ВОЗБУДИТЕЛЬ РАДИОПРИЕМНИКА Российский патент 1998 года по МПК H04B1/04 

Устройство относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающей аппаратуре телефонной и телеграфной радиосвязи и, в частности, в КВ-УКВ радиолиниях с быстрой перестройкой рабочих частот.

Известны устройства, предназначенные для использования в радиопередатчиках различного назначения (см. авт. св. СССР N136698, кл. H 04 B 1/02, 1/04, заявку Японии N56-23339, кл. H 04 B 1/04, 7/155, 17/00, H 04 J 1/16, техническое описание возбудителя ТД-90, фирма SRT, Швеция, 1985).

Прототип-возбудитель по авт.св. N136698 содержит модулятор, первый вход которого является информационным входом устройства, синтезатор, первый выход которого соединен со вторым входом модулятора, а второй и третий выходы подключены соответственно к первому и второму входам усилительно-преобразовательного блока, плавный авторегулятор напряжения, выход которого соединен с третьим входом усилительно-преобразовательного блока, а первый вход - с выходом компаратора, и селектор, выход которого, соединенный со входом пикового детектора, является высокочастотным выходом устройства. Устройство обеспечивает уменьшение побочных излучений и повышает разведзащищенность передач.

Недостаток прототипа - большое время установления и большая величина выбросов выходного напряжения после переключения частоты возбудителя. Это ограничивает возможность применения возбудителя в радиопередатчиках радиолиний с быстрой перестройкой частоты.

Цель изобретения - уменьшение времени установления и величины выбросов выходного напряжения после переключения частоты.

С этой целью в возбудитель, содержащий модулятор, первый вход которого является информационным входом устройства, синтезатор, первый выход которого соединен со вторым входом модулятора, а второй и третий выходы подключены соответственно к первому и второму входам усилительно-преобразовательного блока, плавный авторегулятор напряжения, выход которого соединен с третьим входом усилительно-преобразовательного блока, а первый вход - с выходом компаратора, и селектор, выход которого, соединенный со входом пикового детектора, является высокочастотным выходом устройства, введены два дискретных авторегулятора напряжения, второй и третий компараторы, три триггера и генератор импульсов, причем выход первого дискретного авторегулятора соединен со вторым входом плавного авторегулятора напряжения, а первый вход - с модулятором, выход второго дискретного авторегулятора подключен к первому входу селектора, а первый вход - к усилительно-преобразовательному блоку, вторые входы обоих дискретных авторегуляторов соединены с выходом генератора импульсов, а третьи входы - с выходом первого триггера, третий вход плавного авторегулятора и первый вход генератора импульсов подключены к выходу второго триггера, вторые входы пикового детектора и генератора импульсов, четвертые входы плавного и обоих дискретных авторегуляторов и усилительно-преобразовательного блока объединены и подключены к выходу третьего триггера, выход пикового детектора соединен с первыми входами всех трех компараторов, вторые входы которых являются входами опорных напряжений, вход третьего триггера подключен к четвертому выходу синтезатора, а вход синтезатора и второй вход селектора объединены и являются управляющим входом устройства.

Сопоставление с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается вновь введенными блоками: дискретными авторегуляторами напряжения, компараторами, триггерами, генератором импульсов, а также их связями с остальными блоками возбудителя. Следовательно, заявленное устройство соответствует критерию "новизна". При введении новых блоков в указанной связи с остальными блоками появляются новые свойства, что приводит к достижению цели - уменьшению времени установления и величины выбросов выходного напряжения после переключения частоты. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенное отличие".

На фиг.1 дана структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-8 представлены примеры конкретного выполнения блоков возбудителя: синтезатора (фиг.2), дискретных авторегуляторов напряжения (фиг.3), плавного авторегулятора напряжения (фиг. 4), усилительно-преобразовательного блока (фиг.5), модулятора (фиг. 6 и 7) и селектора (фиг.8). На фиг.9 приведена характеристика процесса установления выходного напряжения возбудителя.

Возбудитель содержит синтезатор 1, дискретные авторегуляторы 2 и 3, плавный авторегулятор напряжения 4, усилительно-преобразовательный блок 5, модулятор 6, селектор 7, пиковый детектор 8, генератор импульсов 9, триггеры 10, 11, 12, компараторы 13, 14 и 15. Синтезатор 1 имеет делители частоты 16 и 17, фильтр 18, генератор 19, управляемый напряжением, переключатель 20, умножитель частоты 21, фильтр нижних частот 22, делитель с переменным коэффициентом деления 23, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 24, генератор опорной частоты 25, фазовый дискриминатор 26, формирователь импульсов 27. Дискретные авторегуляторы напряжения 2 и 3 идентичны и состоят из аттенюатора 28, счетчика 29 и ключа 30. Плавный авторегулятор напряжения 4 содержит плавный аттенюатор 31, интегратор 32, ключ 33 и элемент И 34. Усилительно-преобразовательный блок 5 имеет смесители 35 и 36, фильтры 37 и 38, усилитель 39, ключи 40, 41 и 42. Модулятор 6 для формирования телеграфных сигналов состоит из элемента И 43, формирователя тактовых импульсов 44, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 45, триггеров 46, 47 и 48, делителя с переменным коэффициентом деления 49 и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 50. Модулятор 6 для формирования телефонных сигналов содержит усилитель с авторегулировкой напряжения 51, смеситель 52, фильтр 53, аттенюатор 54, сумматор 55 и детектор 56. Селектор 7 имеет блоки дискретно-перестраиваемых фильтров 57 и 58, усилитель 59 и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 60. Взаимные связи между блоками и элементами устройства показаны на фиг. 1-8. На фиг. обозначено: U - выходное напряжение, E₀₁, E₀₂, E₀₃ - опорное напряжение соответственно на первом 13, втором 14 и третьем 15 компараторах, E_n - напряжение питания, T - текущее время.

Устройство работает следующим образом.

При подготовке в модуляторе 6 устанавливается вид работы: телефон или телеграф. В телефоне задается уровень пилот-сигнала, а в телеграфе устанавливается режим формирования частотно-, фазо- или амплитудно-манипулированных колебаний (скорость телеграфирования, девиация, вид манипуляции). От внешних устройств управления в ОЗУ синтезатора 1 и селектора 7 вводятся коды сигналов управления, соответствующие значениям частот, на которых планируется ведение радиосвязи. По команде "Перестройка", которая поступает через управляющий вход возбудителя на входы синтезатора 1 и селектора 7, начинается перестройка частоты синтезатора и переключение частоты настройки селектора на заданную частоту, код которой содержится в команде "Перестройка". При этом в синтезаторе формируется команда лог. "1", которая поступает на вход триггера 11. По этой команде с выхода триггера 11 поступает лог."0" на блок 5, запирая его, на дискретные авторегуляторы 2 и 3, переводя их в режим минимального коэффициента передачи, на плавный авторегулятор 4, отключая его цепь управления и, наконец, на пиковый детектор 8, включая цепь разряда его емкости. В результате на выходе возбудителя устанавливается минимальное выходное напряжение U_мин (см. интервал времени ТО-1 на фиг.9). По окончании перестройки частоты синтезатора с его выхода на вход триггера 11 поступает команда "Конец перестройки" в виде лог."0" и триггер 11 формирует команду лог. "1", которая отпирает блок 5, размыкает цепь разряда емкости детектора 8, подготавливает к включению авторегулятор 4 и запускает генератор 9, импульсы с которого начинают поступать в авторегуляторы 2 и 3. Под воздействием этих импульсов авторегулятор 3 дискретно "грубыми шагами" увеличивает коэффициент передачи, увеличивая тем самым выходное напряжение возбудителя и, следовательно, напряжение на выходе пикового детектора 8 (интервал Т1-2 на фиг.9). При достижении или некотором превышении выходным напряжением детектора 8 величины U≥E₀₃ компаратор 15 формирует сигнал, по которому опрокидывается триггер 12 и выдает лог."1" на вход авторегулятора 3, останавливая его в достигнутом состоянии, и включает авторегулятор 2. Авторегулятор 2 дискретно "мелкими шагами" продолжает уменьшать затухание в тракте, увеличивая напряжение на выходах возбудителя и пикового детектора. При достижении или некотором превышении выходным напряжением величины U ≥E₀₂ (интервал Т2-3) компаратор 14 формирует сигнал, по которому опрокидывается триггер 10. При этом триггер 10 выдает лог."1" на вход генератора импульсов 9, выключая его и тем самым останавливая авторегулятор 2 в достигнутом состоянии. Этой же командой триггер 10 включает плавный авторегулятор 4, с помощью которого осуществляется поддержание выходного напряжения возбудителя, равным номинальному значению U_ном с заданной точностью. На вход авторегулятора 4 поступает с компаратора 13 сигнал ошибки. Компаратор 13 представляет собою дифференциальный усилитель, на который поступает напряжение с детектора 8 и опорное напряжение E₀₁, соответствующее номинальному значению выходного напряжения возбудителя.

Время установления выходного напряжения (см.фиг.9) складывается из времени регулирования с "грубым шагом" на интервале Т1-2, с "мелким шагом" - Т2-3 и определяется периодом следования импульсов от генератора 9. Минимальная величина этого периода ограничивается, в основном, небольшим временем запаздывания сигнала в схеме пикового детектора 8. Время плавной регулировки (Т3-4) практически не влияет на общее время установления, так как к моменту Т3 включения плавного авторегулятора, выходное напряжение достигает значения (0,9 - 0, 99) U_ном. Поэтому параметры плавной регулировки выбираются не из компромиссных соображений между стремлением уменьшить длительность переходного процесса, с одной стороны, и не допустить большой величины выброса выходного напряжения, с другой, а с единственной целью - уменьшить выброс выходного напряжения. Вместе с тем, плавная авторегулировка с заданной точностью стабилизирует выходной уровень в процессе работы возбудителя при изменении внешних условий.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет уменьшить время установления и величину выбросов выходного напряжения после переключений частоты возбудителя.

Синтезатор 1 (фиг.2) формирует гетеродинные частоты, которые используются в модуляторе 6 и в блоке 5 для преобразования информационных сигналов в высокочастотные во всем диапазоне частот возбудителя. Синтезатор содержит высокостабильный генератор 25 опорной частоты, колебания с которого через делитель частоты 17 поступают на вход фазового дискриминатора 26. Величина коэффициента делителя 17 определяет шаг сетки частот, формируемой синтезатором. На другой вход дискриминатора 26 через делитель частоты с переменным коэффициентом деления 23 поступают импульсы от генератора 19, управляемого напряжением. В зависимости от установленного значения коэффициента деления в делителе 23 на выходе дискриминатора 26 возникает сигнал рассинхронизации, который, пройдя через фильтр нижних частот 22, управляет частотой генератора 19 до установления режима синхронизма. Таким образом, на третьем выходе синтезатора, подключенном ко второму входу блока 5, формируются колебания с частотой, определяемой коэффициентом деления, установленным в делителе 23. Коды коэффициентов деления поступают на управляющие входы делителя 23 с ОЗУ 24. В ОЗУ 24 коды коэффициентов деления вводятся с внешних устройств набора частоты при подготовке возбудителя к работе, а считываются по команде "Перестройка", поступающей на вход синтезатора через управляющий вход возбудителя от внешних устройств управления. Сигнал наличия или отсутствия синхронизма в кольце автоподстройки частоты с выхода дискриминатора 26 поступает на формирователь 27, который выдает соответствующий управляющий сигнал ("0" или "1") через четвертый выход синтезатора на триггер 11. Колебания от генератора 25 после умножения их частоты в умножителе 21 и фильтрации в фильтре 18 поступают на второй выход синтезатора, подключенный к первому входу блока 5. На первый выход синтезатора, подключенный к модулятору 6, колебания с выхода генератора 25 поступают через переключатель 20 непосредственно или, в зависимости от положения переключателя, после деления его частоты в делителе 16. В модуляторе 6 эти колебания используются для формирования соответственно телеграфных или телефонных сигналов.

Дискретные авторегуляторы 2 и 3 (фиг.3) идентичны по устройству и содержат аттенюатор 28, первый вход которого является высокочастотным входом, а выход - выходом блока, счетчик 29, вход начальной установки которого является входом установки минимального коэффициента передачи блока, и ключ 30, сигнальный вход которого является входом авторегулировки коэффициента передачи, а коммутирующий вход - управляющим входом блока, причем выход ключа соединен со счетным входом счетчика, а выходы счетчика подключены к управляющим входам аттенюатора. В авторегуляторе 2 ключ 30 нормально закрыт, в авторегуляторе 3 - нормально открыт. По команде, поступающей на вход начальной установки, счетчик 29 сбрасывается в начальное состояние, при котором сигналами, поступающими с выходов счетчика 29, аттенюатор 28 переключается в положение минимального коэффициента передачи. Под действием импульсов от генератора 9, поступающих через открытый ключ 30 на счетный вход счетчика 29, его состояние изменяется, что приводит к дискретному изменению состояния аттенюатора 28, который представляет собою резисторный делитель напряжения, коммутируемый ключами, подключенными к выходам счетчика. Дискретно, по двоичному закону аттенюатор уменьшает затухание, увеличивая напряжение на выходе авторегулятора (2 - мелкими шагами, точно, 3 - крупными, грубо). При выключении генератора 9 или запирании ключа 30, импульсы на вход счетчика 29 не поступают и счетчик останавливается в достигнутом состоянии, запоминая его. Запоминается, тем самым, и состояние аттенюатора.

Плавный авторегулятор напряжения 4 (фиг.4) обеспечивает плавное изменение коэффициента передачи высокочастотного сигнала возбудителя и содержит плавный аттенюатор 31, выполненный с использованием управляемого резистивного сопротивления транзисторов, интегратор 32, собранный на операционном усилителе, аналоговый ключ 33 и элемент И 34. По команде лог."1", поступающей в момент окончания перестройки частоты синтезатора от триггера 11 на установочный вход интегратора, включается исходное напряжение, определяющее начальные условия работы интегратора. Эта же команда поступает на первый вход элемента И. При появлении лог."1", поступающей от триггера 10, и на втором входе элемента И сигналом с элемента И открывается ключ 33. Через ключ 33 и интегратор 32 на управляющий вход аттенюатора 31 поступает с выхода компаратора 13 регулирующее напряжение, которое изменяет коэффициент передачи блока в зависимости от величины и знака рассогласования между выходным уровнем возбудителя и значением опорного напряжения E₀₁.

Усилительно-преобразовательный блок 5 (фиг.5) формирует из модулированного сигнала промежуточной частоты путем последовательных преобразований и фильтрации, высокочастотный сигнал во всем рабочем диапазоне частот возбудителя. Входной сигнал последовательно преобразуется с гетеродинными напряжениями, поступающими от синтезатора 1 через ключи 40 и 41 на смесители 35 и 36, фильтруется фильтратами 37 и 38 и усиливается усилителем 39. По команде, поступающей от триггера 11, ключи 40 и 41 подключают или отключают от входа смесителей гетеродинные напряжения, а ключ 42 подключает или отключает источник питания усилителя 39. Благодаря этой коммутации осуществляется надежное отпирание или запирание блока.

В телеграфном режиме модулятор 6 (фиг.6) образует из поступающей на вход возбудителя информационной последовательности частотно-, фазо- или амплитудно-манипулированный сигнал с одновременным ограничением спектра этого сигнала за счет формирования фронта сигнала по ступенчато-плавному закону. Выбор вида манипуляции, скорости телеграфирования производится через установочные входы ПЗУ 45, формирователя 44 и ЦАП 50 при подготовке устройства к работе. Входные информационные телеграфные посылки поступают на элемент И 43, на другой вход которого подводятся импульсы с выхода формирователя 44. Формирователь тактовых импульсов 44 представляет собой делитель частоты, который формирует из импульсов, поступающих от делителя 49, выходные импульсные последовательности. Эти последовательности задают частоту дискретизации, а следовательно и длительность фронтов формируемого сигнала, а также число точек дискретизации, необходимое для аппроксимации требуемого закона изменения фронта сигнала. При несовпадении состояния последнего делителя формирователя 44 с входной информационной посылкой элементом И формируется команда лог."1", разрешающая прохождение со второго выхода формирователя 44 на вход ПЗУ 45 импульсной последовательности, с помощью которой осуществляется перебор адресных входов ПЗУ 45.

В режиме формирования частотно-манипулированного сигнала с выхода ПЗУ 45 на управляющий вход делителя 49 поступают цифровые коды значений коэффициента деления, под действием которых по закону, записанному в устройстве 45, коэффициент деления изменяется таким образом, что на выходе делителя 49 образуется импульсный частотно-манипулированный сигнал с линейным ступенчатым фронтом. Этот сигнал после деления в триггерах 47 и 48 через ЦАП 50, работающий в режиме максимальной амплитуды, поступает на выход блока.

В режиме формирования амплитудно-манипулированных колебаний с делителя 49, работающего с постоянным коэффициентом деления, на ЦАП 50 через триггеры 47 и 48 поступает импульсный сигнал постоянной частоты. В ЦАП 50 под действием кодов значений амплитуд, выдаваемых ПЗУ 45, происходит амплитудная модуляция этого сигнала со ступенчатым по закону синус-синусной функции переходом от "Нажатия" к "Отжатию" и наоборот.

В режиме формирования фазоманипулированных сигналов с выхода делителя 49 на вход триггера 47 также поступает импульсная последовательность постоянной частоты. В ЦАП 50 также производится амплитудное скругление фронтов посылок по ступенчатому синус-синусному закону. Смена фазы сигнала на 180^o осуществляется, когда амплитуда выходного сигнала становится равной нулю (на средние фронта посылок). В эти моменты под действием импульсов, поступающих от формирователя 44 триггер 46 опрокидывается и запрещает прохождение очередного импульса от делителя 49 через триггер 47 на вход триггера 48, что эквивалентно повороту фазы на 180^o в импульсной последовательности на выходе триггера 48 и, следовательно, на выходе ЦАП 50.

В телефонном режиме модулятор 6 (фиг.7) формирует из сигнала низкой частоты, поступающего на его вход, однополосный сигнал на промежуточной частоте. Низкочастотный сигнал через усилитель 51 с авторегулировкой усиления поступает на вход смесителя 52, на другой вход которого поступает напряжение промежуточной частоты от синтезатора 1. После выделения из продуктов преобразования одной боковой полосы с помощью фильтра 53 выходной сигнал поступает на сумматор 55. На второй вход сумматора поступает сигнал промежуточной частоты, прошедший через аттенюатор 54, с помощью которого при подготовке к работе устанавливается уровень пилот-сигнала. Выходной сигнал сумматора 55 является выходным сигналом блока. В этом режиме сигнал с выхода фильтра 53 детектируется в детекторе 56 и продетектированное напряжение может использоваться в качестве опорного (E₀₁) для плавной регулировки выходного напряжения.

Селектор 7 (фиг.8) предназначен для усиления и фильтрации выходных колебаний возбудителя в диапазоне рабочих частот. Фильтрация осуществляется с помощью блоков 57 и 58 дискретно-перестраиваемых фильтров, между которыми включен усилитель 59. Включение фильтра, соответствующего рабочему поддиапазону, и выбор дискретного значения емкости, соответствующего настройке на рабочую частоту, в конденсаторах, которые являются органами настройки фильтров, производится по командам, поступающим на управляющий вход блоков фильтров от ОЗУ 60. В ОЗУ 60 при подготовке к работе вводятся коды номеров фильтров и дискретных значений емкости конденсаторов, соответствующих рабочим частотам, на которых планируется работа устройства. Считывание управляющих сигналов с ОЗУ производится по команде, поступающей на второй вход селектора 7 через управляющий вход возбудителя.

Пиковый детектор 8, генератор импульсов 9, триггеры 10, 11, 12, компараторы 13, 14, 15, также как и ОЗУ 24, 60, ПЗУ45, ЦАП50 технических особенностей не имеют и известны, см., например, (1).

По сравнению с прототипом технико-экологическая эффективность предлагаемого устройства заключается в уменьшении времени установления и величины выбросов выходного напряжения после переключения частоты возбудителя, что расширяет область его применения и позволяет создать на его основе широкополосные радиопередатчики для помехозащищенных радиолиний с быстрой перестройкой рабочих частот. Проверка макета устройства показала, что время установления выходного напряжения уменьшилось в 75 раз - со 150 мс в прототипе до 2 мс, а величина выброса напряжения уменьшилась в 4-5 раз.

Расширение области применения возбудителя позволяет увеличить объем услуг, предоставляемых на объектах связи различных ведомств в 1,5-2 раза, и тем самым соответственно увеличить прибыль от эксплуатации заявленного устройства.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающей аппаратуре. Возбудитель содержит синтезатор (1), дискретные авторегуляторы напряжения (2, 3), плавный авторегулятор напряжения (4), усилительно-преобразовательный блок (5), модулятор (6), селектор (7), пиковый детектор (8), генератор импульсов (9), триггеры (10, 11, 12), компараторы (13, 14, 15). В заявленном предложении уменьшается время установления и величины выбросов выходного напряжения после переключения частоты возбудителя, что расширяет область его применения. 1 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Возбудитель радиопередатчика, содержащий модулятор, первый вход которого является информационным входом, синтезатор частот, первый выход которого соединен с вторым входом модулятора, плавный авторегулятор напряжения, преобразователь модулированных сигналов промежуточной частоты в высокочастотные сигналы, первый компаратор, выход которого подключен к первому входу плавного авторегулятора напряжения, селектор и пиковый детектор, первый вход которого соединен с выходом селектора, который является высокочастотным выходом возбудителя радиопередатчика, при этом второй и третий выходы синтезатора частот и выход плавного авторегулятора напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами преобразователя модулированных сигналов промежуточной частоты в высокочастотные сигналы, управляющий вход селектора соединен с управляющим входом синтезатора частот, который является управляющим входом возбудителя радиопередатчика, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени установления частот и уменьшения величины выбросов выходного напряжения после переключения частоты, введены последовательно соединенные второй компаратор, первый триггер и формирователь импульсов, последовательно соединенные третий компаратор и второй триггер, третий триггер, вход которого подключен к четвертому выходу синтезатора частот, а выход которого подключен к второму входу формирователя импульсов, первый и второй дискретные авторегуляторы напряжения, при этом выход модулятора подключен к первому входу первого дискретного авторегулятора напряжения, выход которого соединен с вторым входом плавного авторегулятора напряжения, выход преобразователя модулированных сигналов промежуточной частоты в высокочастотные сигналы соединен с первым входом второго дискретного авторегулятора напряжения, выход которого подключен к сигнальному входу селектора, выход формирователя импульсов соединен с вторыми входами первого и второго дискретных авторегуляторов напряжения, третьи входы которых подключены к выходу второго триггера, третий вход плавного авторегулятора напряжения подсоединен к выходу первого триггера, четвертые входы первого и второго дискретных авторегуляторов напряжения, плавного авторегулятора напряжения и преобразователя модулированных сигналов промежуточной частоты в высокочастотные сигналы и второй вход пикового детектора подключены к выходу третьего триггера, выход пикового детектора соединен с сигнальными входами первого, второго и третьего компараторов, опорные входы которых являются входами сигналов опорного напряжения возбудителя радиопередатчика. 2. Возбудитель по п.1, отличающийся тем, что первый и второй дискретные авторегуляторы напряжения выполнены в виде последовательно соединенных ключа, счетчика и аттенюатора, высокочастотный вход которого является первым входом соответствующего дискретного авторегулятора напряжения, при этом первый и второй входы ключа, вход начальной установки счетчика и выход аттенюатора являются соответственно вторым, третьим и четвертым входами и выходом соответствующего дискретного авторегулятора напряжения.