Фазовый модулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 13 зс 3/3 ИЕ ИЗОБРЕТЕ О ТЕЛЬСТВУ я УДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСКОМУ СВ(61) 771783 (21) 4130766/24-09 (22) 08.10.86 (46) 15.04.88. Бюл. В 14 (71) Ярославский государственнь университет и Ленинградский ин тут авиационного приборостроен (72) А.Н.Кренев, М.А.Соколов и В,И.Ярмоленко (53) 621.376.4(088.8) (56) Авторское свидетельство С У 771783, кя. Н 03 С 3/38, 197Ю1388974 ки 17 и 18, ЦАП 19 и 20, Д 21 макс.кодовой комбинации. Введены делитель7 частоты с переменным коэф. деления, демультиплексор 8, формирователь 9 управляющих сигналов, счетчик10, мультиплексор 11. Инвертор 12Д 15 и 21 необходимы для организации управления счетчика 16 входнымсигналом, представляющим собой последовательность бинарных импульсов,несущих информацию. Д 21 дешифрирует кодовую комбинацию 2 -1, а Д 15 -нулевую, Счетчики 16 и 10, блоки 17 Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано для получения частотно-модулированного(ЧМ) и фазомодулированного (ФМ) сигналов в приемопередающих устройствахи является дополнительным к авт. св.У 771783.Цель изобретения - обеспечение частотной модуляции.10На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемогофазового модулятора; на фиг. 2-5 - диаграммы его работыФазовый модулятор содержит источник 1 колебаний несущей частоты, первый балансный амплитудный модулятор, БАМ) 2, сумматор 3, фазовращатель 4, второй БАМ 5, формирователь 6 тактовых импульсов, делитель 7 частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), демультиплексор 8, формирователь 9 управляющих сигналов,счетчик 1 О, мультиплексор 11, инвертор 12, первый 13 и:второй 14 блокисовпадения, дешифратор 15 минимальной кодовой комбинации, реверсивныйсчетчик 16, первый 17 и второй 18 запоминающие блоки, первый 19 и второй 20 цифроаналоговые преобразовате ли ЦАП), дешифратор 21 максимальнойкодовой комбинации.Фазовый модулятор работает следующим образом.Инвертор 12, дешифратор 15 минимальной кодовой комбинации Ци дешифратор 21 максимальной кодовойкомбинации Я , реверсивного счетчика 16 необходимы для организации упи 18, ЦАП 19 и 20 необходимы дляформирования квадратурных компонентмодулируемого сигнала по законам,соответствующим заданному закону перехода от одной части к др. или отодного значения фазы к др. в зависимости от выбранного режима ЧМ- илиФМ-сигналов. Формирователь 6 и делитель 7 служат для получения тактовойчастоты, обеспечивающей требуемуюдевиацию частоты формируемых ЧМ-сигналов и стабильный необходимый уровень внеполосных излучений. 5 ил. равления работой реверсивного счетчика 16 входным сигналом, поступающимна информационный вход фазового модулятора, представляющим собой последовательность бинарных импульсов,несущих информацию. Дешифратор 21едешифрирует кодовую комбинацию 2 -1,а дешифратор 15 - нулевую.Реверсивный счетчик 16, счетчик10, запоминающие блоки 17 и 18, ЦАП19 и 20 необходимы ля формированияквадратурных компонент модулируемого, сигнала по законам, соответствующим заданному закону перехода от одной частоты к другой или от одногозначения фазы к другому в зависимости от выбранного режима ЧМ- или ФМсигналов,Формирователь 6 тактовых импульсов и ДПКД 7 служат для получениятактовой частоты, обеспечивающей требуемую девиацию частоты формируемыхЧМ-сигналов и стабильный необходимыйуровень внеполосных излучений,Демультиплексор 8 предназначендля пропускания импульсов с выходаДПКД 7 на вход счетчика 10 или навход мультиплексора 11 в зависимостиот режима работы модулятора - ЧМ илиФМ. Мультиплексор 11 служит для пропускания импульсов со счетчика 10 врежиме ЧМ или пропускания импульсовс демультиплексора 8 в режиме ФМ навходы блоков 13 и 14 совпадения. Формирователь 9 предназначен для предустановки счетчика 10 по счетномувходу в режим блокирования в случаережима ФМ, С помощью инвертора 12,. С(1)=сояц.сии(1)1; (2Преобразуя выражение (2), получа ем блоков 13 и 14 совпадения .осуществляется синхронизация фазового модулятора внешним информационным сигналом,В запоминающих блоках 17 и 18 каждо 5.му коду адреса считывания ставятся в соответствие выходные кодыбольшей разрядности, находящиеся влинейной зависимости с требуемымизначениями напряжения выходных сигналов фазового модулятора.Формирователь 6, ДПКД 7, демультиплексор 8, формирователь 9, счетчик 10, мультиплексор 11 служат дляФормирования тактовых импульсов счастотой, прямо пропорциональной .ско"рости передачи информации, а такжедля обеспечения заданной девиациичастоты.Фазовый модулятор может работатьв режиме ЧМ и ФМ.Работа в режиме ЧМ происходитследующим образом,Частотно-модулированное колебаниес заданным законом скругления фронтов манипуляции имеет вид (фиг. 2 в)11(1)щП,сояи,1+ьфдС+), (1),агде 11, - амплитуда ЧМ-колебания (вдальнейшем считается, чтоЦ,=1 В);30и, - центральная частота;ЬИ - девиация частоты;(1) - закон церехода от однойчастоты манипуляции к другой (например, частоты отжатия к частоте нажатия илинаоборот), где -1 е(1(1) 61;- постоянное значение фазы,обычно приравнивается нулюи в дальнейшем не рассматривается.Мгновенное значение частоты в выражении (1) можно представить следующим образом: У( 1 ) =сов а,1 со звал ( ) 1++эпа,1 зжьиу(1), (3) Если у имеет значения ф 1 в за висимости от информационного сигнала, то переход осуществляется мгновенно. В этом случае частотно-модулированное колебание имеет широкий спектр, что соответствует большим уровням внеполосных излучений.Алгоритм, определяемый выражением 3, реализуется с помощью квадратур- ного модулятора, состоящего из устройств перемножения БАМ 2 и 5, фазовращателя 4 и сумматора 3. На высоко" частотные входы балансных амплитудных модуляторов 2 и 5 подаются сдвинутые по фазе на П 2 колебания источника 1, а на низкочастотные входы - модулирующие напряжения созя у(С)1 и зпьид(1) 1.С выхода источника 1 гармонический сигнал подается на высокочастотный вход БАМ 2 и вход фазовращателя 4 на/2, с выхода которого он поступает на высокочастотный вход БАМ 5. На низкочастотные входы БАМ 2 и 5 подаются модулирующие сигналы. С выходов БАМ 2 и 5 сигналы подаются на входы сумматора 3, выход которого является выходом фазового модулятора.Формирование модулирующих сигналов в режиме ЧМ происходит следующим образом, На информационный вход подается сигнал (фиг. 2 а), несущий информацию. С источника 1 сигнал частотой и, поступает на формирователь 6 тактовых импульсов, с которого сформированные из .синусоидального сигнала импульсы поступают на ДПКД 7. В зависимости от индекса модуляции и требуемой скорости передачи информации коэффициент деления ДПКД 7 изменяется. С выхода ДПКД 7 импульсы поступают на демультиплексор 8 и далее на счетчик 10, чему способствует наличие И 111 на управляющем входе демультиплексора 8. С выхода счетчика 10 импульсы поступают через мультиплексор 11, чему способствует также наличие "1" на управляющем входе мультиплексора 11, на входы блоков 13 и 14 совпадения.Полученные таким образом тактовые импульсы через блоки 13 и 14 совпадения поступают на вход сложения или вход вычитания реверсивного счетчика 16 . или блоки 13 и 14 совпадения блокируются ими по достижении реверсивным счетчиком 16 экстремальных состояний. Кодовые комбинации с выхода реверсивного счетчика 16 (Фиг. 2 б) поступают на входы дешифратора 21 максимальной (Ц,) и дешифратора 15 минимальной (Я) кодовых комбинаций соот(5) ветственно, а также на часть старших адресных входов запоминающих блоков 1 и 18.Если в первый момент времени по 5 сле включения реверсивный счетчик 16 находился в промежуточном состоянии (не в экстремальном), то с выходов дешифраторов 15 и 21 на входы блоков 13 и 14 совпадения воздействуют ло гические 1 . Если в момент включе 1 1ния на информационный вход формирователя модулирующего напряжения воздействовала 1 , тогда тактовые импульсыИ 11проходят на вход сложения реверсивного счетчика 16 через блок 13 совпадения.По мере поступления тактовых импульсов на реверсивный счетчик 16 на старшие разряды адресных входов запо" 20 минающих блоков 17 и 18 поступает К- разрядный сигнал с соответствующих разрядных выходов реверсивного счетчика 16, который подается также на входы дешифраторов 15 и 21. Запоминающие блоки 17:и 18 осуществляют функциональное преобразование двоичного кода реверсивного счетчика 16 :в два кода большей разрядности, линейно связанных с требуемыми эначениями выходных напряжений при переходе от одной частоты модуляции к другой.При достижении частоты отжатия или частоты нажатия на старших разрядах адресных входов запоминающих блоков 35 17 и 18 устанавливается уровень "1"11или О соответственно , которые сохраняются до изменения логического уровня на информационном входе . Мо-. гут быть различные случаи : когда на выходе реверсивного счетчика 1 б установлены "О" , " 1 " и произвольное , . т . е . не экстремальное состояние .Если на старших адресных входах э апоминающих блоков 1 7 и 1 8 установ11 1лен О , с помощью счетчика 1 О опрашиваются адресные входы в младших разрядах запоминающего 1 лока 17 с порядковыми номерами (1-2 ) и младших разрядах запоминающего блока 18 с 50 теми же порядковыми номерами (фиг.3). В данные ячейки занесены выборки сигналов созйС и з 1 прС на интервале одного периода, Периодическая генерация сигналов созе и э 1.паС на интервале периодов Тди Т 1 приводит к тому, что формируется частота, напРимер, отжатия.Аналогично происходит работа, когда на старших адресных входах запоминающих блоков 17 и 18 установлена1Тогда с помощью счетчика 1 0 опрашив ают ся Г младших р аэ ря дов э апоми нающего блока 1 7 и Р младших раз рядов запоминающего блока 1 8 с по рядковыми номерами ( 2 -2 ) - 2 , В ука,+е е.е занные ячейки запоминающих блоков 17 и 18 занесены выборки сигналов сомС и -зпйС соответственно на интервале одного периода (фиг, 3). Периодическая генерация сигналов созе и -япФ на интервале периодов Т ди Т приводит к тому, что формируется частота нажатия.Е е+Ячейки (2 -2 ) в обоих запоминающих блоках 17 и 18 отведены нод формирование модулирующих функций при переходе от одной частоты, например отжатия, к другой частоте - нажатия и наоборот,Для запоминающих блоков 17 и 18 составлены таблицы истинности таким образом что последовательности кодо.- вых комбинаций адреса преобразуются в выходную кодовую последовательность большей разрядности, значения которой пропорциональны мгновенным значениям амплитуды гармонического сигнала на его периодах Т, Т,8, Т , Т, в и мгновенным значениям амплитуды гармонического сигнала, определяемых видом модулирующих функции перехода от одной частоты к другой.Таким образом, последовательность кодовых комбинаций с ЦАП 19 и 20 преобразуется в гармонические сигналы А(С) и В(С) на интервале Т,д, Т, ТэИ 1 и Т соответственно и в сигнал, определяемый законом перехода от одной частоты к другой:является выходом фазового модулятора. На низкочастотные входы БАМ 2 и 5 подаются модулирующие сигналы с выходов ЦАП 19 и 20 соответственноНа фиг. 4 а х(1)=Ч,(1) - сигнал на выходе БАМ 2, а у(1)Ч (1) - сигнал на выходе БАМ 5. Результирующий сигнал на выходе сумматора 3 изображен в виде вектора длиной г с текущей фазой С).Сглаженный Фронт сигналов Фазовой манипуляции получается в момент манипуляции по определенным законам амплитуды и фазы квадратурных составляющих результирующего сигнала, т.е, необходимо определенным образом менять значение модулирующих напряжений на управляющих входах БАМ 2 и 5, Процесс сглаживания фронта манипуляции занимает некоторое время, выбранное на интервале посылки, и не мо-. жет превышать длительности элементарной посылки.С выхода источника 1 сигнал подается также на вход Формирователя б тактовых импульсов, где из гармонического сигнала вырабатываются импульсы прямоугольной формы. Они поступают на ДПКД 7, где установлен нужный коэффициент деления в зависимости от скорости передачи информации На демультиплексор 8 и мультиплексор 11 подается "0", поэтому с выхода ДПКД 7 тактовые импульсы через демультиплексор 8 и мультиплексор 11 35 минуя счетчик 10, счетный вход которого в режиме ФМ заблокирован сигналом с выхода Формирователя 9, поступают на входы блоков 13 и 14 совпадения.40На информационный вход модулято-. ра подается бинарный сигнал, несущий , информацию, Если в первый момент времени после включения реверсивный счетчик 16 находился в промежуточном 45 состоянии (не в экстремальном), то с выхода дешифратора 15 минимальной кодовой комбинации и дешифратора 21 максимальной кодовой комбинации на входы блоков 13 и 14 совпадения воз действует "1". Если в момент включения на информационный вход фазового модулятора воздействует "1", тогда тактовые импульсы проходят на вход сложения реверсивного счетчика 16 через блок 13 совпадения. По мере поступления тактовых импульсов на реверсивный счетчик 16 на адресные входы запоминающих блоков 17 и 181 с 81 тс порядковыми номерами (2 -2 ) поступает сигнал с соответствующих выводов реверсивного счетчика 16, который также подается на входы дешифраторов 15 и 21, Запоминающие блоки17 и 18 осуществляют Функциональноепреобразование двоичного кода реверсивного счетчика 16 в два кода большей разрядности, линейно связанныхс требуемыми значениями выходных напряжений фазового модулятора. Кодовыекомбинации с выходов запоминающихблоков 17 и 18 подаются на соответствующие входы ЦАП 19 и 20, осуществляющих линейное преобразование входных кодовых комбинаций в.два напряжения.После достижения полного заполнения реверсивного счетчика 16 сигналс выходов дешифратора 21 максимальной кодовой комбинации заменяется на"0", а на выходе дешифратора 15 минимальной кодовой комбинации остается"1", в результате чего оба блока 13и 14 совпадения закрыты и тактовыеимпульсы на реверсивный счетчик 16не поступают. Уровни напряжения навыходах ЦАП 19 и 20 Фиксируются.Устойчивое состояние сохраняетсядо замены на. информационном входефазового модулятора и 1" на "0", Вэтом случае блок 13 совпадения остается в закрытом состоянии, а на блоке14 совпадения после инвертированияинвертором 12 "0" заменяется на "1",и блок 14 совпадения открывается,Тактовые импульсы, проходя через него, воздействуют на вход вычитанияреверсивного счетчика 16, и на выходах ЦАП 19 и 20 Формируются по заданным законам два сигнала (напряжения ),Формирование сигналов заканчиваетсяпри появлении на выходе дешифратора15 минимальной и дешифратора 21 максимальной кодовой комбинации 0", врезультате чего блок 14 совпадениязакрывается и на выходах ЦАП 19 и 20Фиксируются заданные уровни напряжения, Это устойчивое состояние сохраняется до замены на информационномвходе Фазового модулятора "О" на "1",после чего процесс Формирования модулирующих сигналов повторяется в обратном порядке,Величина напряжения 1 в выражениях (б)-(8) устанавливается коэффициентом передачи ЦАП 19 и 20, а нор13мированные на Н значения функций1,(С), Н (С), С 1,(С) и(С) черезравные интервалы ЬС значения параметра с заносятся в двоичном коде ввиде таблицы в запоминающие блоки17 и 18 соответственно. Таким образом, осуществляется программированиезапоминающих блоков 17 и 18 на выбранный закон скругления фронта частоной модуляции или фазовой модуляциив зависимости от режима работы - ЧМили ФМ, т.е. закон перехода от одного значения частоты или фазы к другому.Длительность процесса переходаот одной частоты к другой С,-С= с,С -С = с (Аиг. 2 е) и С -С,=, С -С,=((фиг. 4 в) связаны с ьС отношением=пьС, где п=2 - число участков аппроксимации Аронта частотной модуляп КЕции; п=2 -2 для Ааэовой модуляции.Таким образом, если длительностьпроцесса перехода от одной частотыили Ааэы к другой Г на интервале информационной посылки задана, то темсамым определяется число импульсов,которое должно поступать на реверсивный счетчик 16 для его переводаиз одного экстремального состоянияв другое, п=с/дС.Изменением коэфАициента деленияДПКД 7 сигналом, поступающим на управляющий вход, устанавливается необходимая девиация частоты (в режи-.ме ЧМ , а также необходимая такто-.вая частота импульсов, которая пропорциональна скорости передачи инАормации в режимах ЧМ и ФМ. Это, всвою очередь, приводит к тому, чтоуровень внеполосных излучений остается постоянным в широком диапазонеизменений скоростей передачи информации,При работе фазового модуляторав режиме ФМ ячейки 2 -2 в обоихлзапоминающих блоках 17 и 18 отведены под формирование модулирующихфункций х(С) и у(С) соответственнопри переходе от одного значения фазы, например О, к другой фазе и и.наоборот.На фиг. 5 приведены кривые огибающих спектров ЧМ-колебаний с индексом модуляции ш=5 для двух случаев .Кривая 1 соответствует случаю, когда1(С) принимает значения +1, т,е,переход от одной к другой частотепроисходит мгновенно, Кривая 2 со 88974ответствует случаю, когда переход отодной частоты к другой частоте происходит по синусоидальному закону.5На Аиг. 5 также приведены кривыеогибающих спектров ЙМ-колебаний синдексом модуляции к, Кривая 1 соответствует случаю, когда переходот одного значения к другому значе- Т 1 О нию фазы происходит мгновенно. Кри/вая 2 соответствует случаю , когдапереход от одной Аазы к другой фазепроисходит по синусоидальному законус параметром скругления=О 3 ( =/Эдл /лаа у ГдЕ 1 а ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕментарной посылки; (1 ас) - длительность установившегося значения Аазы.По вертикали на Аиг. 5 отложеныуровни спектральных составляющих поотношению к амплитуде немодулированного высокочастотного колебания, апо горизонтали - номера спектральныхсоставляющих. Скорость спадания огибающих для округленных ЧМ- и ФМ-сигналов гораздо меньше, чем без скругления.Ф о р м у л а изобретенияЗОФазовый модулятор по авт свУ 771783, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью обеспечения частотной модуляции, выход Аормирователятактовых импульсов соединен с вторыми управляющими входами первого и 35 второго блоков совпадения через введенные последовательно соединенныеделитель частоты с переменным коэффициентом деления, демультиплексор,счетчик и мультиплексор, при этом40 установочный вход счетчика соединенс выходом введенного Аормирователяуправляющих сигналов, дополнительныевходы младших разрядов первого запоминающего блока и дополнительные вхо 45 ды младших разрядов второго запоминающего блока подключены к соответствующим разрядным выходам счетчика,второй выход демультиплексора соединен с вторым входом мультиплексора,5 О управляющие входь 1 демультиплексора,счетчика и мультиплексора соединенымежду собой и точка их соединенияявляется входом сигнала установкирежима работы, управляющий вход делителя частоты с переменным коэффициентом деления соедйнен с входом инвертора и является управляющим входомфазового модулятора.1388974 нр ие,оставитель Г.Эахарченкоехред М.Ходанич орректор В. Гир Редактор Е.Копча акаэ 1584/5 Подписное го кий и аушс енно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. П зво 5 Тираж 928 ВНИИЛИ Государствен по делам изобрете 13035, Москва, Ж, итета СССРкрытийнаб д. 4/