RU150830U1

RU150830U1 - SHAPER DIGITAL SIGNAL OF SINGLE-BAND OSCILLATION WITH 180 ° PHASE MANIPULATION

Info

Publication number: RU150830U1
Application number: RU2014119640/08U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Алексеевич Волков; Максим Сергеевич Морозов; Василий Александрович Кузюков; Вячеслав Евгеньевич Самойлов
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2015-02-27

Abstract

Формирователь цифровым сигналом однополосного колебания с фазовой манипуляцией на 180°, состоящий из последовательно соединённых аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и гауссова фильтра (ГФ), а также из двух амплитудных усилителей-ограничителей, двух перемножителей сигналов, генератора колебания несущей частоты (Гн), фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, причём выход Гн подключён к высокочастотному (В.Ч.) входу первого перемножителя сигналов непосредственно, а к В.Ч. входу второго перемножителя сигналов - через фазовращатель на 90°; к Н.Ч. входу первого перемножителя подключен выход первого усилителя-ограничителя, а к Н.Ч. входу второго перемножителя подключен выход второго усилителя-ограничителя; выход первого перемножителя подключен к первому входу сумматора непосредственно, а выход второго перемножителя подключен к второму входу сумматора или непосредственно, или через фазоинвертор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены буферный каскад, два резистора одинакового сопротивления и два конденсатора одинаковой ёмкости, причём к выходу гауссова фильтра подключен вход буферного каскада, а к его выходу подключен один резистор через один конденсатор и параллельно - второй конденсатор через второй резистор; выход первого конденсатора подключен к входу первого амплитудного ограничителя, а выход второго резистора подключен к входу второго амплитудного ограничителя.Shaper of a single-band oscillation digital signal with 180 ° phase shift keying, consisting of a series-connected analog-to-digital converter (ADC) and a Gaussian filter (GF), as well as two amplitude limiter amplifiers, two signal multipliers, a carrier frequency oscillation generator (GN) , phase shifter 90 °, phase inverter, adder, and the GN output is connected to the high-frequency (V.Ch.) input of the first signal multiplier directly, and to V.Ch. the input of the second signal multiplier - through the phase shifter 90 °; to N.Ch. the input of the first multiplier is connected to the output of the first amplifier-limiter, and to N.Ch. the input of the second multiplier is connected to the output of the second amplifier-limiter; the output of the first multiplier is connected to the first input of the adder directly, and the output of the second multiplier is connected to the second input of the adder either directly or through a phase inverter, characterized in that it additionally includes a buffer stage, two resistors of the same resistance and two capacitors of the same capacity, and to the output a Gaussian filter, the input of the buffer cascade is connected, and one resistor is connected to its output through one capacitor and, in parallel, the second capacitor through the second resistor; the output of the first capacitor is connected to the input of the first amplitude limiter, and the output of the second resistor is connected to the input of the second amplitude limiter.

Description

Полезная модель (ПМ) относится к передаче радиосигналов.The utility model (PM) relates to the transmission of radio signals.

Известны формирователи однополосного сигнала, описанные в источниках:Known single-band signal shapers described in the sources:

1. Патент РФ на ПМ №125790. Формирователь цифровым сигналом однополосного сигнала с фазовой манипуляцией на 180 / Волков А.А., Кузюков В.А. Приоритет от 14.09.121. RF patent for PM No. 125790. Shaper digital signal of a single-band signal with phase shift keying 180 / Volkov A.A., Kuzyukov V.A. Priority 09/14/12

2. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин А.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи. - М: ГОУ 2007 С. 140-1422. Gorelov G.V., Volkov A.A., Shelukhin A.I. Channel-forming devices of railway telemechanics and communications. - M: GOU 2007 S. 140-142

По технической сущности наиболее близким к ПМ является формирователь, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за ее прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.By technical nature, the closest to PM is the shaper described in the first source, which for this reason is taken as its prototype. The second source describes an analogue of PM.

Прототип состоит из источника модулирующего сигнала (АЦП с фильтром Гаусса) и формирователя однополосного сигнала фазовым способом, в котором наиболее трудно реализуемый блок - низкочастотный полосовой фазовращатель на 90° состоит из дифференциатора, интегратора, фазоинвертора и сумматора, выполняемых на операционных усилителях, причем, к одному входу сумматора подключен выход интегратора через фазоинвертор, а к другому входу сумматора подключен выход дифференциатора напрямую, а входы интегратора и дифференциатора соединены между собой непосредственно; с выхода и входа полосового фазовращателя на 90° сигналы подаются на входы своих перемножитетелей через усилители-ограничители амплитуд для получения однополосного сигнала с фазовой манипуляцией на 180° (ОБП ФМн).The prototype consists of a modulating signal source (ADC with a Gaussian filter) and a single-band signal shaper in a phase manner, in which the most difficult to realize block — a 90 ° low-frequency band phase shifter consists of a differentiator, integrator, phase inverter, and adder, performed on operational amplifiers, and, to the integrator output is connected to one adder input through a phase inverter, and the differentiator output is connected directly to the other adder input, and the integrator and differentiator inputs are connected between oh directly; From the output and input of the band phase shifter 90 °, the signals are fed to the inputs of their multipliers through amplifiers-limiters of amplitudes to obtain a single-band signal with phase shift by 180 ° (OBP FMn).

Основным недостатком прототипа является нестабильность погрешности фазового сдвига сигнала на 90° в полосовым фазовращателе формирователя ОБП-ФМн из-за активных его элементов (операционников с питанием). От этого уменьшается степень подавления нерабочей боковой полосы частот, что увеличивает нелинейные искажения в соседнем канале и снижает электромагнитную совместимость (ЭМС) радиоустройств.The main disadvantage of the prototype is the instability of the error of the phase shift of the signal by 90 ° in the strip phase shifter of the OBP-FMN driver due to its active elements (power operatives). This reduces the degree of suppression of a non-working lateral frequency band, which increases the nonlinear distortion in the adjacent channel and reduces the electromagnetic compatibility (EMC) of the radio devices.

Техническим результатом ПМ является стабилизация и уменьшение погрешности фазового сдвига на 90° в полосовом фазовращателе формирователя, что снижает нелинейные искажения сигнала в соседнем канале и повышает электромагнитную совместимость (ЭМС) радиоустройств.The technical result of PM is to stabilize and reduce the error of the phase shift by 90 ° in the strip phase shifter of the driver, which reduces the nonlinear distortion of the signal in the adjacent channel and increases the electromagnetic compatibility (EMC) of the radio devices.

Сущность ПМ состоит в том, что в формирователь цифровым сигналом однополосного колебания с фазовой манипуляцией на 180°, состоящий из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и гауссова фильтра (ГФ), а также из двух амплудных усилителей-ограничителей, двух перемножителей сигналов, генератора колебания несущей частоты (Гн), фазовращателя на 90°, фазоинвертора, сумматора, причем, выход Гн подключен к высокочастотному (В.Ч.) входу первого перемножителя сигналов непосредственно, а к В.Ч. входу второго перемножителя сигналов - через фазовращатель на 90°; к Н.Ч. входу первого перемножителя подключен выход первого усилителя-ограничителя, а к Н.Ч. входу второго перемножителя подключен выход второго усилителя-ограничителя; выход первого перемножителя подключен к первому входу сумматора непосредственно, а выход второго перемножителя подключен к второму входу сумматора или непосредственно или через фазоинвертор, дополнительно введены буферный каскад, два резистора одинакового сопротивления и два конденсатора одинаковой емкости, причем, к выходу гауссова фильтра подключен вход буферного каскада, а к его выходу подключен один резистор через один конденсатор и параллельно - второй конденсатор через второй резистор; выход первого конденсатора подключен к входу первого амплитудного ограничителя, а выход второго резистора подключен к входу второго амплитудного ограничителя.The essence of PM consists in the fact that the shaper is a digital signal with a single-band oscillation with 180 ° phase shift keying, consisting of a series-connected analog-to-digital converter (ADC) and a Gaussian filter (GF), as well as two amplitude amplifiers-limiters, two signal multipliers , a carrier frequency oscillation generator (HF), a 90 ° phase shifter, a phase inverter, an adder, moreover, the HF output is connected directly to the high-frequency (V.Ch.) input of the first signal multiplier, and to V.Ch. the input of the second signal multiplier - through the phase shifter 90 °; to N.Ch. the input of the first multiplier is connected to the output of the first amplifier-limiter, and to N.Ch. the input of the second multiplier is connected to the output of the second amplifier-limiter; the output of the first multiplier is connected to the first input of the adder directly, and the output of the second multiplier is connected to the second input of the adder either directly or through a phase inverter, an additional buffer cascade, two resistors of the same resistance and two capacitors of the same capacitance are introduced, moreover, the input of the buffer cascade is connected to the output of the Gaussian filter , and one resistor is connected to its output through one capacitor and, in parallel, a second capacitor through the second resistor; the output of the first capacitor is connected to the input of the first amplitude limiter, and the output of the second resistor is connected to the input of the second amplitude limiter.

Существенным отличием ПМ являются введенные элементы и их связи, т.к. только они позволяют иметь указанный технический результат.A significant difference between PM is the introduced elements and their relationships, because only they allow you to have the specified technical result.

Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated in the drawing.

На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя цифровым сигналом однополосного колебания с фазовой манипуляцией на 180° (ОБП-ФМн), где обозначено: 1 - АЦП, 2 - гауссовский фильтр, 3 - буферный каскад, 4, 7 - одинаковые резисторы; 5, 6 - одинаковые конденсаторы, 8, 10 - усилители-ограничители амплитуды; 9 - генератор несущей частоты, 11, 13 - перемножители сигналов, 12 - фазовращатель на 90°, 14 - сумматор, 15 - фазоинвертор. Введенные элементы обведены пунктирной линией.In FIG. 1 shows a block diagram of a shaper with a digital signal of single-band oscillation with phase shift by 180 ° (OBP-FMn), where it is indicated: 1 - ADC, 2 - Gaussian filter, 3 - buffer cascade, 4, 7 - identical resistors; 5, 6 - identical capacitors, 8, 10 - amplifiers-limiters of amplitude; 9 - carrier frequency generator, 11, 13 - signal multipliers, 12 - phase shifter 90 °, 14 - adder, 15 - phase inverter. Entered elements are outlined with a dashed line.

Работа схемы происходит следующим образом.The operation of the circuit is as follows.

Цифровой сигнал (ЦС) с блока 1 поступает в гауссовский фильтр (ГФ) 2, где выделяется в основном его первая гармоника, поступающая на вход буферного каскада 3. Последний имеет очень большое входное сопротивление с тем, чтобы последующие RC-цепи 4-7 не искажали амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) гауссовского фильтра 2. Цепи RC 4, 5 и CR 6, 7 подключены параллельно выходу буферного каскада 3. С конденсатора 5 колебание поступает на вход ограничителя амплитуды (ОА) 10, а с резистора 7 - на вход ОА 8. Колебание на конденсаторе 5 всегда сдвинуто по фазе на 90° по отношению к колебанию на резисторе 7, о чем говорит символ j в выражении сопротивления конденсатора

. Уровни этих колебаний в общем случае разные и зависят от частоты ω, но нуля не достигают, т.к. несущая частота ЦС f=64 кГц, а полоса частот не более 10 кГц. Для выравнивание этих уровней и преобразования первой гармоники опять в прямоугольники используются усилители - ограничители амплитуды 8,10. Знакопеременный сигнал с выхода усилителя ограничителя 8 поступает на низкочастотный (Н.Ч.) вход перемножителя 11, а с выхода 10 - на Н.Ч. вход перемножителя 13. С генератора 9 гармоническое колебание несущей частоты поступает на высокочастотный (В.Ч.) вход перемножителя 11 непосредственно, а на В.Ч. вход 13 - через фазовращатель на 90° 12. При перемножении знакопеременного сигнала прямоугольной формы с гармоническим колебание несущей частоты образуется двухполосное фазоманипулированное (ФМн) на 180° колебание. А так как сигналы и на Н.Ч. входах перемножителей сдвинуты между собой по фазе на 90°, и также сдвинуты колебания на их В.Ч. входах, то на выходе сумматора 14 имеет место одна боковая полоса частот (ОБП) с фазовой манипуляцией на 180° (ОБП ФМн). Покажем это количественно для первой гармоники. Сигналы на выходах перемножителей 11, 13:The digital signal (DS) from block 1 enters the Gaussian filter (GF) 2, where its first harmonic is mainly allocated to the input of the buffer stage 3. The latter has a very large input impedance so that subsequent RC circuits 4-7 do not distorted the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the Gaussian filter 2. Circuits RC 4, 5 and CR 6, 7 are connected in parallel with the output of the buffer stage 3. From the capacitor 5, the oscillation goes to the input of the amplitude limiter (OA) 10, and from the resistor 7 to the input OA 8. The oscillation on the capacitor 5 is always 90 ° out of phase relative to the oscillation on the resistor 7, as indicated by the symbol j in the expression for the resistance of the capacitor

. The levels of these oscillations are generally different and depend on the frequency ω, but do not reach zero, because DS carrier frequency f = 64 kHz, and a frequency band of not more than 10 kHz. To equalize these levels and convert the first harmonic again into rectangles, amplifiers are used - amplitude limiters 8.10. The alternating signal from the output of the amplifier of the limiter 8 is supplied to the low-frequency (N.Ch.) input of the multiplier 11, and from the output 10 to N.Ch. the input of the multiplier 13. From the generator 9, the harmonic oscillation of the carrier frequency is fed to the high-frequency (V.CH.) input of the multiplier 11 directly, and to the V.Ch. input 13 - through a phase shifter by 90 ° 12. When multiplying an alternating rectangular signal with a harmonic oscillation of the carrier frequency, a two-band phase-shifted (QPSK) 180 ° oscillation is formed. And since the signals are also on N.Ch. the inputs of the multipliers are phase shifted by 90 °, and the oscillations are also shifted to their V.Ch. inputs, then at the output of the adder 14 there is one side frequency band (OBP) with phase shift by 180 ° (OBP FMn). We show this quantitatively for the first harmonic. The signals at the outputs of the multipliers 11, 13:

u₁₁(t)=u₈(t)u₉(t)=UcosΩtU_нcosωt=0,5UU_н[cos(ω+Ω)t+cos(ω-Ω)t];u ₁₁ (t) = u ₈ (t) u ₉ (t) = UcosΩtU _n cosωt = 0.5UU _n [cos (ω + Ω) t + cos (ω-Ω) t];

u₁₃(t)=u₁₀(t)u₁₂(t)=UsinΩtU_нsinωt=0,5UU_н[-cos(ω+Ω)t+cos(ω-Ω)t].u ₁₃ (t) = u ₁₀ (t) u ₁₂ (t) = UsinΩtU _n sinωt = 0.5UU _n [-cos (ω + Ω) t + cos (ω-Ω) t].

Если колебание u₁₃(t) поступает на второй вход сумматора 14 непосредственно, то на его выходе будет колебание u₁₄(t)=u₁₁(t)+u₁₃(t)=UU_нcos(ω-Ω)t - нижней боковой полосы (НБП), а если u₁₃(С) поступает на вход сумматора 14 через фазоинвертор 15, то на выходе сумматора будет колебание u₁₄(t)=u₁₁(t)-u₁₃(t)=UU_нcos(ω+Ω)t - верхней боковой полосы (ВБП).If the oscillation u ₁₃ (t) enters the second input of the adder 14 directly, then its output will be the oscillation u ₁₄ (t) = u ₁₁ (t) + u ₁₃ (t) = UU _n cos (ω-Ω) t - lower sideband (NBP), and if u ₁₃ (C) enters the input of adder 14 through a bass reflex 15, then the output of the adder will fluctuate u ₁₄ (t) = u ₁₁ (t) -u ₁₃ (t) = UU _n cos ( ω + Ω) t - upper sideband (PFS).

Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение элетромагнитной совместимости (ЭМС) радиоустройств за счет увеличения степени подавления нерабочей боковой полосы частот с помощью введенных пассивных элементов.The technical and economic effect of PM is to increase the electromagnetic compatibility (EMC) of radio devices by increasing the degree of suppression of an inoperative side frequency band using introduced passive elements.

Claims

Shaper of a single-band oscillation digital signal with 180 ° phase shift keying, consisting of a series-connected analog-to-digital converter (ADC) and a Gaussian filter (GF), as well as two amplitude limiter amplifiers, two signal multipliers, a carrier frequency oscillation generator (GN) , phase shifter 90 °, phase inverter, adder, and the output of the GN is connected to the high-frequency (V.Ch.) input of the first signal multiplier directly, and to V.Ch. the input of the second signal multiplier - through the phase shifter 90 °; to N.Ch. the input of the first multiplier is connected to the output of the first amplifier-limiter, and to N.Ch. the input of the second multiplier is connected to the output of the second amplifier-limiter; the output of the first multiplier is connected to the first input of the adder directly, and the output of the second multiplier is connected to the second input of the adder either directly or through a phase inverter, characterized in that it additionally includes a buffer stage, two resistors of the same resistance and two capacitors of the same capacity, and to the output a Gaussian filter, the input of the buffer cascade is connected, and one resistor is connected to its output through one capacitor and, in parallel, the second capacitor through the second resistor; the output of the first capacitor is connected to the input of the first amplitude limiter, and the output of the second resistor is connected to the input of the second amplitude limiter.