Формирователь однополосного сигнала Советский патент 1987 года по МПК H03C1/52 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для формирования однополосного сигнала в различных радиотехнических устройствах.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот модулирующих сигналов при увеличении подавления нежелательной боковой полосы частот.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого формирователя однополосного сигнала} на фиг.2 - структурная электрическая схема выделителя огибающей модулиру- ющего сигнала; на фиг.З - временные диаграммы работы предлагаемого формирователя однополосного сигнала.

Формирователь однополосного сигнала содержит выделитель огибающей 1 модулирующего сигнала, первую 1инию 2 задержки, источник 3 модулирующего сигнала, пятую линию 4 задержки, ключ 5, второй 6, третий 7 сумматоры второй двухполупериодный выпрямитель 8, триггер 9, первый блок 10 извлечения квадратного корня, второй фазо- инвертор 1 1, второй блок 12 изв-лече- ния квадратного корня, второй фильтр 13 нижних частот (ФНЧ), четвертую 14 и третью 15 линии задержки, первую 16 и вторую 17 цепи синхронизации, четвертьш коммутатор 18, вторую линию з адержки 19, второй фазорасще- пйтель 20, первый фазоинвертор 21, первый фильтр 22 нижних частот, первый двухполупериодный выпрямитель 23 первый фазорасщепитель 24, второй коммутатор 25, третий 26 и четвертый 27 перемножители, усилитель 28, пер- вый коммутатор 29, первый перемножитель 30, высокочастотньш фазовращатель 31, источник 32 модулируемого сигнала, второй перемножитель 33, третий фазорасщепитель 34, третий коммутатор 35, первый сумматор 36, полосовой фильтр 37. Первая 16 и вторая 17 цепи синхронизации, содержат разделительный элемент 38, первый од нополупериодный выпрямитель 39, диф- ференцирующую цепь 40, усилитель 41, второй однополупериодньш выпрямитель 42. Бьщелитель огибающей 1 модулирующего сигнала содержит первый 43 и второй 44 перемножители, генератор 45 высокой частоты, фазовращатель 46 первый 47 и второй 48 квадраторы, удвоитель 49 частоты, первый вычита- тель 50, сумматор 51, дополнительньш

Q

15

2025 зоц 40 45 50 55

1832

перемножитель 52, второй вычитатель 53, полосовой фильтр 54, блок 55 извлечения квадратного корня, причем первый 50 и второй 53 вычйтатели содержат фазоинвертор 56 и сумматор 57, а полосовой фильтр 54 содержит фильтр 58 нижних частот и разделительный элемент 59..

Формирователь однополосного сигнала работает следующим образом.

Источник 3 вырабатьгоает модулирующий речевой сигнал (фиг.За) Uj. Любой сигнал, случайный и детерминированный, узкополосный и широкополос- ньй, может быть представлен проекцией соответствующего аналитического сигнала на вещественную ось:

UjCt) U(t)cosi(t), где U(t) - огибающая;

(t) - фаза речевого сигнала.

Огибающую U(t) вьзделяет выделитель огибающей 1.

Сигнал UjCt) с источника 3 поступает на одни входы сумматоров 6 и 7 через выделитель огибающей 1 и параллельно на другие их входы через линию 2 задержки и фазоинвертор 11. На выходе сумматора 6 образуется колебание (фиг.Зв, сплощная линия) и j(t)U(t)+U3(t)U(t)+U(t)cosg (t)

2U(t)cos

4itl

а на выходе блока 7 (фиг.Зв) - колебанияU,(t)U,(t)-U3(t)U(t)-U(t)cosc/(t)

2U(t) сигналов ;t /(t) и U(t) соответственно в блоках 10 и 12 извлекается корень квадратный. ,Цля упрощения осциллограмм в качестве входного сигнала взят гармонический сигнал U5(t) cosHt с огибающей U, (t) U(t)l (фиг.36), являющийся частным случаем входного сигнала ).

На выходе блоков 10 и 12 получаются соответственно сигналы

и

..

„ (t) V2U(t)/cos

U,2 (t) 2U(t)/sin .

12

Частота этих сигналов в 2 раза меньше частоты модулирующего сигнала. Сигнал и (t) подается на сигнальный вход коммутатора 25 через линию 15 задержки и фазорасщепитель 20, а.сигнал (t) - на сигнальньш вход комму-

3.

татора 9 через линию 19 задержки и фазорасщепитель 24 на 180. На управляющий вход коммутатора 9 подается сигнал ,2(t) через цепь синхронизации, состоящую из разделительного элемента 38, первого однополупериод- ного выпрямителя 39, дифференцирующей цепи 40, усилителя 41, второго .однополупериодного вьтрямителя 42, и через перемножитель 27.

Разделительный элемент 38 (например, конденсатор) устраняет постоянную составляющую сигнала U (t) ° чего его нулевая линия смещается вверх, как это показано на осциллограмме и (t) (фиг.Зг). Однополупери- одньш вьтрямитель 39 выделяет остроконечные импульсы из сигнала U (t), и таким образом устраняется началь- ный (ложный) м пульс, обусловленный началом работы устройства (его включением) , что показано на осциллограмме Ujj(t) (фиг.Зд). Так как частота входного сигнала U3(t) может менять- ся в широких пределах (от единиц герц до десятков килогерц), то фронты остроконечных импульсов на входе однополурериодного выпрямителя 39 (фиг.Зд) изменяются в широких пре- делах, что обуславливает большую погрешность формирования знакопеременных сигналов на выходе коммутатора 29. Во избежание этого недостатка остроконечные отрицательные импульсы Ujg(t) дифференцируются по времени (фиг.Зе) дифференцирующей цепью 40, после чего усиливаются в усилителе 41 и проходят через однополупериод- ный выпрямитель 42, выделяющий поло- жительные продифференциро)ванные импульсы, имеющие более крутой фронт по сравнению с отрицательными и фиксированное начало (фиг.Зж). Далее положительные импульсы (t) перемно- жаются в перемножителе 27 с выходным сигналом коммутатора 25, после чего поступают на управляющий вход коммутатора 29. На управляющий вход коммутатора 25 поступает сигнал (t) че рез последовательно соединенные цепь 16 синхронизации, которая вьшолнена так же, как цепь 17 синхронизации, фазоинвертор 21 и перемножитель 26. Выходные импульсы цепи сийхронизации (положительные), соответствующие импульсам U 2 (t) , инвертируются фазо- инвертором 21, как показано на осциллограмме (фиг.Зз) U7i(t), после чего

834

поступают на один вход перемножителя 26, на второй вход которого поступает выходной сигнал коммутатора 29. Коммутаторы 25 и 29 с их цепями предназначены для восстановления отрицательных полуволн в сигналах U (t) и U(t), сдвинутых между собой по фаз на 90°. Это восстановление происходит в моменты времени, определяемые началом импульсов U(t) и U, (t) . В перемножителях 26 и 27 перемножаются выходные сигналы коммутаторов.25 и 29 с импульсами U(t) и U,(t), отстоящими друг от друга на четверть периода. Импульсы каждого из коммутаторов 25 и 29 отстоят друг от друга на полпериода (фиг.Зи).

В начале работы (время от О до четверти периода) выходные сигналы Ujf(t) и Ujg (t) положительные. Первый импульс ) (пунктирный) - положительный, поэтому импульс lJ(t) и , (t)U25-(t) 7 о, т.е. положительньй коммутатор 29 не меняет полярности напряжения на своем выходе U ) первая полуволна (пунктирная) - положительная. Первый импульс U2, (t) (сплошной) - отрицательный. Поэтому сигнал с выхода перемножителя 26 TJ((t) U2/(t)U29(t) - О и коммутатор 25 меняет Лазу сигнала на своем выходе на 180°, отчего на его выходе начинает формироваться отрицательная полуволна U2j(t). Второй ш-шульс (t) 7 О, а в это время сигнал U-j(t) О, 1 оэтому на выходе перемножителя 21 образуется импульс U (t) U,2 (t)U25(t) 0, отчего коммутатор 29 в этот момент менят фазу сигнала на своем выходе на 180°, т.е. начинает формироваться отрицательная полуволна сигнала U (t}. Второй импульс Uj, (t) /О появляется тогда, когда U(t) 0. Поэтому Uj(t)U, (t) X X и 2j(t) 7 О, т.е. полярность управляющего работой коммутатора 26 импульса изменилась на 180° и поэтому коммутатор 26 изменяет полярность напряжения U25(t) на своем выходе на 180°, тем самым заканчивается формирование отрицательной полуволны сигнла (t) . Аналогично заканчивается формирование отрицательной полуволны сигнала (t). В состав каждого из коммутаторов 25 и 29 входит триггер, реагирующий на амплитуду и знак управляющего оимпульса и и eюtций фиксированное состояние в начале работы.

5 . 13561

С выхода коммутаторов 25 и 29 низкочастотные модулирующие сигналы с разделенной в 2 раза полосой частот подаются на низкочастотные входы перемножителей 30 и 33, на высокочастотные входы которых подается колебание несущей частоты V (1) cosui t с источника 32, причем на перемножмтель

30оно подается через фазовращатель -ю

31на 90, а на перемножитель 33 - непосредственно. На выходе перемножителей имеют место сигналы

V(t) cos-т X

U3o(t)Ujj(t)U3, (t)1f2U(t) X Uj, cosCw t + 90°) 0, V2U(t) x x.cos(w, 90°)+co3( -b + 90) ;

u,,(t)u

„(t)U3j(t)V2U(t)sin X

xUjj cosu),51)32 V2U(t) cosCupt . ).cos(c., - 90°) Сумма и j (t)+U3 (t) формирует

нижнюю боковую полосу при U- и

33

Однако если модулирующий сигнал с источника 3 изменяет знак на 180°, то выходные сигналы с блоков 10 и 12 поменяются местами. Сигналы с выходов коммутаторов 25 к 29 тоже поменяются местами. В этом случае формируется верхняя боковая полоса вместо ожидаемой нижней (или наоборот), Это недопустимо, поскольку не позволяет использовать полосу канала, равную одной боковой полосе сигнала. Для.исключения указанного недостатка сумматор 36 подключен к перемножите- лю 30 через последовательно включенные фазорасщепитель 34 на 180°и коммутатор 35, управляющий вход которого подключен к вькоду источника 3 модулирующего сигнала через последовательно включенные ключ 5, триггер 9 с одним устойчивым состоянием, линию 14 задержки. Управляющий вход ключа 5 тоже подключен к выходу источника 3 через последовательно соединенные линию 4 задержки, двухполупериодньй выпрямитель 8, ФНЧ 13. При включении формирователя однополосного сигнала знак начального напряжения сигнала с источника 3 устанавливает триггер 9 в соответствующее положение: при положительном начальном напряжении, триггер 9 остается в начальном по

5

0

5

0

5

0

5

0

5

836

ложении. Это нормальный режим. Когда начальное напряжение отрицательного знака, триггер 9 перебрасьгаается в противоположное состояние и от этого полярность напряжения на выходе коммутатора 35 меняется на обратную. Теперь вместо суммы сигналов на выходе блока 36 имеем их разность и заданная (рабочая) боковая полоса от этого не изменяется на нерабочую. Цепочка, состоящая из линии 4 задержки, двухполупериодного вьтрямителя 8 и ФНЧ 13, предназначена для того, чтобы после заданного интервала времени, равного времени срабатьшания триггера 9, отключить подачу напряжения на вход триггера 9 с источника 3. Время, через которое происходит это отключение, определяется линией 4 задержки и ФНЧ 13. Управлять работой коммутатора 5 можно с помощью цепочки, состоящей из последовательно соединенных полосового фильтра 37, перемножителя 28, двухполупериодного выпрямителя 23, ФНЧ 22, подключенной к выходу сумматора 36. Если на выходе сумматора 36 нерабочая боковая полоса, то полосовой фильтр 37 пропускает нал, усилитель 28 усиливает и после двухполупериодного выпрямителя 23 сигнал через ФНЧ 22 может быть подан на управляющий вход блока 35. Каждый из вариантов слежения за знаком входного сигнала может быть задан с помощью коммутатора 18.

Выделитель огибающей 1 работает следующим образом-.

С источника 3 выходной сигнал Uj (t) поступает одновременно на низкочастотные входы перемножителей 43 и 44. С генератора 45 колебание и 45 (t)U4jCoswt поступает на высокочастотный вход перемножителя 44 через фазовращатель 46 на 90, а на высокочастотный вход перемножителя 43 - непосредственно. На выходе этих перемножителей образуются сигналы

Ui4(t)U3(t)U4fr(t)U(t)cOS(Xt) X

X %cos(u)t+90°)0,5U(t)(u)(t) + + V(t)+90 )+0,5U(t)U,cos(ut-(/(t)+90 );

U4i(t)U3 (t)U4, (t)U(t)cos(Kt)U,cosut 0,5U(t)U4jcas(wt+g)(t)) + + 0,5U(t)(u)t-c(t)).

При этом предполагается, что -4 . Сигналы (t) и (t) возводятся в квадрат в блоках 48

и 47 соответственно, на выходах которых образуются колебания

U4e(t)U44(t)0,25U (t)U4(,sin4wt + (t))+2sin()sin((t)-1- + sin4u)t-tr(t)) ;

U4.(t)U,(t)0,25u4t) U jcos4 t +

K/(t)+2cos(wt+cp(t)cos(u;t-tf(t)) +

+ cos (u;t-i/(t)) .

Колебания U4g(t) и U, (t) поступают непосредственно на входы сумматора 51, на выходе которого образуется напряжение

Us, (t)U48(t)+U4.(t) 0,5U (t)U ,+ -I- 0,5U4t) cos2v(t),

поступающее непосредственно на один вход сумматора 57. Одновременно сигнал U47(t) поступает непосредственно на один вход вычитателя 50 сумматора 57, на второй вход которого поступает сигнал (t), Фазоинвертор 56 поворачивает его фазу на 180. На выходе вычитателя 50 образуется напряжение

Uso (t) U47 (t) - )

0,25u4t)uU cos (wt+ )) « + cos2(a)t- 4i(t)+cos2cDt .

поступающее на один вход перемножи- теля 52, на второй вход которого поступает колебание (t) с генератора 45 через удвоитель частоты 49. В результате этого на выходе перемножителя 52 образуется напряжение

U,(t)Uf7(t)-U49(t)0,25u4t) X X U U 5COs2t/ (t) + B.4.+ с

Далее сигнал Ujj(t) поступает через полосовой фильтр 54 (в состав ко- торого входят ФНЧ 58 и разделительный элемент 59), в котором отфильтровьша- ются постоянная составляющая и высокочастотная составляющая и выравнивается уровень сигнала с уровнем сиг- нала UjiCt), на вычитатель 53, включающий Фазоинвертор 56 и сумматор 57 на выходе которого формуется сигнал

Uf7 (t)U5, (t)-Uj,(t)0,5Tj4t)U52-.

В блоке 55 из этого сигнала извлекается квадратньй корень, и на выходе блока 55 формируется огибающая модулирующего сигнала U(t).

Формула изобретения

1. Формирователь однополосного сигнала, содержащий источник модулирую

щего сигнала, последовательно соединенные источник модулируемого сигнала, высокочастотный фазовращатель и первый перемножитель, последовательно соединенные второй перемножитель,первый вход которого соединен с выходом источника модулируемого сигнала, и первый сумматор, выход которого является выходом формирователя однополосного сигнала, отличающийся тем, что, с пелью расширения рабочего диапазона частот модулирующих сигналов при увеличении подавления нежелательной боковой полосы частот, между выходом источника модулируюгцего сигнала и вторым дом первого перемножителя введены последовательно со.единенные вьщели- тель огибающей модулирующего сигнала, второй сумматор, первый блок извлечения квадратного корня, первая цепь синхронизации, первьп Фазоинвертор и третий перемножитель, между выходом источника модулирующего сигнала и вторым входом второго перемножителя введены последовательно соединенные первая линия задержки, второй фазо- инвертор, третий сумматор, второй блок извлечения квадратного корня, вторая линия задержки, первый фазо- расщепитель и первый коммутатор, между выходом второго блока извлечения квадратного корня и управляющим входом первого коммутатора введены последовательно соединенные вторая цепь синхронизации и четвертый перемножитель, между выходом первого блока извлечения квадратного корня и вторым входом четвертого перемножителя введены последовательно соединенные третья линия задержки, второй фазо- расщепитель и второй коммутатор, между выходом первого перемножителя и вторым входом первого сумматора введены последовательно соединенные третий фазорасщепитель и третий коммутатор, между выходом источника модулирующих сигналов и управляющим входом третьего коммутатора введены последовательно соединенные ключ, триггер, четвертая линия задержки и четвертый коммутатор, между выходом первого сумматора и вторым сигнальным входом четвертого коммутатора введены последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель, первый двухполупериодный выпрямитель и первый фильтр нижних частот, между вы9 , 1 ходом источника модулирующего, сигнала и управляющим входом ключа введены последовательно соединенные пятая линия задержки, второй двухполупери- одный вьшрямитель и второй фильтр нижних частот, при этом вькод третьего перемножителя соединен с управляющим входом второго коммутатора, выход первого коммутатора соединен с вторым, входом третьего перемножителя, выход первой линии задержки соединен с вторым входом второго сумматора, выход выделителя огибающей модулирующего сигнала соединен с вторым входом третьего сумматора, а каждая цепь синхронизации выполнена в виде последовательно соединенных разделительного элемента,,пер- врго однополупериоднсго вьшрямителя, дифференцирующей цепи, усилителя и второго однополупериодного выпрямителя, а управляющий вход четвертого коммутатора является управляющим входом формирователя однополосногЪ сиг- нала.

2. Формирователь по п.1, о т л и- чающийся тем, что выделитель

8310

огибающей модулирующего сигнала содержит последовательно соединенные первый перемножитель, первый квадратор, первый вычитатель, дополнительный перемножитель, полосовой фильтр, второй вычитатель и блок извлечения квадратного корня, последовательно соединенные второй перемножитель, второй квадратор и сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого квадратора, а вьтход - с вторым входом второго вычитателя, последовательно соединенные генератор высокой частоты и фазовращатель, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, а также удвоитель частоты, вход которого соединен с вторым выходом генератора высокой частоты и с первым входом первого перемножителя, а выход - с вторым входом дополнительного перемножителя, при этом вход второго квадратора соединен с вторым входом первого вычитателя, объединенные вторые входы первого и второго перемножителей являются входом, а выход блока извлечения квадратного корня - выходом выделителя огибающей модулирующего сигнала.

фиг.2

О 39

о

о

/ X/

Y

4 дК k k

tf/r S f

U f.

1

l КNh- t

,f,

...

X/

Y

.

z

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот модулирующих сигналов при увеличении подавления нежелательной боковой полосы частот. Для достижения цели введены выделитель огибающей модулирующего сигнала (МС) 1, два сумматора 6, 7, два блока извлечения квадратного корня 10, 12, две цепи синхронизации 16, 17, два фазоинвертора 21, 11, два перемножителя 26, 27, пять линий задержки 2, 19, 15, 14, 4, три фазо- расщепителя 24, 20, 34, четыре коммутатора 29,25,35,18, ключ 5, триггер 9, полосовой фильтр 37, усилитель 28, два двухполупериодных выпрямителя 23,8, два фильтра нижних частот 22, 13. Формирователь однополосного сигнала по П.1, отличается тем, что, выделитель огибающей МС содержит три перемножителя, два квадратора, два вычитателя, полосовой фильтр, блок i извлечения квадратного корня, сумматор, генератор ВЧ, фазовращатель, удвоитель частоты. 1 з.п. ф-лы. Зил. i (Л iHJL fo }-4| fs яН Lbrrdj -- jj СО СП о: 00 со