ДИСКРЕТНЫЙ ФАЗОВЫЙ МОДУЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК H03C3/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании приемопередающей аппаратуры с шумоподобными сигналами (ШПС).

Известен дискретный фазовый модулятор, содержащий линейный фазовый модулятор, первый вход которого является входом немодулированного высокочастотного сигнала, а второй его вход соединен с выходом подмодулятора. (Балакирев М. В. и др. под ред. Челнокова О.А. Радиопередающие устройства. М.: Радио и связь, 1982, с. 126), который по общности решаемых задач наиболее близок к предлагаемому и выбран в качестве прототипа.

Недостатком известного дискретного фазового модулятора является наличие в спектре сигнала на его выходе дискретных составляющих, расположенных на расстоянии + -n/τ от несущей частоты f₀, где n - целые числа, τ - длительность символа ШПС.

Наличие этих составляющих приводит к демаскированию сигнала, нарушению международных норм, определяющих допустимые внеполосные излучения передатчиков, нарушению электромагнитной совместимости работы аппаратуры.

Техническим результатом настоящего изобретения является подавление вышеуказанных дискретных составляющих в выходном спектре дискретного фазового модулятора.

Сущность изобретения состоит в том, что в известный дискретный фазовый модулятор, содержащий первый линейный фазовый модулятор, первый вход которого является входом немодулированного высокочастотного сигнала, второй вход соединен с выходом первого подмодулятора, введены второй линейный фазовый модулятор, второй подмодулятор, два JK-триггера, два фильтра нижних частот и логический элемент НЕ, причем выход первого линейного фазового модулятора соединен с первым входом второго линейного фазового модулятора, второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора, C-вход первого JK-триггера непосредственно и C-вход второго JK-триггера через логический элемент НЕ являются входами шумоподобного сигнала в виде двоичного кода, объединенные J- и K-входы первого и второго JK-триггеров являются входами сигнала лог. "1", Q-выход первого JK-триггера через первый фильтр нижних частот соединен с входом первого подмодулятора, Q-выход второго JK-триггера через второй фильтр нижних частот соединен с входом второго подмодулятора, выход второго линейного фазового модулятора является выходом устройства.

Предложенный дискретный фазовый модулятор позволяет сформировать трехуровневый закон изменения фазы, в котором два участка возрастания фазы на π чередуются с двумя аналогичными нисходящими участками изменения фазы.

Изобретение поясняется примером его выполнения и чертежами.

На фиг. 1 приведена структурная схема дискретного фазового модулятора;
На фиг. 2 - временные диаграммы сравнения закона изменения фазы в известном и предлагаемом дискретных фазовых модуляторах;
На фиг. 3 - эпюры, поясняющие работу дискретного фазового модулятора.

Дискретный фазовый модулятор (фиг. 1) содержит первый линейный фазовый модулятор 1, первый подмодулятор 2, второй линейный фазовый модулятор 3, второй подмодулятор 4, первый и второй JK-триггеры 5 и 6, первый и второй фильтры 7 и 8 нижних частот и логический элемент НЕ 9.

В дискретном фазовом модуляторе (фиг. 1) первый вход первого линейного фазового модулятора 1, является входом немодулированного высокочастотного сигнала, а второй вход соединен с выходом первого подмодулятора 2, выход первого линейного фазового модулятора 1 соединен с первым входом второго линейного фазового модулятора 3, второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора 4. C-вход первого JK-триггера 5 непосредственно и C-вход второго JK-триггера 6 через логический элемент НЕ 9 являются входами шумоподобного сигнала, объединенные J- и K- входы первого и второго JK-триггеров 5 и 6 являются входами сигнала лог. "1". Q- выход первого JK-триггера 5 через первый фильтр 7 нижних частот соединен с входом первого подмодулятора 2, Q-выход второго JK-триггера 6 через второй фильтр 8 нижних частот соединен с входом второго подмодулятора 4. Выход второго линейного фазового модулятора 3 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Для понимания работы устройства приведено сравнение закона изменения фазы в известном и предлагаемом дискретных фазовых модуляторах (фиг. 2).

В дискретных фазовых модуляторах, имеющих в качестве модулирующего сигнала шумоподобный сигнал (ШПС) в виде двоичного кода, при мгновенном переходе от одного символа к другому непрерывный спектр описывается выражением

где
ω - текущая частота, t - время.

Если фаза сигнала меняется по закону фиг. 2,а, то модулированный сигнал имеет непрерывный спектр с огибающей, который описывается выражением

где
ω₀ = 2π f₀, C и D - постоянные коэффициенты.

В дискретном фазовом модуляторе в процессе формирования спектра выходного сигнала фаза колебания изменяется не мгновенно. В первом приближении можно считать, что в процессе переключения фаза меняется линейно и соответственно закон изменения фазы - трапецеидальный (фиг. 2,б). Результатом такого изменения фазы оказывается появление в выходном спектре дискретного фазового модулятора дискретных составляющих на частотах f₀+ - n/τ.
Из общего соотношения для сигналов с угловой модуляцией

где
U_вых - напряжение выходного сигнала, V_вых - амплитуда выходного сигнала, следует, что функции cosϕ(t) и sinϕ(t) определяют спектр высокочастотных колебаний на выходе дискретного фазового модулятора.

Для идеализированного случая мгновенного перехода фазы из одного состояния в другое, когда время нарастания фронта - ( τ_ф фна фиг. 2,б) равно нулю, функция sinϕ(t) (фиг. 2,г) тождественно равна нулю, а функция cosϕ(t) (фиг. 2, в) имеет тот же спектр, что и модулирующий сигнал (фиг. 2,а), т.е. это сплошной спектр с огибающей, которая принимает нулевое значение на частотах n/τ, что ясно из выражения (2). Следовательно, согласно выражению (3), в этом случае дискретные составляющие в спектре выходного сигнала U_вых отсутствуют.

При реальном законе изменения фазы, приближением к которому является равнобедренная трапеция (фиг. 2,б), в законе изменения фазы sinϕ(t) (фиг. 2,г) появляются однополярные выбросы при каждой смене символа во входном модулирующем сигнале, в результате чего спектр функции sinϕ(t) (фиг. 2,г) помимо непрерывной составляющей содержит дискретные составляющие на частотах n/τ, а в соответствии с выражением (3) и в высокочастотном колебании присутствуют дискретные составляющие на частотах f₀+ - n/τ.
Для предлагаемого дискретного фазового модулятора закону изменения фазы (фиг. 2,д) соответствуют функции cosϕ(t) и sinϕ(t) (фиг. 2,е и фиг. 2,ж). В функции sinϕ(t) положительные и отрицательные выбросы попарно чередуются, а следовательно, ее спектр содержит только непрерывную составляющую, а дискретных составляющих не содержит. В соответствии с выражением (3) не содержат дискретных составляющих и спектры функций sinω_ot×sinϕ(t) и cosω_ot×cosϕ(t). Таким образом, предложенный дискретный фазовый модулятор работает на основе закона изменения фазы с двумя попарно восходящими и попарно нисходящими участками.

На первый вход первого линейного фазового модулятора 1 подается немодулированный высокочастотный сигнал, а с его выхода сигнал поступает на вход второго линейного фазового модулятора 3. Результирующий закон изменения фазы выходного сигнала ϕ(t) определяется суммой фазовых сдвигов, обеспечиваемых каждым из линейных фазовых модуляторов 1 и 3. Шумоподобный модулирующий сигнал (ШПС) поступает на C-вход первого JK-триггера 5 и через логический элемент НЕ 9 на C-вход второго JK-триггера 6. Объединенные J- и K- входы первого и второго JK-триггеров 5 и 6 являются входами сигнала лог. "1".

JK-триггеры 5 и 6 перебрасываются из одного состояния в другое по положительным фронтам импульсов на входах. Однако поскольку на C-вход второго JK-триггера 6 импульсы ШПС поступают после его инвертирования в логическом элементе НЕ 9, переброс JK-триггера 6 происходит по отрицательным фронтам импульсов ШПС.

С Q-выхода JK-триггера 5 через последовательно соединенные первый фильтр 7 нижних частот и первый подмодулятор 2 модулирующий сигнал поступает на второй вход первого линейного фазового модулятора 1. С Q-выхода JK-триггера 6 через последовательно соединенные второй фильтр 8 нижних частот и второй подмодулятор 4 модулирующий сигнал поступает на второй вход второго линейного фазового модулятора 3.

Фильтры 7 и 8 нижних частот, выполненные в виде интегрирующей RC-цепочки, формируют плавные фронты у импульсов, поступающих на входы подмодуляторов 3 и 4, которые обеспечивают требуемую девиацию фазы выходного сигнала.

До подачи модулирующего сигнала, т.е. в исходном состоянии оба K-триггера 5 и 6 могут находиться в произвольном состоянии (нуль или единица). Для случая, когда оба JK-триггера 5 и 6 находятся в нулевом состоянии, работу дискретного фазового модулятора поясняют эпюры (фиг. 3). На фиг. 3 показано входное напряжение ШПС, причем включение ШПС происходит в момент t₀. До момента t₀ напряжения U2 и U5 равны нулю. Переброс первого JK-триггера 5 происходит при переходе напряжения U1 от нуля к единице. Переброс второго JK-триггера 6 осуществляется на положительном фронте напряжения U4 на выходе логического элемента НЕ 9.

Поскольку первый и второй линейные фазовые модуляторы 1 и 3 одинаковые, закон изменения фазы выходного колебания ϕ(t) определяется суммой напряжений U3 и U6. Результирующий закон изменения фазы для ШПС, имеющего вид, показанный на фиг. 3,а, показан на фиг. 3,ж. Единице входного сигнала соответствует уровень фазы 180^o, а нулю - уровень фазы 0 или 360^o, при этом два восходящих участка в законе изменения фазы ϕ(t) чередуются с двумя нисходящими участками. Эпюры для трех оставшихся комбинаций начальных состояний JK-триггеров 5 и 6 (1,1; 0,1; 1,0) (до подачи ШПС) строятся аналогично.

Практическая применимость предложенного дискретного фазового модулятора обеспечивается актуальностью решаемой задачи, а именно позволяет устранить демаскирование сигнала, обеспечить выполнение международных норм, определяющих допустимые внеполосные излучения передатчиков, и обеспечить электромагнитную совместимость работы аппаратуры. Кроме того, предложенное техническое решение может быть легко реализуемо.

Изобретение может быть использовано в приемопередающей аппаратуре с шумоподобными сигналами. Дискретный фазовый модулятор формирует трехуровневый закон изменения фазы, в котором два участка возрастания фазы на π чередуются с двумя аналогичными нисходящими участками изменения фазы. Дискретный фазовый модулятор содержит два последовательно соединенных линейных фазовых модулятора, на вход первого из которых подается немодулированный высокочастотный сигнал, два подмодулятора, соединенные с соответствующими вторыми входами линейных фазовых модуляторов, первый и второй JK-триггеры. На С-вход первого JK-триггера непосредственно, и на С-вход второго JK-триггера через логический элемент НЕ поступает шумоподобный сигнал. Выход первого триггера через первый фильтр нижних частот соединен с входом первого подмодулятора, а выход второго JK-триггера через второй фильтр нижних частот соединен с входом второго подмодулятора. Достигаемым техническим результатом является подавление в спектре выходного сигнала дискретных составляющих, расположенных на расстоянии ±n/τ от несущей частоты f₀. 3 ил.

Дискретный фазовый модулятор, содержащий первый линейный фазовый модулятор, первый вход которого является входом немодулированного высокочастотного сигнала, а второй его вход соединен с выходом первого подмодулятора, отличающийся тем, что в него введены второй линейный фазовый модулятор, второй подмодулятор, первый и второй JK-триггеры, первый и второй фильтры нижних частот и логический элемент НЕ, причем выход первого линейного фазового модулятора соединен с первым входом второго линейного фазового модулятор, второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора, C-вход первого JK-триггера непосредственно и C-вход второго JK-триггера через логический элемент НЕ являются входами шумоподобного сигнала в виде двоичного кода, объединенные J- и K-входы первого и второго JK-триггеров являются входами сигнала лог. "1", Q-выход первого JK-триггера через первый фильтр нижних частот соединен с входом первого подмодулятора, Q-выход второго JK-триггера через второй фильтр нижних частот соединен с входом второго подмодулятора, выход второго линейного фазового модулятора является выходом устройства.