Способ формирования широтно-модулированной импульсной последовательности и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в устройствах автоматического управления, связи и измерительной техники. Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет подавления низкочастотных спектральных зон частотного спектра сигнала. Цель изобретения достигается путем формирования на временном интервале дополнительных 2К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией симметрично расположенных относительно центрального импульса, амплитуда и сдвиг которых определяются по приведенной формуле. Устройство для осуществления способа содержит широтноимпульсный модулятор 2. Введение в него дополнительно синхронного блока управления 1 и перемножающего цифроаналогово-1 го преобразователя 3 позволило обеспечить формирование широтно-модулированной импульсной последовательности в соответствии с предложенной формулой. 3 ил. У t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ((1) (я)з Н 03 К 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Я М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792538/21 (22) 14.02.90 (46) 30.07.92. Бюл. f4 28 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Г.И.Нечаев (56) Авторское свидетельство СССР

М 651472, кл. Н 03 К 7/08, 1977.

Авторское свидетельство СССР

hh 1203694, кл. Н 03 К 7/08, 1984. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШИРОТН0-МОДУЛИРОВАННОЙ ИМПУЛЬСНОЙ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано а устройствах автоматического управления, связи и измерительной техники.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона за счет подавления низкочастотных спектральных зон частотного спектра сигнала. Цель изобретения достигается путем формирования на временном интервале дополнительных 2К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией симметрично расположенных относительно центрального импульса, амплитуда и сдвиг которых определяются по приведенной формуле. Устройство для осуществления способа содержит широтноимпульсный модулятор 2. Введение в него дополнительно синхронного блока управления 1 и перемножающего цифроаналогово- го преобразователя 3 позволило обеспечить формирование широтно-модулированной импульсной последовательности в соответствии с предложенной формулой. 3 ил.

1151846

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительной технике, в устройствах автоматического управления и связи, Цель изобретения — расширение частотного диапазона за счет подавления низкочастотных спектральных зон частотного спектра сигнала, На фиг, 1 показан частотный спектр сигнала с тональной односторонней широтноимпульсной модуляцией первого рода (ОШИМ1); иа фиг, 2 — структура с одной подавленной спектральной зоной частотного спектра; на фиг. 3 — функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа формирования широтно-модулированной импульсной последовательностии.

Способ формирования широтно-afopyлированной импульсной последовательности включает формирование на равных тактовых интервалах длительностью Т импульсов с амплитудой Uo и с односторонней широтно-импульсной модуляцией. при этом каждом интервале формируют дополнительно еще 2К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией, причем все 2К+1 импульсов располагаются на тактовом интервале равномерно со сдвигом по фазе на величину г. а амплитуда среднего импульса устанавливается равной Оо, а амплитуды 0 остальных импульсов, симметрично располагаемых в обе стороны от среднего импульса, устанавливаются в соответствии с системой уравнений

0о+ 2 Ui cos 2лп -0,1=1, К

i T п =1

Т

Устройство для осуществления способа формирования широтно-модулированной импульсной последовательности содержит широтно-импульсный модулятор, аналоговый вход которого соединен с входной шиной, а также цифроаналоговый преобразователь и синхронное устройство управления, выход тактовых импульсов которого соединен с тактовым входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом опорного сигнала цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного устройства управления, а выход — с выходной шиной устройства, Частотный спектр сигнала с тональной односторонней широтно-импульсной модуляцией первого рода (ОШИМ1) детально рассмотрен в рабо е (1, с. 216, 230-233), на основе которой можно получить следующее соотношение для нахождения частотного спектра при ОШИМ1:

0ошмм () + багз!и (О1+ р)+

0о то 0о то

00 0 т . + g з!и па(1+ — ) — g x

ПЛ о — )i =-оо

t0 х li sin ((rlN +! Q) t — а„ ), Uo и мЛтмакс (1) где 0о — амплитуда импульсов с ОШИМ1; го — длительность немодулированных импульсов;

2л

Т = — — период следования передних

20 фронтов импульсов при ОШИМ1;

m-„коэффициент широтно-импульс ной модуляции;

sin(Q l; + р) — модулирующий или преобразуемый сигнал;

1 ( и Ф Лтмакс

) функция Бесселя первого рода порядка от аргумента и ® Лтмакc, 2

30 Л гм„с — максимальное отклонение заднего фронта импульса при тональной

ОШИМ1 относительно немодулированного положения фронта; п Шло

35 2

Вид частотного спектра сигнала с . ОШИМ1, полученный из соотношения (1), показан на фиг. 1, При демодуляции этого сигнала с помощью фильтра низких частот

40 (ФНЧ), идеализированная амплитудно-частотная характеристика(АЧХ) которого приведена на фиг, 1 пунктиром. неизбежно возникают деМодуляционные искажения.

Эти искажения обусловлены тем, что в поло-.

45 су частот пропускания ФНЧ, помимо полезной составляющей спектра с частотой Q, попадают компоненты спектра в первую очередь вида а — l Q.

Демодуляциоиные искажения можно

50 несколько ослабить за счет уменьшения частотного диапазона преобразуемого сигнала и соответствующего уменьшения полосы частот пропускаиия ФНЧ, что является одним из недостатков известных сигналов с

55 ОШИМ1.

Формируя сигналы с ОШИМ1 по предлагаемому способу, можно ие только избежать уменьшения частотного диапазона преобразуемого сигнала, но и при необхо1751846

01ошим 1(С) = (5) 50

+ m-„ç1ï (Q т+р) )), димости существенно расширить его. Такая возможность основана на подавлении в частотном спектре ряда низкочастотных спектральных эон, образуемых первыми гармониками а, 2 м, ..., К в и соответствующими боковыми составляющими N + I Q, 2 в + I Q, ..., Кй)+ I Q, для которых (oo. В этом случае демодуляционные I искажения могут возникнуть за счет компонентов спектра вида (К+1) а — IQ, уровень которых в силу свойств функций

Бесселя значительно ниже компонентов видав — Q, Для осуществления намеченной процедуры подавления, в частности первой спек. тральной зоны частотного спектра, образуемой первой гармоникой и и боковыми составляющими.в + I Q, достаточно на каждом тактовом интервале Т исходный широтно-модулированный импульс с амплитудой Uo дополнить двумя широтно-модулированными и симметрично расположенными импульсами относительно исходного импульса, При этом одинаковые амплитуды 01 дополнительных импульсов, . имеющих идентичные с исходным длительности to, коэффициенты модуляции

m-„è один и тот же модулирующий сигнал sin(Q t + р) должен выбираться из уравнения

0о + 201соз о) т1 = О, (2) где t1 — смещение (фаза) передних фронтов без учета знака каждого иэ двух дополнительных импульсов относительно переднего фронта исходного импульса с амплитудой

0о (фиг. 2).

Для доказательства условия (2) можно воспользоваться выражением для частот. ного спектра (1, с.216) исходной широтномодулированной последовательности импульсов с амплитудой Uo, 00ошим1(1) + mу sin (Qt + P) +

+ g з1п пи(т+ — )Uo <о

na . 2

ОО

g — sin и в { с- — (1+

Uo То

„,пл. 2

e которое можно преобразовать к виду

Uoo1(t) + m sin(Qt+y) + оо

+ g — {sin и 0)(t- ——

Uo то и-1 ПЛ 2 — sin n co (- †— b, г « sin (И t+ p) ))., (3)

Используя формулу (3) применительно к последовательностям широтно-модулированных дополнительных импульсов с амплитудами и принимая во внимание тригонометрическое соотношение sin(a+/ )

+ sin(a — Р) = 2sin а sin ф, можно получить выражение для спектра суммарного сигнала

15 обеих последовательностей дополнительных импульсов:

01ошим1(т) + m Sin (Qt + P)

2 01 Хо 01 то

20 +

+ g cos и Вг1{ Sin и l)(t+ — )—

2 U1 <о и =1

25 — sin n в (t- — — Л rMBKG $1 и (Q \+ fp) )), 2 (4)

Иэ выражений (3) и (4) находят частотный спектр всех трех последовательностей импульсов (фиг, 2):

Т 2Т

Uo +2 01 соз и г)) т1 и =1 пл .x { sin и в (с+ ) — з1п и м (t- — —

2 2

40 Д,т sin (Qt+ p) )) Из соотношения (5) можно выделить спектральную зону п, располагаемую вокруг гармоники п й) и представляемую составляющими и и ) Q в следующем виде:

0о +2 01 соз и в «

UO1n(t)— пл х х { sin n в (t+ ) — sin n в (t — —— o <о

2 2 — ATMO«Sin (Qt+ ф) )), 55 (6)

Из выражений (5) и (6) следует, что выбирая соответствующим образом амплитуды

U1 дополнительных импульсов, можно подавить в спектре сигнала (фиг. 2) любую спектральную зону и со+- Я . Условие по1751846

10 (10) 20

35 давления такой эоны вытекает из равенства (6):

U<+2U>cosn ж t>=0 (7)

Условие подавления первой зоны (щ +1Q) выполняется при и = 1. Тогда из уравнения (7) находят соотношение 00 +

+201созп в т1 = О . совпадающее с равенством (2), Доказав условие (2), можно прийти к выводу, что для подавления К первых зон частотного спектра сигнала с ОШИМ1 необходимо такой сигнал сформировать из 2К+1 последовательностей с ОШИМ1, имеющих одинаковые длительности r< немодулированных импульсов, одинаковые коэффициенты модуляции m-r и один и тот же модулирующий сигнал sin(Q t+ ф, При этом на каждом тактовом интервале Т 2К импульсов располагают симметрично(по передним фронтам) относительно среднего импульса с амплитудой Uo, амплитуды Ц симметрично располагаемых импульсов и их фазы ri должны выбираться в соответствии с системой уравнений, е которых использовано соотношение

U, + 2 Ui соз 2лn = — =О, i = 1, К, 7! и =1

Т (8) 2к, Т > являющейся обобщением условия (7).

Система уравнений (8) имеет бесконечно большое число решений, которое можно уменьшить, введя некоторые реальные ограничения. В частности, таким ограничением является выбор амплитуд Ui импульсое с

ОШИМ1, принимающих два значения +Uo или -U<, что позволяет упростить формирование импульсных последовательностей.

При этом иэ системы уравнений (2) находят значения фаэ II.

В других случаях из-за удобства формирования может оказаться целесообразным равномерное (по передним фронтам) расположение с шагом r всех 2К+1 импульсов на каждом тактовом интервале, т.е. т = i т, При этом, чтобы исключить перекрытие отдельных импульсов последовательностей с

ОШИМ1 необходимо учитывать условие

Х < 2 К+1, При этом условие (8) примет

Т следующий вид:

Uc+ g 2 Uicns2scn- — =0.1=1. K (9)

lt и =1

Пример. Формируют широтно-модулированный импульсный сигнал по предлагаемому способу, обеспечивающий подавление в частотном спектре первой спектральной зоны (К = 1), В первом примере потребуется на каж-. дом интервале преобразования Т формировать по три импульса, применительно к которым условие (8) примет следующий вид:

Uo+ 2U

Приняв Т = 6 т, из уравнения (10) находят

U>+ 2U

Предлагается устройство для осуществления изложенного способа формирования широтно-модулирова нной последовательности, функциональная схема устройства приведена на фиг. 3, Устройство состоит из синхроннс го блока управления 1, широтноимпульсного модулятора 2 и перемножающего цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 3, при этом выход запускающих импульсов синхронного блока управления 1 соединен с запускающим входом широтноимпульсного модулятора 2, выход которого соединен с входом опорного сигнала ЦАП 3, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного блока управления, а выход — с выходной шиной устройства, Устройство работает следующим образом.

На каждом тактовом интервале Т модулятор 2 запускается от синхронного блока управления 1 (2К+1) раз и вырабатывает на выходе соответственно (2К+1) неперекрывающихся импульсов с ОШИМ1. Эти импульсы, модулированные по длительности и имеющие фиксированную амплитуду 00 в момент формирования импульсое и равные нулю в остальное время, подаются на вход опорного сигнала ЦАП 3. В интервалах между каждым из (2К+1) запусков модулятора 2 синхронный блок управления 1 вырабатывает коды в параллельной форме, поступающие на цифровые входы ЦАП 3, В этом случае амплитуда и полярность выходных импульсных сигналов ЦАП 3 будут определяться значениям кодов на его цифровых входах, а длительных импульсных выходных сигналов будет задаваться выходными сигналами широтно-импульсного модулятора 2. При соответствующем выборе и формировании кодов е синхронном блоке управления 1, а также интервалое запуска модулятора 2, на выходе ЦАП 3 можно сформировать широтно-модулированную импульсную последовательность в полном

1751846 г

10 соответствии с условиями для изложенного выше способа формирования широтно-модулированной импульсной последовательности. обе стороны от среднего импульса, устанавливаются в соответствии с системой уравнений

5 ф, ir

Up+, 2 Ui cos 2mn - = 0,1 ГГ. и =1

Составитель Г, Нечаев

Техред М,Моргентал Корректор M. Максимишинец

Редактор M. Товтин

Заказ 2697 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиввадетвенно-издатеааский комбинат "Патент", г. Ужгород. уа.Гагарина. 101

Формула изобретения

1. Способ формирования широтномодулированной импульсной последовательности, включающий формирование на равных тактовых интервалах длительностью 10

Т импульсов с амплитудой 0 и с односторонней широтно-импульсной модуляцией, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона преобразуемого сигнала, на каждом тактовом ин- 15 тервале длительностью Т формируют дополнительно еще 2К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией, причем все 2 К+1 импульсов располагаются на тактовом интервале рав- 20 номерно со сдвигом по фазе на величину r, амплитуда среднего импульса устанавливается равной 00. а амплитуда Ui остальных импульсов, симметрично располагаемых в

2. Устройство для.формирования широтно-модулированной импульсной последовательности. содержащее широтно-импульсный модулятор, аналоговый вход которого соединен с входной шиной, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь и синхронный блок управления, выхоД запускающих импульсов которого соединен с запускающим входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом опорного сигнала цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного блока управления, а выход — с выходной шиной устройства,