Формирователь последовательностей фазово-модулированных импульсов для возбуждения резонансной нагрузки

 

Использование: импульсная техника, передающие тракты большой и средней мощности. Сущность изобретения: формирователь последовательностей фазово-модулированных импульсов для возбуждения резонансной нагрузки содержит формирователь 1 импульсов, парафазный широтно-импульсный модулятор 2, распределители импульсов 3,9, двухканальный ключевой усилитель 4, фазовращатели 5,6, логические сумматоры 7,8, логический коммутатор 10 и фазосдвигающую цепь 11, алгоритм функционирования которых позволяет уменьшить нелинейные искажения при расширении динамического диапазона выходных сигналов. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в передающих трактах большой и средней мощности.

Известны методы возбуждения в резонансной нагрузке амплитудно-модулированных высокочастотных (ВЧ) колебаний, низкочастотная (НЧ) огибающая которых выделяется в среде распространения колебаний в силу ее нелинейных свойств. В качестве формирователей таких сигналов могут быть использованы известные устройства, содержащие формирователь импульсов, ключевой амплитудный регулятор и ключевой генератор, соединенный выходами с шинами резонансной нагрузки.

К недостаткам известных устройств следует отнести пониженную энергетическую эффективность, вызванную наличием двух последовательных звеньев ключевого преобразования, повышенные искажения и ограниченный динамический диапазон выходного сигнала. Кроме того, следует отметить низкую эффективность процесса выделения НЧ-составляющих в среде распространения из ВЧ-сигнала, модулированного по амплитуде.

Этот недостаток устранен в устройстве, которое наиболее близко к предлагаемому. В нем реализован метод формирования на нагрузке сигнала биений U, который представляется суммой двух ВЧ-колебаний с частотами ω₁ и ω₂, симметрично сдвинутыми относительно центральной частоты ω_она величину Ω , определяемую частотой НЧ-сигнала: U = [cos(ω_o+ Ω)t+cos(ω_o- Ω)t]= m cos Ω t· cosω_ot где m - амплитуда НЧ-огибающей сигнала биений.

Устройство содержит выпрямитель и нуль-орган, входы которых соединены с шиной НЧ-сигнала, а также формирователь импульсов, широтно-импульсный модулятор, распределитель импульсов, двухканальный ключевой усилитель и фазовращатель.

Принцип действия устройства основан на преобразовании НЧ-сигнала U = mcos Ω t в разнополярную последовательность импульсов V₄ с частотой следования ω_o и фазовой манипуляицей по переходу через нуль НЧ-сигнала. При этом длительность импульсов определяется абсолютной величиной НЧ-сигнала. Подавление ВЧ-гармоник такого импульсного напряжения (с частотами более 2 ω_o) позволяет выделить на нагрузке сигнал биений с огибающей, определяемой НЧ-сигналом.

К основным недостаткам такого устройства относится повышенный уровень нелинейных искажений огибающей сигнала биений, особенно при малых уровнях НЧ-сигнала, что ограничивает динамический диапазон изменения сигнала биений. Это обстоятельство объясняется наличием выпрямителя в цепи преобразования НЧ-сигнала, а также необходимостью усиления коротких импульсов при малых его значениях.

Целью изобретения является уменьшение искажений при расширении динамического диапазона выходного сигнала.

Это достигается в устройстве, содержащем формирователь импульсов с двумя выходами, выход сигнала опорной частоты которого соединн с первым входом широтно-импульсного модулятора, первый фазовращатель, первый распределитель импульсов и двухканальный ключевой усилитель, выходы которого являются выходами для подключения резонансной нагрузки, введением в его состав последовательно соединенных логического коммутатора, второго распределителя импульсов, первого логического сумматора и второго фазовращателя, а также второго логического сумматора и фазосдвигающей цепи.

Широтно-импульсный модулятор выполнен в виде парафазного широтно-импульсного модулятора, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим входам логического коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго распределителей импульсов. Выход сигнала удвоенной опорной частоты формирователя импульсов с двумя выходами соединен с первым входом фазосдвигающей цепи и другими входами первого и второго распределителей импульсов. Выход фазосдвигающей цепи соединен с первым входом первого фазовращателя и другим входом второго фазовращателя, а первый и второй выходы первого распределителя импульсов - соответственно с первым входом второго и другим входом первого логических сумматоров. Выход второго логического сумматора подключен к второму входу первого фазовращателя, а его другой вход - к другому выходу второго распределителя импульсов. Двухканальный ключевой усилитель своими входами соединен с соответствующими выходами первого и второго фазовращателей, при этом второй вход фазосдвигающей цепи подключен к выходу сигнала опорной частоты формирователя импульсов, а второй вход парафазного широтно-импульсного модулятора является входом НЧ-сигнала предложенного устройства.

Такая новая совокупность блоков и связей позволяет обеспечить непосредственное (без выпрямления) преобразование НЧ-сигнала в две фазомодулированных импульсных последовательности. При этом малым уровням НЧ-сигнала соответствует усиление двух практически противофазных последовательностей импульсов типа меандр, что может быть оебспечено практически без существенных искажений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства с примерами возможной реализации функциональных блоков; на фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства-прототипа и предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит формирователь 1 импульсов, парафазный широтно-импульсный модулятор 2, фазосдвинающую цепь 11, логический коммутатор 10, распределители 3 и 9 импульсов, логические сумматоры 7 и 8, фазовращатели 5 и 6 и двухканальный ключевой усилитель 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Формирователь 1 импульсов формирует на первом входе широтно-импульсного модулятора 2 импульсный сигнал центральной частоты f_o, преобразуемый интегратором 2.3 в два взаимно противофазных пилообразных напряжений U_п1, U_п2, поступающих на инверсные входы компараторов 2.1, 2.2.

При поступлении на прямые входы компараторов 2.1, 2.2 НЧ-сигнала на выходах компараторов формируются последовательности импульсов V_2.1, V_2.2с однотактной широтно-импульсной модуляцией. Далее эти импульсные сигналы преобразуются логическим коммутатором 10 в две импульсные последовательности V_10.1, V_10.2, каждая из которых соответствует заданной полярности НЧ-сигнала. Сформированные таким образом импульсные сигналы V_10.1, V_10.2 через распределители 3, 9 импульсов поступают на входы соответствующих логических сумматоров 7, 8. При этом распределители 3, 9 осуществляют разделение импульсов V_10.1, V_10.2 по тактовым моментам времени, заданным сигналом удвоенной центральной частоты 2f_o. Сумматор 7 реализует объединение импульсных сигналов V_3.1(соответствующих первым частям импульсов V_10.1) и V_9.2 (соответствующих вторым частям импульсов V_10.2). Сумматор 8 объединяет импульсные сигналы V_3.2 (соответствующие вторым частям импульсов V_10.1) и V_9.1(соответствующие первым частям импульсов V_10.2).

Выходные сигналы V₇ и V₈ сумматоров 7 и 8 поступают на первые входы фазовращателей 5 и 6, на вторые входы которых подается сигнал V₁₁центральной частоты fo с выхода фазосдвигающей цепи 11. Фронт и спад импульсов V₁₁ совпадает с фронтом либо спадом выходных импульсов сумматоров 7 и 8. При этом обеспечивается временной сдвиг выходных сигналов фазовращателей относительно сигнала V₁₁ на длительность импульсов V₆ и V₅. Причем для U > 0 обеспечивается задержка спада и фронта импульсов V₆ относительно сигнала V₁₁ и опережение спада и фронта импульсов V₅ относительно сигнала . Для отрицательной полуволны обеспечивается задержка сигнала V₅ и опережение сигнала V₆. В результате относительный временной сдвиг между сигналами V₅, V₆ определяется длительностью импульсов V_9.1 и V_9.2 (соответственно для U >0 и U < 0), величина которой пропорциональна уровню НЧ-сигнала.

При усилении по мощности импульсных последовательностей V₅, V₆ на выходах двухканального ключевого усилителя формируется разнополярное импульсное напряжение V₄, соответствующее выделение на резонансной нагрузке сигнала биений U. В частности, при малых уровнях НЧ-сигнала U импульсные последовательности V₅, V₆ практически противофазны, что соответствует формированию на выходе двухканального ключевого усилителя импульсов малой длительности. Причем каналы ключевого усиления обеспечивают усиление по мощности импульсных последовательностей типа меандр так же, как при больших уровнях НЧ-сигнала.

Формула изобретения

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ФАЗОВО-МОДУЛИРОВАННЫХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ НАГРУЗКИ, содержащий формирователь импульсов с двумя выходами, выход сигнала опорной частоты которого соединен с первым входом широтно-импульсного модулятора, первый фазовращатель, первый распределитель импульсов и двухканальный ключевой усилитель, выходы которого являются выходами для подключения резонансной нагрузки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений при расширении динамического диапазона выходных сигналов, в него введены последовательно соединенные логический коммутатор, второй распределитель импульсов, первый логический сумматор и второй фазовращатель, второй логический сумматор, и фазосдвигающая цепь, широтно-импульсный модулятор выполнен в виде парафазного широтно-импульсного модулятора, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим входам логического коммутатора, второй выход которого соединен с первым входом первого распределителя импульсов, при этом выход сигнала удвоенной опорной частоты формирователя импульсов с двумя выходами соединен с первым входом фазосдвигающей цепи и другими входами первого и второго распределителей импульсов, выход фазосдвигающей цепи соединен с первым входом первого фазовращателя и другим входом второго фазовращателя, первый и второй выходы первого распределителя импульсов соединены соответственно с первым входом второго логического сумматора и другим входом первого логического сумматора, выход второго логического сумматора соединен с вторым входом первого фазовращателя, второй вход второго логического сумматора подключен к другому выходу второго распределителя импульсов, выходы первого и второго фазовращателей соединены с соответствующими входами двухканального ключевого усилителя, второй вход фазосдвигающей цепи подключен к выходу сигнала опорной частоты формирователя импульсов с двумя выходами, а второй вход парафазного широтно-импульсного модулятора является входом низкочастотного сигнала формирователя последовательностей фазово-модулированных импульсов для возбуждения резонансной нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3