Устройство для синхронного преобразования (его варианты)

 

Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазочувствительных приборах. Цель изобретения - повышение точности. Сущность: между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фильтр нижних частот, блок с управляемым коэффициентом передачи и сумматор, при этом вторые входы блока с управляемым коэффициентом передачи и сумматора подключены к выходу генератора модулирующих синалов. В вариантном исполнении между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фазочувствительный выпрямитель, блок с управляемым коэффициентом передачи и сумматор, при этом вторые входы сумматора и блока с управляемым коэффициентом передачи подключены к первому выходу генератора модулирующих сигналов, второй выход которого подключен к второму входу фазочувствительного выпрямителя. 1 с.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) 5 Н 03 D 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3245273/18-09 (22) 03.02,81 (46) 30.08.90. Бюл. К - 32 (72) Г!.В. Мин, Т.3. Парве, В.А. Кукк и Т.А; Лауд (53) 621.376.4(088.8) (56) Патент США Ф 3329900,кл.325-346, 1967.

Авторское свидетельство СССР

Ф 814237, кл. Н 03 D 5/00, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Устройство для синхронного Ir преобразования, содержащее последовательно соединенные перемножитель и с:," селективный блок, выход которого является выходом устройства для синхронного преобразования, фазовый модулятор и генератор модулирующих сигналов, при этом первый. вход перемножителя является входом устройства для .син.хронного преобразования, а второй соединен с выходом фазового модулятора, первый вход которого является входом опорного сигнала устройства для синхронного преобразования, о т л и— ч.а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фильтр нижних частот, блок с управляемым коэффициентом пе-. !

Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазочувствительных приборах.

Л0„„1589372 А 1

2 редачи и сумматор, при этом вторые входы блока с управляемым коэффициентом передачи и сумматора. подключены к выходу генератора модулирующих сигналов.

2. Устройство для синхронного преобразования, содержащее последовательно соединенные перемножитель и селективный блок, выход которого является выходом устройства для синхронного преобразования, фазовый модулятор и генератор модулирующих сигналов, при этом первый вход перемножителя является входом устройства для синхронного преобразования, а второй соединен с выходом фазового модулятора, первый вход которого является входом опорноЖ

ro сигнала устройства для синхронного рд преобразования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точ- С ности между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора вве-. дены .последовательно соединенные фаэочувствительный выпрямитель, блок с управляемым коэффициентом передачи и сумматор, при этом вторые входы сумматора и блока с управляемым коэффициентом передачи подключены к первому выходу генератора модулирующих сигналов, второй выход которого подключен к второму входу фаэочувствительно.— М

ro выпрямителя.

Цель изобретения — повышение точности, На фиг. 1 приведена структурнофункциональная схема устройства для

1589372 синхронного преобразования, первый вариант; на фиг. 2 — то же, второй вариант. )

Устройство для синхронного преобs) разования по первому варианту содержит перемножитель 1, селективный блок

2, фазовый модулятор 3, генератор 4 модулирующих сигналов, сумматор 5, фильтр 6 нижних частот и блок 7 с управляемым коэффициентом передачи.

Устройство для синхронного преобразования по второму варианту содержит перемножитель 8, селективный блок

9, фазовый модулятор 10, генератор 1, мадулирующих сигналов, сумматбр 12, фазочувствительный выпрямитель 13 и блок 14 с управляемым коэффициентом передачи.

Устройство для синхронного преобразования по первому варианту работа— ет следующим образом °

На первый вход перемно)кителя 1 поступает входной сигнал S „,,»a первьп( вход фазового модулятора 3 — опор ый сигнал S . Модулированный по фазе

on оПорный сигнал с выхода фазового модулятора 3 поступает на второй вход пер6множителя 1, с выхода которого получается в виде сигнала Я „ результат перемножения входного сигнала Б(4хс модулированным опорным сигналом Я„„, При помощи селективного блока 2, настроенного на частоты нечетных гармоник закона фазовой модуляции опорного сигнала Б „,.определяется выходной сиг15 нал S> х. Постоянньп(компоне т ала ьы)(S который носит информацию о глуби1l > не фазовой модуляции, выделяется при помощи фильтра 6 нижних частот и поЛQ дается в виде управляющего сигнала

S на первый вход блока 7.

Стабилизация глубины фазоиой модуляции происходит следующим образом„

Если глубина модуляции соответствует заданному значению, сигнал S на входе блока 7 равен нулю. Поэтому и значение выходного сигнала блока 7 равно нулю, на второй вхоц фазового . модулятора 3 поступает через сумматор 50 ,:5 только выходной сигнал генератора

;4. Если глубина модуляции отклоняется от номинального, появляется управляющий сигнал Sg который вызывает корректирующий сигнал на другом входе 55 сумматора, что соответственно повьп((ает

Или снижает глубину модуляции до достижения номинального значения, Работа устройства для синхронного преобразования поясняется следующими математическими моделями сигналов и процессов их преобразований.

Входной сигнал имеет вид

S „(С) = Мз1п иа +Ц, (1) где М вЂ” модуль (амплитуда) вектора входного сигнала; (— фазовый сдвиг между входным и опорным сигналами, Опорный сигнал выражается

$оп(Т) = I sinat (2) где I — нормированная амплитуда, 1

Закон фазовой модуляции опорного сигнала имеет вид

S(ð (t) = Ф з1п 2 у (3) где Ч) — глубина фазовой модуляции;

Q — частота фазовой модуляции.

Модулированный опорный сигнал

S„„, (r)=Z sin(tat + (4 sin (2 tJ, (4)

Сигнал на выходе перемножающего узла

8„() = 8,„() S gg(t) выражается в следующем виде: (5) S (t) =Маin(QL+g) Is inst +

+ ф siin(stt)) = — Moos(t) ((В(п (est))

1 — — И сов (2() t .+fP + () si.n tt t), (6)

1 причем низкочастотная слагаемая

SÄ„(4) = И„,(((-6 sin t)t) (7) в следующем виде

Б „ (t) = — И cost(Pens (P sin ti t)) +

=1

2 — И sin(p (sin (

Оба слагаемые сигнала Sn„ðàçëo)KHìû в ряды -Фурье: выражается в соответствии .с формулой

eos(g-t))) = соз ф- oos p + sing sinp(8) 1589372 — ;121(Ф) соя(2к(21)) (10) )

1, (Ф)

I4 =I — M sin g (яin (Ф sin яя t)j =

= >> sist)/+I«,(Ф)я(и(2К вЂ” 1)(2tJ (11) к= 1О где 1 (Д} — бесселевская функция

i-го порядка.

Докажем, что сумма бесселевских (»4:»

1,:>ункций нечетных порядков, 1 ((Г )

2к-) 15 (по формуле 10) имеет экстремумы при таких значениях аргумента (Ф), при которых бесселевская функция нулевого порядка I ((г") имеет нули, первый из которых имеет место при P = о

2,4048.

Сумма бесселевских функций нечетных порядков может быть выражена в следующем виде: — 2К-1

Р к=1

J (1 (2> я 1 (2))) 42->J; (12) о

После дифференцирования этого выражения получают

20 Результаты табл. I показывают, что постоянный компонент

25 по формуле (10) с выхода перемножителя 1 может быть использован в качестве сигнала ошибки для автоматической стабилизации глубины фазовой модуляции () под управление сигнала

30 1. (Ф)

S = К M созГр, (16) 1

2 —; М (озg cos(Р sin gt) = М воз Cf )(Результаты ансяялиза табля 1 показывают, что сумма мало зависит от глубины фазовой модуляции (аргумента Р ) в окружности ()(2 = (Р . Например, увеличение Р на 2,57 свыше (обусловливает уменьшение суммы на 0 047., а снижение ()) на 2,57 вызывает уменьшение суммы на 0,077.. Напомним, что отклонение ()) от ()) = 2,4048 на 107 вызывает умень-. шение суммы на 17. Следовательно, коэффициент стабилизации Е = 4 повышает точность устройства более чем в

10 раз.

В то же время зависимость Х (Д) от P имеет относительно высокую крутизну:

1о (@)ф 4а — -?1(2,40) 0,52

„1о (Ф) с„(1 ) 1,Ä,(0> = — 51,(Ф) п 1,(Ф) +.

+ 1, (Ф)). (12)

Так как 1с (P) = -Х ((Ф), то ,( - - () — 2 г ® + (>) +

К =- I

1< (0)) = — Iя((>>, (14) В табл. 1 приведены зависимости функции 1 (P) и суммы," Т. ((г -)) от о 2 я -1

Р в окружности () ) = Ро = 2,4048, Таблица 1 1 -Г() 2,34

2,36

2,38

2,40

2,4048

2,42

2,44

2,46

0,0340

О, 023.4

0 0130

0,0026

О

-О, 0078

-О, 0182

20,0284

0,7346

0,7349

0,7351

0,7351

0,7351

0,7351

0,7350

0,7348 выделяемого при помощи фильтра 6 нижних частот с коэффициентом передачи

35 4

Увеличение глубины модуляции Р свыше установленного значения о

2,4048 рад вызывает управляющий сигнал. SII с отрицательным знаком, ко40 торый снижает глубину модуляции, а уменьшение глубины модуляции ниже Фо вызывает управляющий сигнал S y с положительным знаком, который увеличивает глубину модуляции. Таким образом, ав45 томатически стабилизируется глубина модуляции. При IP = ()2 управляющий сигнал отсутствует.

На выходе селективного блока 2, выполненного в виде гребенчатого фильтра, появляется полигармонический выходной сигнал по формуле (11):

S»()(t)=MsinCp + 1ак-((Фо) (2К-1) U с )(17)

1 К-1

55 которыи носит информацию о квадратур. ной составляющей (Msingg sin C3 t вход— ного сигнала S >< (t) =Ms in (C2 t + P ) .

Управление может быть осуществлено, например, посредством изменения

7 1589372

Продолжение табл. 2

3,78

3,80

3,82

3,8317

10 3 84

3,86

3,88

3,90

3,92

15 3 94

0,210

О, 0128

0,0047

О

-0,0033

-0,0114

-0,0193

-0,0272

-0,0351

-0,0429

0,7011

0,7013

0,7014

0,7014

0,7014

0,7013

0,7011

0,7009

0,7006

0,7002 (20) Таблиц»2

Q Т,к(Ф) 0,7005

0,7009

0,0373

0,0291

3,74

3,76 крутизны модуляционной характеристики фазового модулятор» 3, а также при помощи управления амплитудой генер»-, тора 4. Нередко фазавая модуляция реализуется цифровыми методами.

Устройство для синхронного преобразования IIo второму варианту работает аналогично первому варианту с той разницей, что при помощи фазочувствительного выпрямителя 13 выделяется и выпрямляется первая гармоника из выходного сигнала перемножителя 8 S

nь

Носящая информацию о глубине фазовой модуляции, которая в виде постоянного сИгнала S подается на первый вход блока с управляемым коэффициентом передачи. Кроме того, фазочувствительный выпрямитель работает синхронПо с фазовой модуляцией под действи8м сигнала с второго выхода генератора 11.

Сумма бесселевских функций четных порядков + I „(Ф) имеет экстремумы к=

При таких значениях P, при которых имеет место Р = 5, = 3,8317.

Известно, что сумма

I, ((0) = 2 KI к(Ф) — 1, (!8)

kHt

Дифференцирование этой суммы даеследующий результат:

То 6 ) = 2 Igy,(@) =- О . (19) к= I

Следовательно, с учетом того, что (Р) = -Т t(Р), получают

В табл. 2 приведены з»висимостп бесселевской функции первого порядка

1 (ф) и суммы бесселевских функций четных порядков Т „(Р) от аргумента Ф в окружности т = т =

3,8317.

Результаты расчетов по табл. 2 показывают, что значения суммы бесселевских функций четных порядков мало висят от значения Р в окружности @

= Р,. Например, превышение на 2,57 вызывает уменьшение суммы на 0,17Х снижение Ф на 2,57. вызывает уменьшение

25 суммы на 0,13Х. В та же время зависимость I<(g) от ф имеет относительно высокую крутизну ()4-ъ ьз Т о (3 83) = -О, 40.

Результаты табл. 2 показывают что

IIHPHtdHIIHA IIOHHOHHHT (MT l (f) HlHg)H1OPIt па формуле (11) с выхода перемножителя может быть использован в качестве сигнала ошибки для автоматической стабилиз»ции глубины фазавой модуляции Р при помощи управляющего сигнала S Ф

= К (М Х (ф) sing/ sin Qt..

Увеличение глубины фазовой модуляции выше значения Р = 3,8317 рад вызывает управляющий сигнал Б с отрипательным знаком, уменьшающий глубину модуляций, а уменьшение глубины фазо-. вой модуляции ниже i вызывает управляющий сигнал Б ц с положительным знаком> увеличивающий глубину модуляции.

Таким образом, реализуется автоматическая стабилизация глубины фазовой модуляции.

Требуемая полярность управляющего сигнала Sg обеспечивается тем, что фазачувствительный выпрямитель 13 работает синхронна с фазовой модуляцией пад действием синхронизирующего сиг55 нала S с второго выхода генератора 11, На выходе селективного блока 9, выполненного в виде гребенчатого фильтр», появляется полигармонический выходной сигнал по формуле (10) 158937

S „„(ñ) =: М cosLpj+I „(Ф) сов к

v (2K g t)), (22) который несет информацию о синфаэной ) составляющей I M cosgg sinQ t входного сигнала S e,„(t) = M sin (Q t + CP ) .

Предложенное устройство для синхронного преобразования имеет высокую точность преобразования входного сигнала, поскольку обеспечивается автоматическая стабилиэация глубины фазовой модуляции опорного сигнала. Ре-; зультаты анализа показывают, что уже умеренная точность стабилизации (погрешность в пределах +2,5 ) обеспечивает достаточно высокую точность преобразования (погрешность ниже 0,2X), а повышенная точность стабилизации с погрешностью ниже +1,0X обеспечивает достаточно высокую точность преобразования (погрешность ниже +0,05X), Достижение точности стабилизации с погрешностью ниже +1,0Х требует коэфI

2 10 фициент стабилизации в порядке не" скольких десятков, поскольку без стабилизации на практике достигается погрешность глубины фазовой модуляции порядка 10Х, Использование постоянного компонента с выхода перемножителя в качестве сигнала ошибки и применение фильтра нижних частот для его выделения (первый вариант выполнения) является наиболее простым решением, но точность стабилизации может оказаться недостаточной, поскольку сдвиг и дрейф нуля перемножителя действуют как дестабилизирующие факторы.

Использование переменного сигнала с частотой модуляции в качестве сигнала ошибки и применение выпрямления (второй вариант выполнения) является более сложным решением, но зато достигается более высокая точность стабилизации, поскольку исключается влияние сдвига и дрейфа нуля перемножающего узла.

1589372

Составитель Л. Ананьева

Техред Л.Олийнык Корректор О. Ципле

Редактор Л. Пчолинская

Заказ 2546 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитет и о омитета пс изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, 1 1осква, Ж вЂ” 35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент" атент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101