Методы формирования модулированных сигналов в цифровых синтезаторах

Прииспользовании ССЧ в составе возбудителя радиопередатчика, генератора стандартных сигналов и многих устройств специального назначения на синтезатор возлагается функция формирования радиосигнала, т. е. высокочастотного электромагнитного колебания с тем или иным видом модуляции или манипуляции.

Вопросы формирования сигналов с непрерывными и дискретными видами модуляции первоначально рассмотрим применительно к цифровым синтезаторам прямого синтеза.

Простейший способ обеспечить частотное телеграфирование в двухуровневом синтезаторе состоит в том, чтобы путем изменения коэффициента деления ДПКД поочередно формировать в ССЧ колебания с двумя частотами, смещенными на одинаковые интервалы относительно несущей частоты . Аналогичным образом можно осуществить и частотную модуляцию, заменив непрерывное изменение частоты ее ступенчатой аппроксимацией. Малое время перехода с одной частоты на другую в двухуровневых ССЧ позволяет выбрать требуемый шаг сетки частот, обеспечивающий допустимый уровень нелинейных искажений. Однако при таком решении переход с одной частоты на другую сопровождается разрывом фазы, что приводит к возрастанию внеполосных составляющих в спектре выходного напряжения. Поэтому подобные методы практически не применяются.

Несравнимо лучшими свойствами в этом плане могут обладать цифровые вычислительные синтезаторы. Введение дополнительных узлов в тракт ЦВС позволяет существенно расширить его функциональные возможности в части формирования сигналов с различными видами модуляции и манипуляции.

Так, включение в состав ЦВС двух ПК (синусного и косинусного) и двух ЦАП с инверсными выходами позволяет на любой из частот сетки создать четыре когерентных сигнала со сдвигом по фазе на 0, 90, 180 и . Такие ансамбли используются для формирования сигналов на одной боковой полосе, для осуществления квадратурной фазовой манипуляции ФМ-4 и т. п.

Введение между НКФ и ПК модулятора кода фазы (МКФ), в котором суммируются код с выхода НКФ и модулирующий код, позволяет осуществить не только узкополосную, но и широкополосную фазовую модуляцию. При осуществлении частотной модуляции с помощью МКФ аналоговый модулирующий сигнал необходимо предварительно пропустить через интегратор. Частотная модуляция может быть осуществлена и путем изменения кода дискрета фазы в соответствии с модулирующим сигналом.

Так, например, для формирования сигнала с линейной частотной модуляцией ЧР следует заменить модулятором кода дискрета фазы (МКДФ). В его состав необходимо включить накопитель кода , задающего скорость изменения частоты, выполненный подобно рассмотренному ранее НКФ, и сумматор, в котором суммируется число, поступающее с накопителя, с кодом дискрета фазы . При такой замене на выходе ЦВС будет сформирован сигнал, частота которого меняется во времени по линейному закону.

Действительно, после прихода тактовых импульсов с номерами i, и код фазы на выходе НКФ будет иметь значения ; и . При этом приращение кода текущей фазы составит, соответственно, и , а приращение кода частоты – .

Для возможности формирования сигналов с амплитудной модуляцией в тракт ЦВС между ПК и ЦАП необходимо ввести модулятор кода амплитуды (МКА), представляющий собой аппаратный перемножитель кода ординаты на код амплитуды выходного сигнала ЦВС. Этот же узел может быть использован для установки заданного уровня или стабилизации амплитуды выходного сигнала всего устройства в рабочем диапазоне частот. При этом предполагается, что ЦВС является возбудителем более сложного устройства, например широкодиапазонного радиопередатчика, содержащего систему автоматической регулировки выходной мощности.

Структурная схема ЦВС, содержащая все перечисленные узлы, представлена на рис. 2.12. Ее использование позволяет также формировать сигналы, манипулированные по частоте с непрерывной фазой, с амплитудно-фазовой манипуляцией, осуществлять манипуляцию минимальным сдвигом частоты. Продолжительность перехода на новую частоту, фазу или амплитуду составляет в подобных синтезаторах всего несколько тактовых интервалов.

Далее рассмотрим возможности формирования радиосигналов в синтезаторах с ФАП. Поскольку амплитудная модуляция и манипуляция, а также различные виды однополосной модуляции не могут быть осуществлены в подобных ССЧ, в состав возбудителя включается формирователь информационного сигнала, угловая же (фазовая или частотная) модуляция или манипуляция, как правило, осуществляется в тракте ССЧ.

Известные устройства для осуществления фазовой и частотной модуляций обычно обладают высокой линейностью модуляционных характеристик лишь при малых индексах модуляции и малой девиации частоты. Для получения больших индексов модуляции и девиации частоты используют последующее умножение частоты. Осуществление угловой модуляции в тракте цифрового ССЧ с ФАП, являющегося умножителем эталонной частоты f _э, позволяет непосредственно получить требуемую глубину модуляции. Угловая модуляция в этом случае не сопровождается изменением номинального значения несущей частоты.

Модулирующее напряжение в кольце ФАП можно подавать на РЭ, на фазовый модулятор (ФМ), включаемый перед ФД (или ИФД) в цепь подачи опорного колебания (в этом случае удается реализовать значения индекса модуляции существенно превышающие 1), или одновременно на РЭ и ФМ (рис. 2.13).

При подаче модулирующего сигнала на РЭ (рис. 2.13, а) соотношение

(2.16)

определяет коэффициент преобразования амплитуды гармонического напря-жения на входе РЭ в амплитуду изменения фазы (индекс модуляции)выходного колебания – . При этом амплитуда отклонения (девиация) частоты выходного колебания составит

. (2.17)

Из (2.17) следует, что при , где – минимальная частота модулирующего сигнала; можно считать , т. е. реализуется практически неискаженная частотная модуляция. Если же надо получить неискаженную фазовую модуляцию, то модулирующее напряжение следует подавать на РЭ через дифференциатор (штриховая линия на рис. 2.13, а). При этом , где – коэффициент передачи дифференциатора.

Воспользовавшись соотношением (2.13), нетрудно убедиться, что при

,

где – максимальная частота модулирующего сигнала, коэффициент передачи отклонений фазы опорного колебания не зависит от W. Следовательно, для получения практически неискаженной фазовой модуляции модулирующее напряжение надо подавать непосредственно на ФМ. В этом случае , где – коэффициент передачи фазового модулятора.

 

 

Для получения частотной модуляции модулирующий сигнал следует подавать на ФМ через интегратор (рис. 2.13, б) с коэффициентом передачи . Тогда . Нетрудно заметить, что при осуществлении угловой модуляции по схеме рис. 2.13, б удается в раз повысить значения и . Однако обеспечение постоянства и при изменении рабочей частоты ССЧ требует и соответствующего изменения .

Подавая модулирующее напряжение одновременно на РЭ и через интегратор на ФМ (рис. 2.13, в), удается получить неискаженную частотную модуляцию, во всей области между и . Действительно, если коэффициенты передачи ФМ, ФД и ГУН линейны, справедливо соотношение

.

Выбрав и так, чтобы выполнялось условие

= , (2.18)

окончательно найдем . Необходимо отметить, что если << 1, условие (2.18) выполняется при любом значении коэффициента деления. В противном случае необходимо обеспечить изменение или синхронно с изменением рабочей частоты.

Простейший способ обеспечить частотное телеграфирование в цифровом синтезаторе состоит в том, чтобы поочередно формировать в ССЧ колебания с двумя частотами, смещенными на одинаковые интервалы относительно несущей частоты . Однако при таком решении переход с одной частоты на другую сопровождается разрывом фазы, что приводит к недопустимо большому уровню внеполосных составляющих в спектре выходного напряжения.

Лучшим решением является использование ССЧ с кольцом ФАП с ДПКД, коэффициент деления которого изменяется в зависимости от того, какая из двух частот должна быть получена. Инерционность ГУН обеспечивает при этом отсутствие разрыва фазы, но из-за быстрого (почти скачкообразного) перехода с одной частоты на другую уровень внеполосных составляющих спектра, хотя и меньший, остается все еще недопустимо большим.

Дальнейшее снижение уровня внеполосных спектральных составляющих достигается ступенчатым переходом с одной частоты на другую. Восьми ступеней достаточно, чтобы уровень внеполосных составляющих удовлетворял международным нормам. Такой многоступенчатый переход можно достаточно просто осуществить и с помощью кольца ФАП с ДПКД. Включение ФНЧ, сглаживающего фронты напряжения, поступающего с выхода ИФД, также позволяет снизить уровень импульсных составляющих. Однако при этом, как правило, увеличивается время смены рабочих частот синтезатора.

При фазовом телеграфировании частота колебаний не изменяется, а в соответствии с сигналом манипуляции изменяется их фаза, как правило, на p.

Простейший способ обеспечить изменение фазы выходных колебаний возбудителя на p состоит в том, чтобы сформировать в формирователе информационного сигнала с помощью фазоинвертора два колебания с частотой , сдвинутых по фазе друг относительно друга на p, и с помощью электронного ключа подавать на выход нужное из них. При этом изменение фазы происходит скачком, в результате чего уровень внеполосных спектральных составляющих значительно превышает допустимый. Для его снижения необходимо изменять фазу плавно.

Устройство, плавно изменяющее фазу выходного колебания, может быть реализовано на основе ГУН, охваченного кольцом ФАП с ДПКД. Для получения при манипуляции линейного изменения начальной фазы за время фронта и время спада модулирующих импульсов надо так управлять коэффициентом деления ДПКД, чтобы на интервалах и частота ГУН равнялась, соответственно, + и – , где и , а во все остальное время – . Однако поскольку синхронизация колебаний ГУН с колебаниями опорного генератора осуществляется в кольце ФАП с точностью до малых отклонений фазы, ее изменение, достигнутое на интервалах и , после короткого переходного процесса будет устранено и начальная фаза вновь установится такой же, как и до начала формирования фронта или спада.

Преодолеть отмеченное затруднение можно, изменяя фазу выходного колебания ГУН на интервалах и не на p, а на 2p с последующим делением частоты сигнала на выходе ССЧ на 2. В результате будет сформировано колебание с частотой вдвое ниже частоты ГУН и с изменением фазы на интервалах и на p. Фазу колебания во время фронта и спада, как и ранее, можно менять соответствующей установкой коэффициента деления ДПКД на время и .

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: