Спосіб виконання частотної модуляції та пристрій для його здійснення

1. Спосіб виконання частотної модуляції, в якому використовують генератор гармонічних коливань, частотою якого керують напругою, який відрізняє ться тим, що в способі також використовують два програмовані запам'ятовуючі пристрої, які попередньо програмують, при цьому знімають амплітудно-частотну характеристику генератора гармонічних коливань f = F Uy , де f - частота генератора, яка є функцією напруги Uy , що керує генератором; 3 85238 4 дом логічної схеми "І", а перший керуючий вхід реверсивного лічильника з'єднаний з першим виходом схеми зрівнянь, другий ви хід якої з'єднаний з другим керуючим входом лічильника, а цифровий вихід лічильника з'єднаний з входом першого цифро-аналогового перетворювача і адресними входами двох програмованих запам'ятовуючих пристроїв, а вихід цифро-аналогового перетворювача з'єднаний з першим входом схеми зрівнянь, другий вхід якої з'єднаний з виходом суматора напруг, перший вхід якого з'єднаний з клемою модулюючої напруги, а другий з'єднаний з клемою напруги, що визначає діапазон частот, а ви хід першого програмованого запам'ятовуючого при строю з'єднаний з цифровим входом другого цифро-аналогового перетворювача, аналоговий вихід якого з'єднаний з керуючим входом генератора гармонічних коливань, а керуючі входи другого цифро-аналогового перетворювача і двох програмованих запам'ятовуючих пристроїв з'єднані з виходом схеми затримки, вхід якої з'єднаний з виходом логічної схеми "І", другий вхід схеми з'єднаний з виходом тригера, перший вхід якого з'єднаний з клемою "пуск" а другий вхід - з першим виходом схеми зрівнянь, а вихід друго го програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з входом реєструючого пристрою. Передбачуваний винахід відноситься до радіотехніки і може використовува тись в інформаційних системах для перетворення інформації і її передачі по радіоканалах. Відомий спосіб виконання фазової модуляції, який полягає в тому, що передаваюче повідомлення змінює фазу несучої частоти пропорційно миттєвим значенням напруги модулюючого сигналу (Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники, - М,:, "Радио и связь", 1985. с. 375-376), має постійну амплітуду несучої і описується рівнянням: e(t ) = Emo cos(w 0 t + jm cos W t + j0 ) де, Еmo - амплітуда несучої частоти; w0 - кутова частота несучої; φm - максимальний зсув фази несучої; Ω - кутова частота модулюючої; j0 - початкова фаза несучої частоти. До недоліків відомого способу слід віднести недостатню його завадостійкість [Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - Μ: «Радио и связь», 1985. с. 474-475]. Відомий також спосіб виконання частотної модуляції, який полягає в тому, що в ньому використовують генератор, частотою якого управляють сигналом, що модулює. При збільшенні миттєвих значень сигналу частота несуча збільшується, при зменшенні сигналу частота несуча зменшується. Частотна модуляція описується рівнянням: безпечується високим індексом частотної модуляDw m ції W , тобто коли необхідно забезпечити велику ширину полоси частот каналів зв'язку. Відомий пристрій для здійснення частотної модуляції [Тутевич Β.Η. Телемеханика, - М; «Радио и связь», 1985, с. 327-328], до складу якого входить: частотнозадаючий контур, ємність якого змінюється при зміні вхідної (модулюючої) величини, при цьому змінюється вихідна частота генератора. Недоліком даного пристрою є те, що для такого ємнісного перетворювача необхідно щоб вхідна величина мала великий крутячий момент, чим обмежується його застосування. Більш близьким за технічним рішенням до запропонованого пристрою є автогенератор з частотною модуляцією, що здійснюють за допомогою варикапа [див. Манаев Е.И. «Основы радиоэлектроники», - М.: «Радио и связь», 1985, с. 380-381], що вибраний за прототип запропонованого пристрою. До складу пристрою входять: задаваючий LC контур, транзистор, розділяючі конденсатори та резистори. В контурі є варикап, що керується зворотною напругою зсуву. Таким чином змінюється ємність варикапа і резонансна частота генератора. До недоліків цього пристрою слід віднести нелінійність модуляційної характеристики модулятора. Особливо це відчутно при високому індексі частотної модуляції. Задачею винаходу є розроблення способу виконання частотної модуляції, у якому за рахунок застосування програмованого запам'ятовуючого пристрою та запропонованого алгоритму виконання модулювання, можливо було б одержати лінійність модуляційної характеристики при широкій полосі частот. Поставлена задача досягається тим, що в способі використовують генератор гармонічних коливань, частотою якого управляють напругою, також використовують два програмовані запам'я товуючі пристрої, які попередньо програмують, при цьому знімають амплітудно-частотну характеристику генератора гармонічних коливань f=F(Uy), æ D wm ö e (t ) = Emo cosç w 0 t + sin W t ÷ W è ø де Emo - амплітуда несучої частоти; Dwm - девиація кутової частоти; w0 - кутова частота несучої; Ω - кутова частота модулюючого коливання; Dw m W - індекс частотної модуляції. [Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники, - Μ.: «Радио и связь», 1985, с. 376-381; Тутевич Β.Η. Телемеханика. - М.; «Радио и связь», 1985, с. 108110]. Недоліком цього способу є те, що спосіб не забезпечує лінійності модуляційної характеристики модулювання. Особливо це відчутно коли необхідно одержати високу точність модуляції що за 5 85238 де f - частота генератора, яка є функцією напруги Uy, що управляє генератором, задаються значенням сходинки по частоті Δf, на яку повинна змінюватись частота при модуляції, починаючи з початкової частоти генератора f0, що визначається початковою напругою зсуву U0 , Δf=f1-f 0=f 2-f 1=......=fn-fn-1 . де n - кількість фіксованих частот на виході генератора при модуляції, із характеристики f=F(Uy) визначають напруги Uy1,U y2,....,U yn, що відповідають частотам f1,f2,....,fn , перетворюють напруги в коди Ν1,Ν2,...,Νn , заносять коди в перший програмований запам'ятовуючий пристрій, при модулюванні, напругу що модулює UM, сум ують з постійною напругою U¶, яка визначає діапазон частот ( ) fi = f0 + 2n-1a n + .... + 22 a3 + 21a 2 + 20 a1 Df = f0 + Df 6 модуляції і може задаватися від 0 до величини що визначається максимально допустимим значенням суми напруг U¶+UM, що відповідає частоті fn , перетворюють цю суму напруг в коди L1,L2,...,Ln , які є адресними кодами двох програмованих запам'ятовуючих пристроїв, по яким зчитують коди N1,N2,...,Nn , перетворюють коди в напруги, відповідно Uy1,U y2,....,U yn , якими управляють частотою генератора гармонічних коливань, чим змінюють частоту генератора з сталою сходинкою Δf в межах від fmin=f0 до fmax=f0+Δf(2 n-1)=fn, а значення частот f 1,f 2,....,fn зчитують по адресним кодам L1,L2,....,Ln, з другого програмованого запам'ятовуючого пристрою, куди вони були занесені при програмуванні, і визначені з рівняння n å2 i- 1 (1) ai i=1 n -1 2 1 0 де 2 an + ... + 2 a3 + 2 a2 + 2 a1 = n å i= 1 2i -1ai - адре сні коди ПЗП; аi="0" або "1", Пристрій, що реалізує спосіб, містить генератор гармонічних коливань, до складу якого входить підсилювач генератора, вхід якого з'єднаний, через розділяючий конденсатор, з частотно задаючим контуром, до складу якого входить індуктивність, паралельно з якою включено ланцюг, який складається з послідовно включених розділяючого конденсатора, варикапа і другого розділяючого конденсатора, при цьому управляючий вхід генератора, через розділяючий резистор, з'єднаний з першим розділяючим конденсатором і варикапом, а другий вивід варикапа і другий конденсатор з'єднані з клемою для напруги U0, пристрій також вміщує генератор імпульсів, схему зрівняння, реверсивний лічильник, два програмовані запам'ятовуючі пристрої, два цифро-аналогові перетворювачі, реєструючий пристрій, тригер, суматор напруг, логічну схему „І" і схему затримки , при цьому клема „Пуск" з'єднана з входом генератора імпульсів, вихід якого з'єднаний з лічильним входом лічильника і першим входом логічної схеми „І", а перший управляючий вхід реверсивного лічильника з'єднаний з першим виходом схеми зрівнянь, другий ви хід якої з'єднаний з другим управляючим входом лічильника, а цифровий вихід лічильника з'єднаний з входом першого цифроаналогового перетворювача і адресними входами двох програмованих запам'ятовуючих пристроїв, а вихід цифро-аналогового перетворювача з'єднаний з першим входом схеми зрівнянь, другий вхід якої з'єднаний з виходом суматора напруг, перший вхід якого з'єднаний з клемою модулюючої напруги, а другий - з клемою напруги що визначає діапазон частот, а ви хід першого програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з цифровим входом другого цифро-аналогового перетворювача, аналоговий вихід якого з'єднаний з управляючим входом генератора гармонічних коливань, а управляючі входи другого цифро-аналогового перетворювача і двох програмованих запам'ятовую чих пристроїв з'єднані з виходом схеми затримки, вхід якої з'єднаний з виходом логічної схеми „І", другий вхід схеми з'єднаний з виходом тригера, перший вхід якого з'єднаний з клемою „пуск", а другий вхід якого з'єднаний з першим виходом схеми зрівнянь, а вихід друго го програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з входом реєструючого пристрою. До складу пристрою фіг.1 входять: генератор гармонічних коливань 1; суматор напруг 2; генератор імпульсів 3; схема зрівняння 4; реверсивний лічильник 5; два програмовані запам'ятовуючі пристрої (ПЗП) 6, 9; два цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) 7 і 8; тригер 10; логічна схема „І" 11; схема затримки 12; реєструючий пристрій 13. До складу генератора гармонічних коливань входять: підсилювач високочастотної напруги 14; розділяючи конденсатори 15, 16, 17; індуктивність 18; варикап 19; розділяючий резистор 20. Обидва ПЗП попередньо програмують. В ПЗП9 при програмуванні кожному адресу Li відповідає записаний код, що визначає частоту модулятора n fi = f0 + D f å2 n å2 i - 1a i = L i , де i=1 . В ПЗП6 заносять коди, які після зчитування перетворюють ЦАП в напруги 1 подають напруги на варикап 19 генератора 1. Початкове положення схеми характеризується таким станом складових елементів: значення частоти генератора f0 визначається напругою зсуву U0 (див. Фіг. 1), що надходить на варикап 19 1 f0 = 2p LC0 , де L - значення індуктивності 18 контур у; C0 - ємність варикапа при напрузі зсуву U0; на виході генератора імпульсів 3 сигнали відсутні; також сигнали відсутні на: виході реверсивного лічильника 5; на виходах цифро-аналогових перетворювачів 7 і 8, виході і вході програмованих запам'ятовуючи х пристроїв 6 і 9, входах і виході триi =1 i -1a i 7 85238 гера 10. вході і виході логічної схеми „І" 11 і схеми затримки 12. На входи суматора напруг 2 подається напруга U¶, що визначає діапазон частоти модуляції f¶ (див. Фіг.2) і сигнал UM, що модулює. На виході суматора буде сигнал що рівняється сумі напруг U¶+UM. Сумарний сигнал подається на вхід схеми зрівняння 4, з виходу якої логічна одиниця „І" подається на вхід (+) лічильника 5. Суть способу пояснюється роботою пристрою яка відбувається в такій послідовності: на вхід генератора імпульсів 3 та тригера 10 поступає імпульс „пуск". Тригер установиться в положення при якому на його виході буде логічний „0", який надходить на вхід логічної схеми „І" 11. З генератора 3 будуть поступати імпульси на вхід реверсивного лічильника 5, який їх ра хує. Код з ви ходу лічильника поступає на вхід ЦАП 8. На виході ЦАП формується ступінчата наростаюча напруга UЦАП. При умові U¶+UМ=UЦАП схема зрівняння 4 виробляє напругу яка поступає на (-) вхід реверсивного лічильника 5 та на другий вхід тригера 10. Тригер формує логічну „1" що надходить на вхід логічної схеми „І" 11. Наступний імпульс, що надходить на вхід лічильника 5, буде вичитаючим. З цього моменту ланцюг-реверсивний лічильник 5, ЦАП 8, і схема зрівняння 4, забезпечують слідкуюче зрівноваження, при якому буде виконуватись умова U¶+UМ=UЦАП, з точністю до одної сходинки квантування ΔUЦАП. При цьому значення коду, що знаходиться в лічильнику імпульсів Li, буде прямо пропорційне сумі напруг U¶+UM, тобто n å2 DU i -1 ai = U¶ + UM , де n - кількість двійкових розрядів ЦАП і лічильника реверсивного; аi="0" або "1" i =1 n L i = L ¶i + L Mi = å2 i =1 i- 1 m ai = å2 i =1 i -1 ai + n å2 i -1 ai = i =m де Li - адресний код, що має дві складові L¶i і LMi, які визначають відповідно діапазон частот і частоти модуляційні, при величинах L¶i,U¶I та f¶I-i=1,2,...,m, a при величинах LMi,UMi та fMi-i=m+1,m+2,...,n. Складова рівняння (2), що визначає діапазон модуляції fi = f0 + f¶ i + fMi = f0 + U¶ i * Кожен імпульс, що буде надходити на вхід лічильника, також надходить через логічну схему „І" 11 і схему затримки 12, на зчитуючий вхід ПЗП 6 і 9. Відбувається зчитування коду з ПЗП, за адресою що визначається кодом який знаходиться в лічильнику 5. Код Ν i зПЗП6 надходять на вхід ЦАП 7, де запам'ятовується по команді імпульсу з виходу схеми затримки 12. ЦАП перетворює вхідний код в напругу яка, через розділяючий резистор 20, надходить на варикап 19, генератора гармонічних коливань 1. Ємність варикапа, при збільшенні напруги зсуву, зменшується, а частота генератора 1 збільшується. Також кожним імпульсом, що надходить зі схеми затримки 12 на управляючий вхід ПЗП9, відбувається зчитування коду за адресою Li, що надходить з виходу лічильника 5. Код з ПЗП9 надходить на вхід реєструючого пристрою 13 і відповідає значенню частоти модулятора fi, згідно з рівнянням (1). На фіг.2 показано умовне зображення черги частот модулятора: f0 - початкова частота генератора 1, що визначається напругою зсуву Uo; f¶-f0=Δf¶ - діапазон частот генератора, що визначається напругою U¶; fn-(f¶+f 0)=DfM - полоса частот модуляції сигналом UM, яка залежить від амплітуди UM; fmax - максимальне значення частот модулятора, що визначається максимальною частотою генератора 1. Δf¶ може змінюватись (задаватись) в межах 0£Δf¶£(fmax-ΔfM max), де f max - максимальне значення частоти модулятора (модуляції); DfM max - максимальне значення полоси частот модуляції. Робота модулятора описується рівняннями: U¶i + UMi f¶i + fMi = DU Df m (2) U ¶i f = ¶i DU Df i= 1 Модулююча складова рівняння (2) L ¶i = å2 L Mi = å2 n i =m i -1 ai = i -1 ai = UMi fMi = DU Df (3) (4) З рівняння (2), (3), (4) одержимо: Df Df + UMi * = f0 + (U¶i + UMi ) * k DU DU Df - Const; DU f0 і U¶i - теж сталі величини, тобто fi буде змінюватись пропорційно зміні UMi. Із приведеного описання способу виконання частотної модуляції та пристрія для його здійснення слідує, що пропонується спосіб виконання частотної модуляції який забезпечує лінійність модуляційної характеристики f=F(UM) на всьому де k = 8 (5) діапазоні частот генератора гармонічних коливань, а ширина полоси модулюючих частот лінійно залежить від амплітуди модулюючого сигналу UM, крім того досить просто забезпечується перестройка діапазону частоти модулювання. Все це підтверджуються рівняннями (1), (2), (3), (4), (5). Також необхідно відмітити, що в реєструючому пристрої буде знаходитись код значення якого буде відповідати величинам UM і U¶ і який можна 9 85238 обробляти, запам'ятовувати, передавати та ін. Тобто пропонується працездатний спосіб виконання частотної модуляції та пристрій для його здійснення з лінійною частотною характеристикою в широкому діапазоні частот, що суттєво відрізня Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 10 ються своїми перевагами і схемними особливостями від відомого способу і пристрою, взятими за прототип, що визначає промислове застосування пристрою та способу, який можна завдяки йому реалізувати. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601