Частотный манипулятор Советский патент 1984 года по МПК H04L27/12 

9Ь СД СП

Btixod

ел

1. ЧАСТОТНЫЙ МАНИПУЛЯТОР, содержащий генератор синусоидального напряжения, преобразователь сигнала, синхронизатор, и последовательно соединенные генератор несущей частоты, фазовращатель, первый перемножитель и сумматор, к второму входу которого подключен выход второго перемножителя, первый вход которого соединен с выГ/г--- ходом генератора несущей частоты, отличающийся тем, что, с целью подавления паразитной боковой полосы частот, введены два делителя частоты и два фильтра нижних частот, при этом выход -генератора синусоидального напряжения подключен ко входу преобразователя сигнала, выходы которого соединены с одними входами синхронизатора, выходы которого подключены ко входам первого и второго делителей частоты, выходы которых соединены соответственно со в.ходами первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых подключены соответст- венно ко вторым входам первого и вто- в рого перемножителей, а выходы первого (Л и второго делителей частоты соединены С с другими входами синхронизатора.

Фиг. f

. 11

55

НЕ и с выходом третьего элемента ИЛИ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соответственно одними входами и выходами синхронизатора, другими входами которого являются входы третьего элемента ИЛИ. Поставленная цель достигается тем, что в частотньй манипулятор, содержащий генератор синусоидального напряжения, преобразователь сигна-, ла, синхронизатор и последовательно:: соединенные генератор несущей частоты, фазовращатель, первый перемножитель и сумматор, к BTopoNfy входу которого подключен выход второго перемножителя, первый вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, введены два делителя частоты и два фильтра нижних частот, при этом выход генератора синусоидального напряжения подключен к входу преобразователя сигнала, выходы которого соединены с одними входами синхронизатора, выходы котбрых подключены к входам первого и второгоделителей частоты, вьпсоды которых соединены соответственно с входами первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых подключены .соответственно к вторЬ1м входам первого и второго уперемножителеи, а выходы первого и второго делителей частоты соединены с другими входами синхронизатора. При этом синхронизатор содержит три элемента ИЛИ, два элемента И и элемент НЕ, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента ШШ, второй вход которого соединен с входом элемента НЕ и с выходом третьего элемента ИЛИ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются COOTветственно одними входами и выходами синхронизатора, другими входами которого являются входы третьего элеме та ИЛИ. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого манипулятора, на фиг.2 - эпюры напря жений, поясняющие его работу. Частотный манипулятор содержит генератор 1 несущей частоты, генератор 2 синусоидального напряжения, преобразователь 3 сигнала, первый 4. и второй 5 делители частоты, первый 6 и второй 7 фильтры нижних частот, первый 8 и второй 9 перемножители, фазовращатель 10, сумматор 11, синхронизатор 12, состоящий из элемента НЕ 13, первого 14 и второго 15 элементов И, первого 16, второго 17 и третьего 18 элементбв РШИ. Частотный манипулятор работает следующим образом. Генератор 2 вырабатывает синусоидальное напряжение с частотой 2 и подает его на вход преобразователя 3, который преобразует синусоидальные колебания в прямоугольные импуль сы. С двух выходов преобразователя 3 через первый 14 и второй 15 элемен ты И синхронизатора 12 на входы первого 4 и второго 5 делителей частоть подаются два меандра, инвертированные друг относительно друга (фиг.2а, с частотой следования импульсов 2 Г Первый 4 и второй 5 делители частоты производят деление поступающих после довательностей импульсов на два, В результате чего на их выходах полу чаются последовательности импульсов 1(фиг.2в,г), сдвинутые один относител но другого на JT/2. После прохождения этих импульсов через первый 6 и вто рой 7 фильтры нижних частот на первы входы первого 8 и второго 9 перемножителей поступают только первые гар,МОНИКИ разложения ряда Фурье, которы : также оказываются сдвинутыми один относительно другого на .Л/2. На вто рые входы первого 8 и второго 9 пе ремножителей от генератора 1 несущей частоты подаются сдвинутое на Jt/2 фазовращателем 10 и прямое синусоидальные напряжения с частотой f . В результате перемножения напряжений, поступающих на входы первого 8 и iSToporo 9 перемножителей, с последующим сложением результатов этих перемножений в сумматоре 11 на выходе манипулятора образуется синусоидальный сигнал с частотой f+F wmif-f в зависимости от того, какая последовательность импульсов на входе первого 4 и второго 5 делителей частота оказывается сдвинутой на jr /2 относительно другой. . Управление сдвигом одной последовательности импульсов относительно другой осуществляется по закону изменения входного двоичного сигнала синхронизатора 12, который работает следующим образом. С выходов первого 4 и второго 5 делителей частоты последовательности импульсов (фиг.2в,г) поступают на третий- элемент ИЛИ 18, на выходе которого образуется импульсное напряжение (фиг.2д), подаваемое на вто)ые входы первого 16 и второго 17 элементов ИЛИ. На первые входы этих элементов РШИ подаются инвертированная (фиг.2е) элементом НЕ 13 и прямая (фиг.2ж) последовательности входного двоичного сигнала. В зависимости от значения двоичного сигнала на входах первого 16 и второго 17 элементов ИЛИ вьфабатываются последовательности импульсов, изображенные на фиг.2з и фиг.2и соответственной Эти импульсы, поступая на входы первого 14 и второго 15 элементов исключают из деления первого 4 или второго 5 делителей частоты один импульс при смене значения двоичного сигнала на входе синхронизатора 12, осуществляя задержку на выходе первого 4 и второго 5 делителей частоты соответствующей выходной последовательности импульсов на Jf (фиг.2в,г) . В результате этого на выходе сумматора 11 появляется сигнал с частотой f -F или -P-F в зависимости от значения двоичного сигнала, т.е. осуществляется частотная манипуляция без разрыва фазы и без потери стабильности высокочастотных колебаний. Можно оценить качество предлагаемого частотного манипулятора исходя из тех же условий, что и для прото-. типа, т.е. д. 0,5 (для фазовращателя 10), где й.д -фазовая асимметрия высокочастотного фазовращателя. Низкочастотные фазосдвинутые напряжения формируются с помощью первого 4 и второго 5 делителей частоты. Различные значения величины запаздьшания в транзисторах этих делитеI. 11 лей частоты приводят к тому, что сдвиг между напряжениями по фазе отличается на дополнительную велинину At. Причем при применении в дели телях частоты высокочастотных тран. зисторов удается получить значения 0,05-0,1 МКС на частотах до 10 гКц, что соответствует паразитном отклонению фазы „„.-2jrutf--Jr.o,2.W-V/u.j (О дпя /St 0,1 МКС, Учитывая, что в наихудшем случае знаки при Afc на выходах первого и второго делителей частоты могут быть гфотивоположны, принимают -0, Jf-10 FJ a fl,--2f«,Mj Величину с/ где cf - амплитудная асимметрия в тракте низкой частоты, оценивают из следующих соображений. Выходные транзисторы первого 4 и второго 5 делителей частоты предла гаемого манипулятора могут находиться в одном из двух состояний - оба перехода открыты или оба перехода закрыты. В первом случае, т.е. в режиме насыщения, эквивалентная схема транзистора представляет собой генератор остаточного напряжения с небольшим внутренним сопротивлением (доли.ома), которым можно пренебречь В режиме насыщения остаточное напряжение на коллекторе транзистора как функцию от коллекторного г и базового -bs токов можно определить выражением 1 K-iK J, 2 W -- Р . - « - т ()icr4i J,o l Pj/ft) где - температурный потенциал (Tft- абсолютная температура; К - постоянная Больцмана, С - заря электрона, при Т 300 К, т В - коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером при прямом включении, Jij - коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером при инверс ном включении (коллектор при этом иг рает роль эмиттера), обратный ток коллекторного перехода.. /i, В режиме насыцения р « При большом токе базы, когда выполняются неравенства i, остаточное напряжение на коллекторе минимальное V/ .-f,t,.i (3) ««« p,i Из (3) следует, что для получения низкого остаточного напряжения ключевой схемы, выгоднее включить транзистор в инверсном варианте (поменять эмиттер и коллектор транзистора местами), так как J Jl . Тогда -. С) Обычные значения 20-100 Отсюда 26 ) .26M6 . Это подтверждается и экспериментальными данными. Остаточное напряжение UHMVI - попеременно появляется на выходах первого 4 и второго 5 делителей частоты, амплитуды которых различаются на величину разброса UtiMMHit cM. (5). Выбирая наихудший случай, получают Д «/иимт.,2б-1«в, относительное изменение определяется выражением С/ г Х ИИН1 . напряжение питания, подавае.° выходные-транзисторы первого второго 5 делителей, Выбирая U 5 В (обычная величина Напряжения, подаваемого для питания импульсных микросхем) получают f 0,4 -10 Влияние обратного токо эмиттерного перехода Зэв аналогично. Рассматривая закрытый транзистор как генератор тока Зэо получан т, относительный уровень изменения амплитуды выходного напряжения на выходе первого 4 и второго 5 делителей частоты равен Для транзисторов с разбросом параметров. мкА и ртношения U/R 10 мА относительное изменение амплитуды 4-10- . 0 -0,4 -fo 10- 10-i Тогда f-, (/,::0.6 10 Подставляя.полученные для предлагаемого манипулятора значения фазовой и амплитудной асимметрии, получают общее вьфажение для степени подавления паразитной боковой полосы в общем виде п l((,4.o-VfF)o.J6-to-6 U 180 Преимуществами предлагаемого час точного манипулятора по сравнению с прототипом являются повьшение сте пени компенсации паразитной боковой полосы,которая для наиболее часто используемых в технике передачи данных частот сдв1| га до Гц, составляет порядка/9-10 дБ, отсутствие фазовых манипуляторов как источника дополнительной амплитудной и фазовой асимметрии упрощение настройки устройства при частотах сдвига до 500 Гц так как точность, поддержания сдвига фазы Д/2 на низкой частоте по крайней мере на порядок выше, чем ,на несущей, что позволяет подстраивать фазовращатель по максимуму рда riJnJ LJT-rL rL n r

п п п„гтги 1 111 8 . ним органом настройки, упрощение практической реализации устройства, выраженное в унификации элементов схемы, так как в цепях манипулятора используются типовые устройства цифровой техникиi повышение температурной стабильности, так как дестабилизирующее влияние изменения температуры сказывается а настройку только одного фазовращателя, а не двух, как у прототипа. Существенное повьшение степени подавления паразитной боковой пологч прииспользовании предлагаемого частотного манипулятора позволяет улучшить чистоту спектра выходного сигнала, а значит улучшить условия электромагнитной совместимости совместно используемых радиотехнических устройств, повьш1ает помехоустойчивость радиолиний передачи дискретной информации и одновременно за счет повышенной термостабильнос- . ти и упрощения системы настройки улучшает их эксплуатационные характеристики. П ГТГТП П JTL

Фиа. 2