Генератор сетки амплитудно-модулированных сигналов Советский патент 1992 года по МПК H03C1/00 

с помощью формирователя 14 и преобразователя i3 MJMGB, которые задают и вычисляют соответствующие кодовые сигналы, которые управляют блоком 9, который управляет управляемым аттенюатором 8. На выходе формируются АМ-сигналы с заданным коэффициентом амплитудной модуляции. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для формирования амплитудно-модулированных сигналов, используемых в радиоизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности соответствия коэффициента амплитудной модуляции заданному значению. Генератор сетки амплитудно-модулированных (AM) сигналов содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 управляющих сигналов, формирователь 3 импульсов, элемент 4 совпадения, переключатель 5, счетчик 6, регистр 7 памяти, управляемый аттенюатор 8, блок 9 оперативного запоминания, мультиплексор 10, реверсивный счетчик 11, блок 12 задержки, преобразователь 13 кодов, формирователь 14 управляющих кодовых сигналов, управляемые выходные фильтрующие блоки 15i15м. В генераторе сетки АМ-сигналов имеет место амплитудная модуляция периодической последовательности импульсов путем цифрового управления управляемым аттенюатором 8. Сигнал управления сформирован jBpZZL--1 L t(t) -h 1/й(1) Ё СА) ч ГЬ XI СО

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для проверки измерителей амплитудной модуляции (мо- дулометров), а также в качестве имитаторов радиосигналов.

Цель изобретения - повышение точности соответствия коэффициента амплитудной модуляции заданному значению.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема генератора сетки ампли- тудно-модулированных сигналов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Генератор сеткиамплитудно-модулиро- ванных (AM) сигналов содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 управляющих сигналов, формирователь 3 импульсов элемент 4 совпадения, переключатель 5, счетчик 6, регистр 7 памяти, управляемый аттенюатор 8, блок 9 оперативного запо- минания, мультиплексор 10, реверсивный счетчик 11, блок 12 задержки, преобразователь 13 кодов, формирователь 14 кодовых управляющих сигналов и п управляемых выходных фильтрующих блоков 15.

Формирователь 2 управляющих сигналов содержит триггеры 16 и 17, формирователи 18 и 19 импульса, кнопку 20 Пуск и кнопку 21 Сброс.

Преобразователь 13 кодов может быть реализован на микроЭВМ, у которой возможен прямой доступ к памяти, в частности на однокристальной микроЭВМ КР 1816ВЕ39 или КР 1816ВЕ49.

Работа генератора сетки АМ-сигналов основана на формировании амплитудно-им- пульсно-модулированного (АИМ) сигнала, однополярного или двухполярного, и выделении из него с помощью п узкополосных фильтров сетки АМ-сигналов на разных час- тотах несущей, но с одинаковым коэффициентом амплитудной модуляции.

Генератор сетки АМ-сигналов работает следующим образом.

Для определенности рассмотрим слу- чай формирования однополярной АМ-по- следовательности импульсов (фиг. 2а), а затем укажем особенности при формировании двухполярной АМ-последовательности импульсов.

В исходное состояние генертатор сетки АМ-сигналов устанавливается нажатием кнопки 21 Сброс, в результате чего на выходе формирователя 19 импульса образуется импульс Сброс (фиг. 26), подаваемый по шине сброса на установку в исходное состояние переключателя 5, счетчика 6, регистра 7 памяти, реверсивного счетчика 11, преобразователя 13 кодов, формирователя 14 кодовых управляющих сигналов и триггеров 16 и 17 в формирователе 2 управляющих сигналов. При этом сигналом низкого уровня с прямого выхода триггера 16 элемент 4 совпадения закрыт, переключатель 5открыт по первому выходу, соединенному с входом суммирования реверсивного счетчика 11. В генераторе 1 импульсов установлены заданные амплитуда, частота и длительность выходных импульсов, причем установка указанных параметров может осуществляться либо с формирователя 14 кодовых управляющих сигналов, либо дистанционно по каналу общего пользования.

В формирователе 14 кодовых управляющих сигналов задаются, например, посредством клавиш или переключателей, все параметры АМ-сигнала: амплитуда U несущей, частота ш несущей, частота Q огибающей, коэффициент модуляции М и фаза огибающей р , коды которых вводятся в преобразователь 13 кодов, На управляющие входы п управляемых выходных фильтрующих блоков 15 подаются коды частот и, Q и в них устанавливается центральная частота ш и боковая частота Q , т.е. задаются полосы пропускания ад ±Q.

В рабочий режим генератор сетки АМ- сигналов переводится нажатием кнопки 20 Пуск, при этом на выходе формирователя 18 импульса образуется импульс Пуск (фиг. 26), который подается на S-вход триггера 1-7 переключает его в единичное состояние. Сигналом высокого уровня с прямого выхода триггера 17 мультиплексор 10 открываются по второму каналу, подключая адресный выход преобразователя 13 кодов к адресному входу блока 9 оперативного запоминания, и осуществляется запуск преобразователя 13 кодов. При этом в преобразователе 13 кодов определяются коды величины N co/Q и амплитуд fk последовательности импульсов по формуле

fk U 1+Mcos(Q tk+ /)), , (2N-1), (1)

где U - амплитуда импульсов в отсутствие модуляции,

На адресный вход блока 9 оперативного запоминания поступают коды адресов величин fk с адресного выхода преобразователя 13 кодов по второму каналу мультиплексора 10, а на вход стробирования записи-импульсы с второго управляющего выхода преобртазователя 13 кодов. Коды амплитуд fk импульсов по второму информационному выходу преобразователя 13 кодов подаются на вход данных блока 9 оперативного запоминания и записываются в него по соответствующим адресам К. После завершения записи кодов амплитуд fk в блок 9 оперативного запоминания в преобразователе 13 кодов формируется сигнал Конец вычислений (рис. 26), который по его первому управляющему выходу подает- ся на вход стробирования записи регистра 7 памяти для записи в него кода величины (N-1) с первого информационного выхода преобразователя 13 кодов, а также через блок 12 задержки на вход стробирования записи счетчика 6, переписывая в него код величины (N-r) с регистра 7 памяти, и на R-вход триггера 17, возвращая его в исходное состояние. Сигналом с прямого выхода триггера 17 мультиплексор 10 открывается по первому каналу и триггер 16 переводится в единичное состояние, открывая сигналом со своего прямого выхода элемент 4 совпадения. Через мультиплексор 10 информационный (или кодовый) выход реверсивного счетчика 11 подключается к адресным входам блока 9 оперативного запоминания, на информационном выходе которого устанавливается исходный код f0. Этот код подается на управляющий вход управляемого аттенюатора 8. устанавливая коэффициент передачи, при котором амплитуда импульса на его выходе равна fo (фиг. 2а). Формирователем 3 образуются импульсы по срезу выходных импульсов с генератора 1 (фиг. 2в). Эти импульсы поступают через элемент 4 совпадения на вход счетчика 6 и через переключатель 5 на вход суммирования реверсивного счетчика 11. С поступлением каждого импульса на реверсивный счетчик 11 его выходным кодом, подаваемым по первому каналу мультиплексора 10 на адресный вход блока 9 оперативного запоминания, последовательно изменяются коды

амплитуд fk на его выходе. Эти коды изменяют коэффициент передачи управляемого аттенюатора 8 так, что на его выходе образуется последовательность импульсов с амлитудами fk, модулированными по гармоническому закону (фиг. 2а). Так продолжается до (N-1)-ro импульса несущей с начала отсчета to, с приходом которого счетчик 6 обнуляется и на его выходе заема образуется сигнал. Этим сигналом в счетчик 6 снова записывается число (N-1) с регистра 7 памяти и переключатель 5 устанавливается в другое состояние, открываясь по второму выходу, соединенному с входом вычитания реверсивного счетчика 11. На выходе управляемого аттенюатора 8 формируется первый полупериод АИМ-сигнала - от минимального до максимального значения.

После этого реверсивный счетчик 11 работает на вычитание, изменяя адреса кодов амплитуд fk в блоке 9 оперативного запоминания в обратном порядке. С поступлением очередных (1М-1)-х импульсов счетчик 6 и реверсивный счетчик 11 обнуляются. На выходе управляемого аттенюатора 8 будет сформирован второй полупериод, а с начала отсчета - период Т АИМ-сигнала.

Переключатель 5 возвращается в исходное состояние и в дальнейшем работа генератора сетки AM сигналов периодически повторяется. На выходе управляемого аттенюатора 8 формируется периодический АИМ-сигнал F(t) (фиг. 2а), который подается на сигнальные входы управляемых выходных фильтрующих блоков 15. Этими блоками выделяются частотные полосы од ± Q и на их выходах образуются АМ-сигналы с коэффициентом модуляции М, частотой несущей од , частотой огибающей Q и фазой огибающей ср.

Таким образом, на выходах генератора будет получена сетка из п АМ-сигналов с одними и теми же значениями коэффициента амплитудной модуляции М и фазы огибающей р . Покажем это.

Формируемый АИМ-сигнал (фиг. 2а) аналитически описывается выражением

F(t) -,

С ek fk; tk- Tk t tk+ Tk;

U;

tk- Tk t tk+Tk ,

где 2 Tk - длительность k-ro импульса;

fk - амплитуда k-го импульса или мгновенное значение АМ-сигнала в момент времени tk:

к- численный коэффициент, принимающий одно из двух значений: при однополярной модуляции и при двухполяр- ной модуляции(при однополярнойидвух- лолярной последовательности импульсов соответственно);

tk моменты времени, соответствующие середине длительности k-ro импульса, причем

tk К -То К тгк ПРИ однополярной

2N

модуляции;

tk К - - при двухполярной модуляции;

Т0 2 п/ш - период несущей;

л/й- период огибающей;

2N (или N) - число импульсов несущей на период огибающей;

1; ... (2N-1) (или КО/ . ., (N-1) на частотах несущей ад со -м , 3 ш ,...).

При другом варианте построения генератора сетки АМ-сигналов - на основе амп- литудной модуляции двухполярных импульсов - структурная схема сохраняется, а отличия сводятся к следующему: управ- ляемый аттенюатор 8 должен быть выполнен двухполярным (например, с при- менением двухполярного ЦАП), а в регистр 7 памяти и в счетчик 6 должно вводиться

число ( тр1). Работа генератора сохраняется, но на его выходе могут быть получены АМ-сигналы только на нечетных гармониках ад ш, 3 ш , 5 о), ...

Воспользовавшись разложением Фурье, проведем анализ спектрального состава сигнала F(t) при условии, что амплитуда двухполярных импульсов () модулируется по синусоидальному закону в соответствии с выражением (1) и Tk r const.

Получим следующие выражения для коэффициентов Фурье 6п:

при n(2l+1)N

D(2I+1)N

2 U sin од г я (2 I + 1)

(2)

при n(2l+1)N+1

М U sin (ад +Q)T е1 п. PPKDN+1- я(2,Х1)(1+,у- (3) при n(2l+1)N-1

М U sin (ад -Q)r ej r,.,

D(2I+DN-1 g(a,Xi)(1l7ir W где co - (2 I -f 1) or.

ei

(21 +1)N

При однополярной модуляции в АИМ- сигнале отличны от нуля коэффициенты Фурье Dn, которые определяются выражениями;при

DaiN

2 U sin ад т

ж 2 I

(5)

10 при n 2IN+1

М U sin (ад + Q) г jf ,.

D2iN+i e ; (6)

л2 I (1 +el)

при n 2IN-1

-2|N MUsin -Q) .gr л:21(1 -ei )

где ад I ш:

Јl 1/2IN.

Из выражений (2), (3) и (4) для двухполярной модуляции и выражений (5), (6) и (7) для однополярной модуляции следует, что спектр формируемого АИМ-сигнала F(t) состоит из бесконечного числа частотных каналов, каждый из которых содержит три спектральные составляющие: одну центральную на частоте ад и две боковые на частотах ( ад + fij и (ад - О), при этом множество частот ад при двухполярной модуляции представляет нечетные гармоники несущей, а при однополярной модуляции - все гармоники несущей. Следует учесть, что при однополярной модуляции частота несущей вдвое больше, чем при двухполярной модуляции: ш 2N Q при однополярной модуляции и w NQ при двухполярной модуляции. Это означает, что в каждом частотном канале, если его рассматривать отдельно, имеем АМ-сигнал на частоте несущей ад . Необходимые частотные каналы выделяются с помощью управляемых выходных фильтрующих блоков 15, образуя сетку АМ-сигналов с одним и тем же коэффициентом модуляции М.

В общем случае амплитудная модуляция не является гармонической, так как имеются нелинейные искажения и, кроме того, появляется паразитная фазовая модуляция.. Однако их величины настолько малы, что могут не учитываться.

Используя формулы (2) и (5), запишем выражения для амплитуд спектральных составляющих на частотах несущей ад :

D(2l -M)N

D2IN

4 U . Sin ОЛ Т я 2 I + 1

2 U sin оц г

лГ

В этих выражениях можно перейти к скважности, если учесть равенства

ад г

(2 I + 1) двухполярной модуляции

11 у71 - для однополярной модуляции ,

2т

где у - коэффициент заполнения (ве1о

личина, обратная скважности).

Важно отметить, что выбором скважности в формируемом сигнале можно исключить спектральные составляющие на отдельных гармониках несущей. Например, при у 2/3 в случае двухполярной модуляции исключаются спектральные составляющие на частотах 3 ш, 9 со, 15 ш , и т.д. При этом условии выражение для AM сигнала в l-том частотном канале

и-2М&Г+оатх cos (ал + Q) + р cos (од - Ј2) t - р}

1 + ei 1 - fei

где ,2, 3,...

т.е. реализуется режим балансной модуляции при той же аппаратурной реализации генератора.

При у 1/2 в случае однополярной модуляции исключаются спектральные составляющие несущей на частотах 2 а). 4 о и т.д.

Такое построение генератора сетки АМ- сигналов обеспечивает повышение точности соответствия коэффициента амплитудной модуляции заданному значению. Оно достигается за счет более точного формирования амплитудных и временных параметров прямоугольных импульсов несущей по сравнению с гармоническим сигналом несущей. Так, относительная погрешность задания коэффициента амплитудной модуляции, как следует из выражения (1), определяется относительной погрешностью задания амплитуд несущей, т.е. д М д fk. Для гармонического сигнала эта погрешность составляет в лучшем случае десятые доли процента, для прямоуголь- ного сигнала легко обеспечивается относительная погрешность в сотые доли процента и вполне достижима погреш- для двухполярной модуляции; - для однополярной модуляции.

ность в тысячные доли процента. Методическая погрешность за счет перехода от гармонического сигнала несущей к прямоугольному определяется выражением

гя2Awд,л 2

qr

2 (1 -М)

(«0«,r-J

10

Q

(8)

т.е. имеет порядок (1/N) и может, как правило, не учитываться. При необходимости она может быть учтена при вычислении амплитуд fk в микропроцессоре, если найти

поправку по формуле (8).

Следует также подчеркнуть высокую синхронность частот несущей и огибающей, так как обе они задаются от одного и того же генератора импульсов, и высокую точность

задания фазы огибающей, которая определяется, в основном, методической погрешностью вычислений и может быть сделана достаточно малой.

Формула изобретения

Генератор сетки амплитудно-модулированных сигналов, содержащий генератор импульсов, счетчик, реверсивный счетчик, блок оперативного запоминания, управляемый аттенюатор, формирователь кодовых

управляющих сигналов, преобразователь кодов, а также N управляемых выходных фильтрующих блоков, управляющие входы которых подключены к первому выходу формирователя кодовых управляющих сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности соответствия коэффициента амплитудной модуляции заданному значению, введены формирователь управляющих сигналов, последовательно соединенные формирователь импульсов, элемент совпадения и переключатель, блок задержки, регистр памяти, мультиплексор, при этом выход генератора импульсов соединен с сигнальным входом управляемого аттенюатора и входом формирователя импульсов, выход генератора управляющих импульсов соединен с другим входом элемента совпадения, счетный вход счетчика соединен с сигнальным входом переключателя, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика, входы N управляемых выходных фильтрующих блоков подключены к выходу управляемого аттенюатора, управляющий вход которого подключен к выходу блока

оперативного запоминания, вход которого

соединен с выходом мультиплексора, выход блока задержки соединен с входом формирователя управляющих сигналов и входом заема счетчика, первый управляющий выход преобразователя кодов соединен с входом блока задержки и входом стробиро- вания записи регистра памяти, информационный вход которого подключен к первому информационному выходу преобразователя кодов, первый управляющий вход которого подключен к второму выходу формирователя кодовых управляющих сигналов, второй управляющий вход преобразователя кодов подсоединен к второму выходу формирователя управляющих сигнаfcpoc

Ryi.„ i . г / / , Ыч лекии

0

5

лов и управляющему входу мультиплексора, первый и второй информационные входы которого подсоединены соответственно к выходу реверсивного счетчика и адресному выходу преобразователя кодов, второй управляющий выход и информационный выход которого соединены соответственно с входом строб-записи и информационным входом блока оперативного запоминания, вход суммирования и вход вычитания реверсивного счетчика соединены с соответствующими выходами пере- ключателя, вход предварительной установки счетчика подключен к выходу регистра памяти,

2 Г

I 1

. . t