Фазовый манипулятор

.8)видетН 04 тех о 6, СССР 80 льст 27/ етельств 27/18, 1 ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИ(21) 3456097/18-09 (22) 23,06, 82 (46) 07.11.83,Бюл. (72) А.В.Горохов и (53) 621. 894. 61 (08 (56) 1. Авторское СССР 9 760748, кл.1978,2, Авторское с Р 930736, кл. Н 04 (прототип),(54)(57) ФАЗОВЬ 1 й МАНИПУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные источник несущих колебаний,первый развязывающий блок, первыйуправляемдй фазовращатель и второйразвязываищий блок, выход которого подключен к входу блока нагруз-.ки и к первому входу Фазовогодетектора, второй вход котЬрогосоединен с выходом третьего развязывающего блока, к входу которогоподключен выход второго управляемого фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвер-,того развяэывающего блока, к входу которого подключен выход источника несущих колебаний, и генератор постоянного напряжения, выходкоторого подключен к первому входуусилителя постоянного тока, второйвход и выход которого соединенысоответственно с выходом блока спереключаемым знаком коэффициента передачи и с входом фильтра ниж,них частот, выход которого подключен к второму входу первого управ-ляемого фазовращателя, при этомк первому входу блока с переключаемым знаком коэффициента передачиподключен выход источника манипулирующего сигнала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности манипуляции, в неговведены формирователь управляющегосигнала, накопитель, блок измерения и вычисления разности значенийнапряжения и последовательно соединенные регулируемый генераторпостоянного напряжения, блок вычитания и пиковый детектор, выходкоторого подключен к второму входублока с переключаемьм знаком ко"эффициента передачи, первый входкоторого соединен с входом Формирователя управляющего сигнала, выходы которого подключены к первымвходам блока измерения и вычисления разности значений напряженияи накопителя, второй вход и выходкоторого соединены соответственнос выходом блока измерения и вычисления разности значений напряженияи с вторым входом второго управляемого фазовращателя причем выходфаэавого детектора подключен квторым входам блока вычитания и бло"ка измерения и вычисления разностизначений напряжения.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 индекса фазовой модуляции Я . Недостатком известного манипулятора является то, что примененный принцип стабилизации не является безусловно устойчивым, так как,при возможных уходах фазового сдвига Ь.вследствие воздействия дестабилизирующих внешних факторовманипулятором не различается знакостаточной расстройки и знак обратной связи, причем манипуляторне отличает изменения индекса Фазовой модуляции от ухода постоянного фазового сдвига между входамиФазового детектора,Наиболее близким к предлагаемому техническим решением являетсяФазовый манипулятор, содержащийпоследовательно соединенные источник несущих колебаний, первый развязывающий блок, первый управляемыйФазовращатель и. второй развязывающий блок, выход которого подключенк входу блока нагрузки и к первомувходу Фазового детектора, второйвход которого соединен с выходом .третьего развязывающего блока, квходу которого подключен выход второго управляемого фазовращателя,первый вход которого соединен с выходом четвертого развязывающегоблока, к входу которого подключен.выход источника несутих колебаний,и генератор постоянного напряжения,выход которого подключен к первомувходу усилителя постоянного тока,второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффи"циента передачи и с входом Фильтра нижних частот, выход которогоподключен к второму входу первогоуправляемого фазовращателя, приэтом к первому входу блока с пере.ключаемым знаком коэффициента передачи подключен выход источникаманипулирующего сигнала 21 .Однако известный манипуляторимеет низкую точность манипуляции,Цель изобретения - повышениеточности манипуляции.Эта цель достигается тем, чтов фазовый манипулятор, содержащийпоследовательно соединенные источник несущих колебаний, первый раэвязывающий блок, первый управляемый. Фазовращатель и второй развязывающий блок, выход которого подключен к входу блока нагрузки и к пер.вому входу фазового детектора,второй вход которого соединен с5 выходом третьего развязывающегоблока, к входу которого подключенвыход второго управляемого Фазовращателя, первый вход которого соединен с выходом четвертого развя.0 зывающего блока, к входу которогоподключен выход источника несущихколебаний, и генератор постоянногонапряжения, выход которого подключен к первому входу усилителя 15 постоянного тока,второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока с переключаемым знаком коэффициента передачии с входом фильтра нижних частот.,выход которого подключен к второмувходу первого управляемого фазовращателя, при этом к первому входублока с переключаемым знаком коэф-.фициента передачи подключен выходисточника манипулярующего сигнала,введены формирователь управляющегосигнала, накопитель, блок измеренияй вычисления разности значений напряжения и последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного напряжения, блок вычитания и пиковыйдетектор, выход которого подключенк второму входу блока .с переключаемым знаком коэффициента передачи,первый вход которого соединен с 35 входом формирователя управляющегосигнала, выходы которого подключены к первым входам блока измерения и вычисления разности значенийнапряжения и накопителя, второй 4 О вход и выход которого соединенысоответственно с выходами блокаизмерения и вычисления разностизначений напряжения и с вторымвходом второго управляемого Фазо вращателя, причем выход Фазовогодетектора подключен к вторым вхо"дам блока вычитания и блока измерения и вычисления разности значений напряжения.5 О На Фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого манипулятора; на фиг. 2 график, иллюстрирующий зависимостьФазы от напряжения.Фазовый маннпулятор содержитисточник 1 манипулирующего сигнала,источник 2 несущих колебаний, пер"вый развязывающий бдок 3, первыйуправляемый фазовращатель 4, второйразвязывающий блок 5, блок б нагрузки, фазовый детектор 7, третий развязывающий блок 8, второй управляемый Фазовращатель 9, четвертыйразвязывающий блок 10, блок 11 вычитания, регулируемый генератор 12, пиковый детектор 13, блок 14 с переключаемым знаком коэффициента пере-.дачи, усилитель 15 постоянного тока,генератор 16 постоянного напряжения, Фильтр 17 нижних частот блок" Высокочастотное несущее колебание от источника 2 поступает навторой вход Фазового детектора 7через последовательно соединенныечетвертый раэвязывающий блок 8,второй управляемый Фаэовращатель 9и третий развяэывающий блок 10, а.на первый вход фазового детектора 7и на блок 6 несущее колебание поступает через последовательно соединенные первый развяэывакщийблок 3, первый управляемый фаэовращатель 4, второй развяэывающийблок 5. Получившие фазовые сдвигивысокочастотные несущие колебаниясравниваются. Фазовый сдвиг первогоуправляемого фазовращателя 4 зависит от частоты несущего колебанияи от подаваемого на управляющийвход напряжения, которое можно представить как сумму среднего эначе"ния напряжения и изменяющего относительно него переменного напряжения (среднее значение управляющегонапряжения определяется как полусумма напряжений, соответствующихдвум устойчивым состояниям манипулятора с противоположными значениями фазы). Фазовый сдвиг второгоуправляемого фаэоврашателя 9 такжезависит от частоты несущего колебаи от напряжения на управляющем входе,В фазовом детекторе 7 фаэовыесдвиги, зависящие от частоты несущего колебания, а также от среднегои постоянного управляющих напря"жений на управляющих входах этихуправляемых Фазовращателей 4 и 9 вычИтаются. Включение идентичныхобоих управляемых фазовращателейпозволяет значительно уменьшить зависимость выходного сигнала фазо-вого детектора 7 от частоты несущего колебания. Получающийся приэтом выходной низкочастотный сигнал,являющийся Функцией разности Фазвходньг сигналов,с выхода фазовогодетектора 7 поступает на один входблока 11 вычитания, а на другойего вход - эталонный сигнал, соответствующий заданной разности фаэпо характеристике Фазового детектора 7 от,регулируемого генератора 12. Блок 11 вычитания сравнива,ет входные сигналы и выдает сигналрассогласования на вход пиковогодетектора 13, который выделяет пиковое напряжение рассогласования, которое поступает на второйвход блока 14. Блок 14 в соответствии с сигналом, поступающим наего первый вход от источника 1, 5 изменяет или оставляет беэ изменения знак напряжения рассогласова"ния, поступающего от пикового детектора 13. С выхода блока 14 сигнал рассогласования подается на О один вход усилителя 15 постоянноготока, а на другой его вход поступает постоянное напряжение сдвигаот генератора 16. Усилитель 15 постоянного тока усиливает и сдвигаетуровень сигнала рассогласования,который с его выхода подается навход Фильтра 17 нижних частот, который .Формирует из сигнала рассогласования с резкими переходамисигнал со сглаженными переходамиот одного значения сигнала рассогласования к другому. С выхода фильтра 17 нижних частот сигнал рассогласования поступает на управляющий вход первого управляемого фазовращателя 4. На выходе первогоуправляемого Фаэовращателя 4 высокочастотное колебание получает фазовый сдвиг, определяемый сигналомрассогласования и частотой несущего колебания. Перечисленные сучетом их связей блоки составляютсистему фаэовой автоподстройкифазы (ФЬПФ).Устойчивые состояния кольца 35 ФАПФ определяются из уравнения длязначения Фазы в замкнутой системена первом входе Фазового детекто-ра:( =Цщ 5" Ч"е"ирд 1 ь 1 К"срц 5 оО) 4 Огде ( - разность фаз сигналов навходах фазового детектора 7;бр - крутизна управления первогоуправляемого Фазовращате ля 4;.)( :-.М- коэффициент передачи ФильтТЧ 74ра 17 нижних частот;,р(р=К(ы)- коэффициент передачи усилителя 15 постоянного тока;Оь- постоянное напряжение. с генератора 16 постоянного напряжения;."рд=(рМ- коэффициент передачи пикового детектора 13;(п - коэффициент передачи блока 14 с переключаемым знаком коэффициента передачи;"8 - коэффициент передачи блока11 вычитания;01 - вйходное напряжение регулируемого генератора 12;Цюпу - выходное напряжение фазо,вого детектора 7;И - текущая частота сигнала.В статическом состоянии системы, 65 когдаИ= О, К, Крь и Кц имеют по(5) Чю=Ч -ч ФЧ 6065 стоянные значения. Обозначим их какпк -п 1)эчсрцпд.Для отыскания статических состояний системы необходимо найти множество значений Фазы, являющихся 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 раэмыкании схемы манипулятора приращение Фазы на втором входе фазового детектора 7 должно вызвать на выходе второго развяэывающего блока 5 приращение Фазы с противоположным знаком или производная от правой части уравнения (3) по фазе должна быть отрицательиа;д ф 0 вмБЙЧ.цд 11 п - 016 О)сО,Произведя дифференцирование, получим неравенство;фоОя 1 с к с 05 Я 40 Неравенство (5) определяет множество значений Фазы, для которых выполняется условие устойчивости системы .(кольца ФАПФ).Причем система ФАПФ поддержи" вает постоянную разность фаз, определяемую выбором напряжения 0 с, с некотрой точностью, при этом,точность тем выше, чем больше коэффициент передачи всего разомкнутого кольца ФАПФ, В частном случае при Щ О получим манипулятор фазы на 1 ВО , При других значениях Ц будут получены другие значения разности Фаз.Работа манипулятора в динамическом режиме при наличии манипулирующего сигнала информации от источника 1 и скорости передачи ин- . формации ВМ, удовлетворяющей условию18 щ"рщ(б)лгде (,рд - постоянная времени разряда пикового детектора.В первоначальный момент времени система находится в устойчивом состоянии со значением Фазыцк . Приизменении манипулирующего сигналаот источника 1 изменяется на противоположный коэффициент передачи 1 дблока 14 с переключаемым знаком коэффициента передачи. Поскольку пиковый детектор 13 имеет большуюпостоянную времени его выходноенапряжение в начале не изменяется,а у выходного напряжения блока 14с 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 фильтр17 нижних частот, который формирует из сигнала с резким перепадамнапряжения сигнал с плавным переходом по выбранному закону. Полученное напряжение подается науправляющий вход первого управляемого Фазовращателя 4 и изменяетфазу выходного сигнала на блоке бнагрузки и втором входе Фазовогодетектора 7. Для удобства рассмот-.рения введем значение Фазы соответствующее точке, относительнокоторой происходит переключениефазына выходе первого управляемого фазовращателя 4. Значение фазы 91 в системе ФАПФ устанавливается с помощью генератора 1 б, В соответствии с принятым ранее при решении уравнения (3) предположениемо линейности всех входящих в систему ФАПФ блоков, кроме фазового детектора 7, одинаковые приращениянапряжения на входе первого управляемого Фазавращателя 4 вызовутодинаковые приращения Фазы на еговыходеи, учитывая ранее изложенное,что при смене коэффициентав начальный момент времени происходиттолько смена знака приращения Ьотносительно 0 на управляющем входе первого управляемого фазовращателя, значение фазы на его выходебудет равна где ьс Щг 9а (, значение фазы соответствует второму устойчивому состоянию системы ФАПФ,Поэтому система ФАПФ начнет подстраивать значение Фазы на выходе первого фазовращателя до значения фазы Я, с постоянной времени 1 р пикового детектора 13 Аналогичный переходный процесс будет при обратйом переключении.Находят значение файы с при.. котором Щ щ = ЧМи-ЧЧ(опт =Щк - Чои соответственно "0 ЮФЕсли выставить с помощью генератора16 напряжение,0 О, то получаютсявполне определенные переходные про.цессыПричем при установке оптимальных значений 0и(щ, исключается. часть переходйогб процесса, определяемого пиковым детектором, и разность фаэ ьФд поддерживается постоянной везде, . эа исключением вре-.мени переходных процессов в системе ФАПФ, определяемых фильтром 17нижних частот, гдеьФд - разностьмежду текущим значением фазы на выходе первого управляемого Фазовращателя 4 и предыдущим статическим э чением Фазыр 1 Ч-Ч 1, при с 01 Ч -ц 1, при 10.Эа исключением времени на переходные процессы выполняется условиеЬфА =ВФс,т.е. разность фаз в статическом 6 ф,и динамическом ВФЛА режиме работысистемы ФАПФ одинаково.При этом критерием оптимальногозначения щ (или,М,) является равенство значейий напряжения на выходефазового детектора 7, соответствующих противоположным устойчивымсостояниям системы,При увеличении скорости передачи информации характер переходныхпроцессов в системе ФАПФ изменяется.Рассмотрим случай, когда скоростьпередачи В удовлетворяет условиюл 4 рвд9 Ц8. и значение Фазыто же, что и впредыдущем случае, Характер переходных процессов в этом случаеполностью определяется способностьюсистемы ФАПФ отслеживать скорость,изменения информации.Поэтому необходимо ввести устройство, которое автоматически будет производить оптимальную настройку фазового манипулятора.Для этого в манипулятор дополнительно введены блок 18, накопитель 19 и формирователь 20, 5 которые совместно с описанной системой ФАПФ образуют самонастраивающуюся систему.Работа самонастраивающейся ситемы в динамическом режиме. В со ответствии с критерием оптимальностиблок 18 измеряет напряжения 0 и 0на выходе Фазового детектора 7 в моменты времени, соответствующие двумсоседним посылкам и вычисляет раз ность Ор1 р "1 О 2 дщ згде К 18 - коэффициент пропорциональности.Сигнал разности после вычисления поступает на накопитель 19 и накапли:вается, т,е. к ранее заполненномув нем напряжению прибавляется напряжение.Ор с соответствующим зна-.ком, Полученное напряжение подается с выхода накопителя 19 на управляющий вход второго управляемого Фаэовращателя 9 и изменяет значение фазы высокочастотного сигнаЗ 0 ла на первом входе Фазового детектора 7 таким образом, что значениеФазы ц приближается к значению 1 д,п.,Этот процесс продолжается до техпор, пока не станет Оф О, а Ч = Ч 1 опт 35.Для того, чтобы процесс самонастройки был сходящимся, надо выбратьсоответствующим образом коэффициент КщФормирователь 20 организу ът процесс измерения, вычисления,разности, накопления и запоминаниярезультатов вычислений в соответствии со значением манипулирующего..сигнала от источника 1, т.е. в за висимости от выбранного конкретногоисполнения напряжение 0 измеряетсяна посылке, где 1 спъ О, а 0 при1( О или наоборот. Таким образом, введенная совокупность блоков позволяет значительно повысить точность манипуля" ции сигнала.1053320 Составитель А, Иоскевич,Редактор Н.Рогулич Техред М.Костик Корректор А,Тяско каз Филиал ППП Пате жгород, ул.Проектна 03/58 Тираж 677ВНИИПИ Государственнпо делам изобрете 3035, Москва, Ж, Ра Подписнокомитета СССРи открытийая наб., д. 4/5