Способ формирования широтно-модулированной импульсной последовательности и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 5)5 Н 03 К 7 ЕТЫТИЯМ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР ЕТЕ АНИЕ Я авив 4 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Рязанский радиотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 651472, кл. Н 03 К 7/08, 1977.Авторское свидетельство СССРФ 1203694, кл. Н 03 К 7/08, 1984,(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШИРОТНО-МОДУЛИРОВАННОЙ ИМПУЛЬСНОЙПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано а устройствах автоматическогоуправления, связи и измерительной техники,Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет подавления низкочастотных спектральных зон частотного спектра сигнала, Цель изобретения достигается путем формирования на временном интервале дополнительных 2 К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией симметрично расположенных относительно центрального импульса, амплитуда и сдвиг которых определяются по приведенной формуле. Устройство для осуществления способа содержит широтно- импульсный модулятор 2. Введенйе в него дополнительно синхронного блока управления 1 и перемножающего цифроаналогово- го преобразователя 3 позволило обеспечить формирование широтно-модулированной импульсной последовательности в соответствии с предложенной формулой. 3 ил,Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительной технике, в устройствах автоматического управления и связи,Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет подавления низкочастотных спектральных зон частотного спектрасигнала,На фиг, 1 показан частотный спектр сигнала с тональной односторонней широтно- импульсной, модуляцией первого рода (ОШИМ 1); иа фиг, 2 - структура с одной подавленной спектральной зоной частотного спектра; на фиг. 3 - Функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа формирования широтно-модулированной импульсной последовательности,Способ формирования широтно-модулированной импульсной последовательности включает формирование на равных тактовых интервалах длительностью Т импульсов с амплитудой Оо и с односторонней широтно-импульсной модуляцией, при этом каждом интервале формируют дополнительно еще 2 К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией, причем все 2 К+1 импульсов располагаются на тактовом интервале равномерно со сдвигом по фазе на величину г. а амплитудасреднего импульса устанавливается равной Оо, а амплитуды О 1 остальных импульсов, симметрично располагаемых в обе стороны от среднего импульса, устанавливаются в соответствии с системой уравненийОо+ 2 Ц соз 2 лп -0,1=1, К1 тп =1ТУстройство для осуществления способа формирования широтно-модулированной импульсной последовательности содержит широтно-импульсный модулятор, аналоговый вход которого соединен с входной шиной, а также цифроаналоговый преобразователь и синхронное устройство управления, выход тактовых импульсов которого соединен с тактовым входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом опорного сигнала цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного устройства управления, а выход - с выходной шиной устройства,Частотный спектр сигнала с тональной односторонней широтно-импульсной модуляцией первого рода (ОШИМ 1) детально рассмотрен в рабое 1, с. 216, 230-233, на основе которой можно получить следующее соотношение для нахождения частотногоспектра при ОШИМ 1:5 Оошим 1(1) Т2 Т ЯГЗП (Й 1 + ф) Оо То Оо 7 о т(1)15 где Оо - амплитуда импульсов с ОШИМ 1;го - длительность немодулированныхимпульсов;2 лТ = -- период следования переднихЖ20 фронтов импульсов при ОШИМ 1;п 1- коэффициент широтно-импульсной модуляции;з п(Й 1; + р) - модулирующий или преобразуемый сигнал;11 (и Ф Ьтмакс2) функция Бесселя первого рода порядка 1 от аргументаи М Лтмакс,230 Л тмакс максимальное отклонение заднего фронта импульса при тональнойОШИМ 1 относительно немодулированногоположения фронта;и мго35 2Вид частотного спектра сигнала с. ОШИМ 1, полученный из соотношения (1),показан на фиг, 1, При демодуляции этогосигнала с помощью фильтра низких частот40 (ФНЧ), идеализированная амплитудно-частотная характеристика(АЧХ) которого приведена на фиг, 1 пунктиром. неизбежновозникают де 1 чодуляционные искажения.Эти искажения обусловлены тем, что в поло-.45 су частот пропускания ФНЧ, помимо полезной составляющей спектра с частотой Й,попадают компоненты спектра в первуюочередь вида а - 1 Й.Демодуляциоиные искажения можно50 несколько ослабить за счет уменьшения частотного диапазона преобразуемого сигнала и соответствующего уменьшения полосычастот пропускаиия ФНЧ, что является одним из недостатков известных сигналов с55 ОШИМ 1,Формируя сигналы с ОШИМ 1 по предлагаемому способу, можно ие только избежать уменьшения частотного диапазонапреобразуемого сигнала, но и при необхо+ е-з и (И т+ р) ),димости существенно расширить его. Такая возможность основана на подавлении в частотном спектре ряда низкочастотных спектральных эон, образуемых первыми гармониками в, 2 в, , К в и соответствующими боковыми составляющими в + 1 Й, 2 в +10, , Кв +10, для которых 1( оо. В этом случае демодуляционные искажения могут возникнуть за счет компонентов спектра вида (К+1) в - Й, уровень которых в силу свойств функций Бесселя значительно ниже компонентов видав -Й,Для осуществления намеченной процедуры подавления, в частности первой спектральной зоны частотного спектра, образуемой первой гармоникой в и боковыми составляющими. в1 Й, достаточно на каждом тактовом интервале Т исходный широтно-модулированный импульс с амплитудой Оо дополнить двумя широтно-модулированными и симметрично расположенными импульсами относительно исходного импульса, При этом одинаковые амплитуды 01 дополнительных импульсов, . имеющих идентичные с исходным длительности го, коэффициенты модуляции в-и один и тот же модулирующий сигнал зи(01+ р) должен выбираться из уравнения Оо+ 201 соз щ т 1 = О, (2) где й - смещение (фаза) передних фронтов без учета знака каждого иэ двух дополнительных импульсов относительно переднего фронта исходного импульса с амплитудой Оо (фиг, 2),Для доказательства условия (2) можно воспользоваться выражением для частотного спектра 1, с.216 исходной широтно- модулированной последовательности импульсов с амплитудой Оо: ООошим 1(1) + ВП ЗИ (01 + р) ++зпив(т+ - )- Оо о ий . 2- эи иВ (1- - 1+Оо го п=1в которое можно преобразовать к виду Ооо 1(т) о+а зи(01+у + оо(3)Используя формулу (3) применительно кпоследовательностям широтно-модулированных дополнительных импульсов с амплитудами и принимая во внимание тригонометрическое соотношение зи(а+ф ) + зи(а - Р) = 2 зп а эи ф, можно получить выражение для спектра суммарного сигнала 15 обеих последовательностей дополнительных импульсов: 01 ошим 1(1) Т + 2 Т вэи (ЙС + )2 01 Хо 01 то20 +(4)Иэ выражений (3) и (4) находят частотный спектр всех трех последовательностейимпульсов (фиг, 2): 35 Т 2 ТОо +2 01 соз и в т 1 и =1пл .х(Зи и В (1+ ) - ЗИ И Вт- --2 240 д,смак, зи (Ит+ ф) Из соотношения (5) можно выделить спектральную зону и, располагаемую вокруг гармоники и в и представляемую составляющими и в +1 Й в следующем виде: Оо +2 О СОЗ И В т 1Оо 1 п(т) -илх х(зи ив (1+ ) - зи и в 1 ---о о 2 2Ьмвко зи (+ ф) )55(6)Из выражений (5) и (6) следует, что выбирая соответствующим образом амплитуды 01 дополнительных импульсов, можно подавить в спектре сигнала (фиг. 2) любую спектральную зону и в+ 1 Я . Условие по(10) 20 25 30 35 давления такой эоны вытекает из равенства (6):Оо+201 созп в т 1 =0 (7) Условие подавления первой зоны (щ +10) выполняется при и = 1, Тогда из уравнения (7) находят соотношение Оо + +201 созп в т 1 = О, совпадающее с равенством (2),Доказав условие (2), можно прийти к выводу, что для подавления 1( первых зон частотного спектра сигнала с ОШИМ 1 необходимо такой сигнал сформировать из 2 К+1 последовательностей с ОШИМ 1, имеющих одинаковые длительности то немодулированных импульсов, одинаковые коэффициенты модуляции щ.г и один и тот же модулирующий сигнал зп(й с+ ф, При этом на каждом тактовом интервале Т 2 К импульсов располагают симметрично(по передним фронтам) относительно среднего импульса с амплитудой 0 о, амплитуды )симметрично располагаемых импульсов и их фазы ц должны выбираться в соответствии с системой уравнений, е которых использовано со- отношение Оо + 2 Ю соз 27 г и = - = О, 1 = 1, К,и =1Т(8) 2 к,Тявляющейся обобщением условия (7),Система уравнений (8) имеет бесконечно большое число решений, которое можно уменьшить, введя некоторые реальные ограничения. В частности, таким ограничением является выбор амплитуд 0 импульсое с ОШИМ 1, принимающих два значения +Оо или -Оо, что позволяет упростить формирование импульсных последовательностей. При этом из системы уравнений (2) находят значения фаэ Р.В других случаях из-за удобства формирования может оказаться целесообразным равномерное (по передним фронтам) расположение с шагом т всех 2 К+1 импульсов на каждом тактовом интервале, т.е, т) = т, При этом, чтобы исключить перекрытие отдельных импульсов последовательностей с ОШИМ 1 необходимо учитывать условие т2 К+1, При этом условие (8) примет следующий вид: Оо +2 01 сов 2 л 9 - - = О. 1= ), К (9)7о =1Т 40 55 П р и м е р, Формируют широтно-модулированный импульсный сигнал по предлагаемому способу, обеспечивающий подавление в частотном спектре первой спектральной зоны (К = 1),В первом примере потребуется на каж-. дом интервале преобразования Т формировать по три импульса, применительно к которым условие (8) примет следующий вид: Оо+ 201 соз 2 л - = О,7 Приняв Т = 6 т, из уравнения (10) нахо- дят Оо+201 соз 60 =О, откуда 01=-0 о, Предлагается устройство для осуществления изложенного способа формирования широтно-модулирова нной последовательности, функциональная схема устройства приведена на фиг, 3, Устройство состоит из синхроннс го блока управления 1, широтноимпульсного модулятора 2 и перемножаю- щего цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 3, при этом выход запускающих.импульсов синхронного блока управления 1 соединен с запускающим входом широтно- импульсного модулятора 2, выход которого соединен с входом опорного сигнала ЦАП 3, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного блока управления, а выход - с выходной шиной устройства,Устройство работает следующим образом,На каждом тактовом интервале Т модулятор 2 запускается от синхронного блока управления 1(2 К+1) раз и вырабатывает на выходе соответственно (2 К+1) неперекрывающихся импульсов с ОШИМ 1, Эти импульсы, модулированные по длительности и имеющие фиксированную амплитуду Оо в момент формирования импульсое и равные нулю в остальное время, подаются на вход опорного сигнала ЦАП 3. В интервалах между каждым из (2 К+1) запусков модулятора 2 синхронный блок управления 1 вырабатывает коды в параллельной форме, поступающие на цифровые входы ЦАП 3, В этом случае амплитуда и полярность выходных импульсных сигналов ЦАП 3 будут определяться значениям кодов на его цифровых входах, а длительных импульсных выходных сигналов будет задаваться выходными сигналами широтно-импульсного модулятора 2, При соответствующем выборе и формировании кодов Ь синхронном блоке управления 1, а также интереалое запуска модулятора 2, на выходе ЦАП 3 можно сформировать широтно-модулированную импульсную последовательность е полном1751846 10 СоставителТехред М,М еча тал ректор М тор М. Товти имишинец Заказ 2697 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 иаардотеен но.издатеааский комбинат "Патент", г. Ужгород, уа, Гагарина, 10 соответствии с условиями для изложенноговыше способа формирования широтно-модулированной импульсной последовательности. формула изобретения1. Способ формирования широтно- модулированной импульсной последовательности, включающий формирование на равных тактовых интервалах длительностью Т импульсов с амплитудой Оо и с односторонней широтно-импульсной модуляцией, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона преобразуемого сигнала, иа каждом тактовом интервале длительностью Т формируют дополнительно еще 2 К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией, причем все 2 К+1 импульсов располагаются на тактовом интервале равномерно со сдвигом по фазе на величину т, амплитуда среднего импульса устанавливается равной Оо а амплитуда О 1 остальных импульсов, симметрично располагаемых вИ обе стороны от среднего импульса, устанавливаются в соответствии с системой уравненийг 5Оо+ , 2 О сов 2 дп ии =01 К .и =1Т 2. Устройство для формирования 10 широтно-модулированной импульснойпоследовательности, содержащее широтно-импульсный модулятор, аналоговый вход которого соединен с входной шиной,о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно 15 введены цифроаналОговый преобразователь и синхронный блок управления, выхоД запускающих импульсов которого соединен с запускающим входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен 20 с входом опорного сигнала цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного блока управления, а выход - с выходной шиной устройства,