, так как в цепях манипулятора используются типовые устройства цифровой техники, повышение температурной стабильности, так как дестабилизирующее влияние изменения температуры сказывается .а настройку только одного фаэовращателя, а не двух, как у прототипа, Существенное повышение степени подавления паразитной боковой полос < при использовании предлагаемого частотного манипулятора позволяет улучшить чистоту спектра выходного сигнала, а значит улучшить условия электромагнитной совместимости совместно используемых радиотехнических устройств, повышает помехоустойчивость радиолиний передачи дискретной информации и одновременно за счет повышенной термостабильности и упрощения системы настройки улучшает их эксплуатационные характе" ристики.