Фазовый манипулятор Советский патент 1983 года по МПК H04L27/18 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в передатчиках, работающих с фазовой манипуляцией, и в устройствах формирования фазоманипулированных колебаний со стабильным фазовым сдвигом.

Известен фазовый манипулятор, выполненный в виде линейного фазового модулятора на управляемом фазовращателе со схемой стабилизации иадекса фазовой модуляции Д.

Недостатком известного манипулятора является то, что примененный принцип стабилизации не является безусловно устойчивым, так ка при возможных уходах фазового сдвига й. вследствие воздействия дестабилизируюгсих внешних факторов манипулятором не различается знак остаточной расстройки и знак обратной -связи, причем манипулятор не отличает изменения индекса фазовой модуляции от ухода постоянного фазового сдвига между входами фазового детектора.

Наиболее близким к предлагав-, мому техническим решением является фазовый манипулятор, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний, первый развязывающий блок, перв.ый управляемы фазовращатель и- второй развязывающий блок, выход которого подключен к входу блока нагрузки и к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом. третьего развязывающего блока, к входу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвертого развязывающего блока, к входу которого подключен .выход источника несусих колебаний, и генератор постоянного напряжения выход которого подключен к первому входу усилителя постоянного тока, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента передачи и с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к второму входу первого управляемого фазовращателя, при этом к первому входу блока с пере.ключаемым знаком коэффициента передачи подключен выход источника манипулирующего сигнала д .

Однако известный манипулятор имеет низкую точность манипуляции.

Цель изобретения - повышение точности манипуляции.

Эта цель достигается тем, что в- фазовый манипулятор, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний, первый развязывающий блок, первый управляемыйфазовращатель и второй развязывакядий блок, выход которого подключен к входу блока нагрузки и к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с 5 выходом третьего развязывающего блока, к входу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя. Первый вход которого соединен с выходом четвертого развя1,0 зываютего блока, к входу которого подключен выход источника несущих колебаний, и генератор постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу усилителя

15 постоянного Tofca, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента передачи и с входом фильтра нижних частот,

2Q выход которого подключен к второму входу первого управляемого фазовращателя, при этом к первому входу блока с переключаемым знаком коэф-: фициента передачи подключен выход источника манипулярукяцего сигнала, введены формирователь управляющего сигнала, накопитель, блок измерения и вычисления разности значений напряжения и последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного напря30 жения, блок вычитания и пиковый детектор, выход которого подключен к второму входу блока с переключаемым знаком коэффициента Передачи, первый вход которого соединен с

5 входом формирователя управляющего сигнала, выходы которого подключены к первым входам блока измерения и вычисления разности значений напряжения и накопителя, второй

0 вход и выход которого соединены соответственно с выходами блока измерения и вычисления разности значений напряжения и с вторым входом второго управляемого фазо5 вращателя, причем выход фазового детектора подключен к вторым входамгблока вычитания и блока измерения и вычисления разности значений напряжения.

Q На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого манипулятора; на фиг. 2график, иллюстрирующий зависимость фазы от напряжения.

Фазовый манипулятор содержит источник 1 манипулирующего сигнала, источник 2 несущих колебаний, первый развязывакщий бдок 3, первый управляемый фазовращатель 4, второй развязывающий блок 5, блок б нагруз ки, фазовый детектор 7, третий развязывающий блок 8, второй управляемый фазовращатель 9, четвертый развязывающий блок 10, блок 11 вычитания, регулируемый генератор 12,

5 пиковый детектор 13, блок 14 с переключаемым знаком коэффициента перё дачи, усилитель 15 постоянного тока генератор 16 постоянного напряжения, фильтр 17 нижних частщ, блок

,18 змepeния и вычисления разности значения напряжения, накопитель 19, формирователь 20 управляющего сигнала. Манипулятор работает следующим образом.

Высокочастотное несущее колебание от источника 2 поступает на второй вход фазового детектора 7 через последовательно соединенные четвертый развязыванит ий блок 8, второй управляемый фазовращатель 9 и третий развязывающий блок 10, а на первый вход фазового детектора 7 и на блок б Hecyiiee колебание поступает .через последовательно соединенные первый развязывающий блок 3, первый управляемый фазовращатель 4, второй развязываний блок 5. Получившие фазовые сдвиги высокочастотные несущие колебания сравниваются. Фазовый сдвиг первого управляемого фазовращателя 4 зависит от частоты Hecytero колебания и от подаваемого на управляющий вход напряжения, которое можно представить как сумму среднего значения напряжения и изменяющего относительно него переменного напряжения (среднее значение управляющего напряжения определяется как полусумма напряжений, соответствующих двум устойчивым состояниям манипулятора с противоположными значениями фазы). Фазовый сдвиг второго управляемого фазовращателя 9 также зависит от частоты несущего колебаи от напряжения на управляющем входе.. .

В фазовом детекторе 7 фазовые сдвиги, зависящие от частоты несущего колебания, а также от среднего и постоянного управляющих напряжений на управляющих входах этих управляемых фазовращателей 4 и 9 вычитаются. Включение идентичных обоих управляемых фазовращателей позволяет значительно уменьшить дгависимость выходного сигнала фазового детектора 7 от частоты несущего колебания. Получающийся при этом выходной низкочастотный сигнал являющийся функцией разности фаз входных сигналов,с выхода фазового детектора 7 поступает на один вход блока 11 вычитания, а на другой его вход - эталонный сигнал, соответствугачий заданной разности фаз по характеристике фазового детектора 7 от регулируемого генератора 12. Блок 11 вычитания сравнива.ет входные сигналы и выдает сигнал рассогласования на вход пикового детектора 13, который выделяет

пиковое напряжение рассогласования, которое поступает на второй вход блока 14. Блок 14 в соответствии с сигналом, поступающим на его первый вход от источника 1, изменяет или оставляет без изменения знак напряжения рассогласования, поступающего от пикового детектора 13. С выхода блока 14 сигнал рассогласования подается на

0 один вход усилителя 15 постоянного тока, а на другой его вход поступает постоянное напряжение сдвига от генератора 16. Усилитель 15 постоянного тока усиливает и сдвигает уровень сигнала рассогласования,

5 который с его выхода подается на вход фильтра 17 нижних частот, который .формирует из сигнала рассогласования с резкими переходами сигнал со сглаженными переходами

0 от одного значения сигнала рассогласования к Другому. С выхода фильтра 17 нижних частот сигнал рассогласования поступает на управляющий вход первого управляемого фа5зовращателя 4. На выходе первого управляемого фазовращателя 4 высокочастотное колебание получает фазовый сдвиг, определяемый сигналом рассогласования и частотой несу0щего колебания. Перечисленные с учетом их связей блоки составляют систему фазовой автоподстройки фазы (ФЛПФ).

Устойчивые состояния кольца

5 ФАПФ определяются из уравнения для значения фазы в замкнутой системе на первом входе фазового детектора:ц, .|;(U,«einc -U,,j)ke-kn- Cn -U J Ky.Wq,-So,(t)

0

где ср - разность фаз сигналов на

входах фазового детектора 7; SQ - кр.утизна управления первого управляемого фазовращателя 4 ;

5

.К(,(и)- коэффициент передачи фильт, ра 17 нижних частот; ,iktj-Ki((w)- коэффициент передачи усили теля 15 постоянного тока; Uf6- постоянное напряжение, с ге0нератора 16 постоянного напряжения;

( коэффициент передачи пикового детектора 13; Кп- коэффициент передачи бло5ка 14 с переключаемым знаком коэффициента передачи; коэффициент передачи блока 11 вычитания;

U,,выходное напряжение регу0лируемого генератора 12; nisirtCp - выходное напряжение фазо,вого детектора 7; СО - текущая частота сигнала. В статическом состоянии системы,

5 когдаQ О, Kjj , Kn/s, и К,рц имеют постоянные значения. Обозначим их ка kij , knA , фи . Тогда уравнение (1) примет вид (U 5 ncf-U 2) So. Уравнение (2) можно записать в виде q(U 5inq -Uolkn-U,5o, ,иуифцЛ8.пА-, и ,kфц , UmK (pij,kn. Для отыскания статических состояний системы необходимо найти множество значений фазы, ЯВЛЯЮРДИХся решениями уравнения (3) . Из этого множества решений выделяются решения, соответствующие устойчивым статическим состояниям системы ФАПФ. Необходимым условием для существования потенциально устойчивых состояний в замкнутой системе ФАПФ является наличие отрицательной обратной связи. Это означает, что при размыкании схемы манипулятора приращение фазы на втором входе фазового детектора 7 должно вызвать на выходе второго развязывающего блока 5 приращение фазы с противоположным знаком или производная от правой части уравне ния -(3) по фазе должна быть отрицательна:а Гг/ . . , . . - -I(4) ). Произведя дифференцирование, получим Неравенство: Неравенство (5) определяет мно жество значений фазы, для,которых выполняется условие устойчивости системы (кольца ФАПФ). Причем система ФАПФ подлерживает постоянную разность фаз, опре деляемую выбором напряжения Uo, с некотрой точностью, приэтом,точность тем выше, чем больше коэффициент передачи всего разомкнутого кольца ФАПФ. В частном случае при .1% О получим манипулятор фазы на 180°, При других значениях Uc оудут получены другие значения ра ности фаз. Работа манипулятора в динамическом режиме при наличии манипули рующего сигнала информации от источника 1 и скорости передачи информации удовлетворяющей условию1/г.л ,. (б) где рпА постоянная времени разряда пикового детектора. В первоначальный момент времен система находится в устойч1 вом состоянии со значением фазы(|, . При изменении манипулирующего сигнала от источника 1 изменяется на противоположный коэффициент передачи п бдока 14с переключаемым знаком коэффициента передачи. Поскольку пиковый детектор 13 имеет большую постоянную времени его выходное напряжение в начале не изменяется, а у выходного напряжения блока 14 с переключаемым знаком коэффициента передачи меняется скачком только знак, величина же этого напряжения остается такой же. Этот перепад напряжения, сдвинутый по постоянному уровню усилителем 15 постоянного тока., .поступает на фильтр 17 нижних частот, который формирует из сигнала с резким перепадом напряжения сигнал с плавным переходом по выбранному закону. Полученное нацряжение подается на управляющий вход первого управляемого фазовращателя 4 и изменяет фазу выходного сигнала на блоке б -нагрузки и втором входе фазового детектора 7. Для удобства рассмотрения введем значение фазы , % -UvSo, соответствующее точке, относительно которой происходит переключение фазына выходе первого sшpaвляeмoго фазовращателя 4. Значение фа в.системе ФАПФ устанавливается с помощью генератора 16. В соответствии с принятым ранее при решении уравнения (3) предположением о линейности всех входящих в систему ФАПФ блоков, кроме фазового детектора 7, одинаковые приращения напряжения на входе первого управляемого фазовращателя 4 вызовут одинаковые прираггения фазы на его выходе и, учитывая ранее изложенное, что при смене коэффициента Кр в начальный моме.нт времени происходит только смена знака приращения AU относительно i на управляющем входе первого управляемого фазовращателя, значение фазы на его выходе будет равно ш , где дсу су,рЧ, , а 1, значение фазы соответствует второму устойчивому состоянию системы ФАПФ. Поэтому система «Г-АПФ начнет подстраивать значение фазы на выходе первого фазоврамателя до значения фазы if I с постоянной времени t рцд пикового детектора 13. Аналогичный переходный процесс будет при обратйом переключении.

Находят значение фа&ы q, , при.

котором Ср,„ 7:Ц1| .

ср , п

tP,,-4,

.11 .

и соответственного бо Если выставить с помощью генератора 16 напряжение . то получаются вполне определенные переходные процессы.

Причем при установке оптимальных значений иЧ,о„ исключается часть переходного процесса, определяемого пиковым детектором, и разность фаз поддерживается постоянной везде, за исключением времени переходных процессов в системе ФАПФ, определяемых фильтром 17 нижних частот, где&Фд - разность меиэду текущим значением фазы на выхЪде первого управляемого фазовращателя 4 и предьщуцим статическим значением фазы ,

лф

.- 11ч-С,.1,.

За исключением времени на переходные процессы выполняется условие :.

д Ь%тт.а, разность фаз в статическом 4%г и динaмичёcкoм Pд режиме работы системы ФАПФ одинаково.

При этом критерием оптимального значения (f (или,и() является равенство значений напряжения на выходе фазового детектора 7, соответствующих противоположным устойчивьм состояниям системы.s

При увеличении скорости передачи информации характер переходных процессов в системе ФАПФ изменяется. Рассмотрим случай, когда скорость передачи Ъf удовлетворяет условию л ч I /

и значение фазы С то же, что ив предыдущем случае. Характер переходных процессов в этом случае полностью определяется способност1 ю системы ФАПФ отслеживать скорость изменения информации.

Поэтому необходимо ввести устройство, которое автоматически будет производить оптимальную настройку фазового манипулятора.

Для sTdro в манипулятор дополнительно введены блок 18, накопитель 19 и формирователь 20, которые совместно с описанной системой ФАПФ образуют самонастраивающуюся систему.

Работа самонастраиваю1;;ейся ситемы в динамическом режиме. В соответствии с критерием оптимальности блок 18 измеряет напряжения U иОз на выходе фазового детектора 7 в моменты времени, соответствуюише двум соседним посылкам и вычисляет разность Up .

Up-lU,,

где К./, - коэффициент пропорциональ 8

ности.

0.

Сигнал разности после вычисления поступает на накопитель 19 и накапливается, т.е. к ранее заполненному в нем напряжению прибавляется напряжение Up с соответствующим знат

5 ком. Полученное напряжение подается с выхода накопителя 19 на управляющий вход второго управляемого фазовращателя 9 и изменяет значение фазы высокочастотного сигна0ла на первом входе фазового детектора 7 таким образом, что значение фазы Cf приближается к значениюсу д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не станет Up 0 а if

5

Для того, чтобы процесс самонастройки был сходящимся, надо выбрать соответствующим образом коэффициент. К(8. .Формирователь 20 организу Ът процесс измерения, вычисления,

0 азности, накопления и запоминания результатов вычислений в соответствии со значением манипулирутощего .сигнала от источника 1, т.е. в зависимости от: выбранного конкретного

5 исполнения напряжение U измеряется на посылке, где kn О, а Uj при kn 0 или наоборот.

Таким образом, введенная сово0купность блоков позволяет значительно повысить точность манипуляции сигнала.

ФАЗОВЫЙ МАНИПУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний, первый развязывающий блок, первый упрагзляемлй фазовращатель и второй развязывающий блок, выход которого подключен к входу блока нагруз-кн и к первому входу фазового . детектора, второй вход котброго соединен с выходом третьего развязывающего блока, к входу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвер- , того развязываюиего блока, к входу которого подключен выход источника несущих колебаний, и генератор постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу усилителя постоянного тока, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента передачи и с входом фильтра ниж;них частот, выход которого подключен к второму входу первого управ- ляемого фазовращателя, при этом к первому входу блока с переключаемым знаком коэффициента передачи подключен выход источника манипулирующего сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности манипуляции, в него введены формирователь управляющего сигнала, накопитель, блок измерения и вычисления разности значений напряжения и последовательно роединенные регулируемый генератор постоянного напряжения, блок вгачятания и пиковый детектор, выход которого подключен к второму входу блока с переключаемые знаком коэффициента передачи, первый вход которого соединен с входом формирователя управлякапего сигнала, выходы которого подключены к первым входам блока измерения и вычисления разности значений напряжения и накопителя, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока измерения и вычисления разности значений напряжения и с вторым входом второго управляемого фазовращателя причем выход фазавого детектора подключен к вторым входам блока вычитания и блока измерения и вычисления разности значений напряжения.