Введение к работе
Актуальность темы. В современных радиотехнических системах для формирования высокочастотных сигналов широко используются цифровые синтезаторы частот ЩСЧ), построенные на основе кольца им-пульсно-фазовой автоподстройки частоты .(ИФАПЧ) с делителем с пере- менным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи.
В последнее время наметилась тенденция осуществления угловой модуляции непосредственно в синтезаторе. Такое совмещение функций формирователя дискретной сетки высокостабильных частот и частотного (или фазового) модулятора передатчика является весьма эффективным с точки зрения упрощения аппаратуры и улучшения основных характеристик систем подвижной радиосвязи.
Однако воздействие модулирующего сигнала в ЦСЧ представляет для системы ИФАПЧ внутренние или внешние возмущения, которые из-за наличия фильтра нижних частот (ФНЧ) и импульсного характера регу-" лирования приводят к частотным искажениям модулированного сигнала. Кроме того, из-за нелинейности характеристики управления перестраиваемого генератора происходит существенное изменение девиации частоты.выходного сигнала ЦСЧ в диапазоне рабочих частот, что приводит к увеличению уровня внеполосных радиоизлучений.
Поэтому при угловой модуляции в ЦСЧ к известным противоречивым требованиям по динамическим и спектральным характеристикам добавляются жесткие требования по обеспечению модуляции с минимальными искажениями.
Наибольшее распространение в системах подвижной радиосвязи в настоящее время получила частотная модуляция (ЧМ) речевым сигналом, спектр которого лежит в области частот 300...3400 Гц. Интенсивное внедрение цифровой обработки сигналов в технику радиосвязи приводит к необходимости осуществления ЧМ в ЦСЧ цифровым информационным сигналом в виде псевдослучайной последовательности (ПСП) двоичных импульсов. При этом в ряде случаев возникает необходимость частотной модуляции цифровым сигналом, спектр которого в области инфранизких частот вплотную приближается к нулевой частоте. По -следнее обстоятельство вызывает серьезные затруднения при'введении модуляции в ЦСЧ, так как автоподстройка выходной частоты синтезатора и модуляция происходят в одной и той же полосе частот. Это еще Солее обостряет противоречия между основными характеристиками ЦСЧ, увеличивает низкочастотные искажения модулированного сигнала и делает задачу разработки такого синтезатора трудно разрешимой.-
_ 2
Таким образом,возникает проблема, решение которой крайне не- "7 обходимо для создания качественно новой, конкурентоспособной аппаратуры систем подвижной радиосвязи.
Несмотря на это, вопросам исследования методов и устройств уменьшения частотных искажений, возникающих в ЦСЧ с угловой модуляцией, до настоящего времени достаточного внимания не уделялось. Во многом остаются открытыми вопросы по выявлению особенностей работы ЦСЧ при введении цифрового модулирующего сигнала типа ПСЯ, а также по использованию методов автоматической компенсации искажений.
Отсутствие единого подхода к этим вопросам затрудняет проектирование и создание высокоэффективных частотно-модулируемых ЦСЧ (ЧМЦСЧ) особенно при введении цифрового модулирующего сигнала.
Поэтому исследование ЦСЧ с угловой модуляцией с использованием новых методов и устройств компенсации и автокомпенсации частотных искажений, обеспечивающих значительное улучшение характеристик синтезаторов, является актуальной задачей.
Цель и аадачи работы. Целью диссертационной работы являются р.-и работка методов и устройств, обеспечивающих компенсацию и автокомпенсацию частотных искажений в ЦСЧ при введении как аналового, так и цифрового модулирующего сигнала, исследование и внедрение этих устройств в аппаратуре подвижной радиосвязи.
Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач:
-
Определение условий полной компенсации реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие в ЦСЧ.
-
Разработка методов и устройств автоматической компенсации искажений и автоматической стабилизации девиации частоты в ЧМЦСЧ.
-
Исследование возможностей использования квадратурных компенсаторов частотных искажений в ЦСЧ с ЧМ.
-
Построение обобщенной-модели.автокомпенсатора искажений и исследование передаточных характеристик, устойчивости и переходных режимов автокомпенсаторов в ЦСЧ с угловой модуляцией.
-
Разработка методики проектирования и структурной схемы ЧМЦСЧ с модуляцией цифровым сигналом и минимальными частотными искажениями.
-
Проведение экспериментальных исследований, подтверждающих теоретические выводы.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались известные методы анализа радиотехнических цепей и методы теории автоматического управления и регулирования. Основные теоретические положения проверены путем макетирования, натурного эксперимента, а также сравнения с результатами, полученными другими авторами.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработана методология построения ЧМЦСЧ с автоматической компенсацией искажений и предложена их классификация, позволяющая систематизировать и успешно проводить анализ этих устройств.
-
Сформулированы необходимые условия полной компенсации реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение для новой структуры синтезатора с двухточечной модуляцией, что позволяет определить пути разработки новых методов автокомпенсации искажений в ЧМЦСЧ.
-
Разработаны методы автоматической компенсации частотных искажений и автоматической стабилизации девиации частоты. На их основе созданы оригинальные схемные решения ЧМЦСЧ, новизна которых защищена авторскими свидетельствами на изобретения.
-
Предложено использование квадратурных компенсаторов частотных искажений в ЧМЦСЧ, отличающихся возможностью осуществлять модуляцию в широком диапазоне модулирующих частот вплоть до нулевой частоты.
-
Разработана и исследовайа обобщенная схема автокомпенсатора искажений в ЧМЦСЧ, использование которой позволяет получить аналитические выражения,, упрощающие проектирование различных вариантов автокомпенсаторов.
-
Разработана методика проектирования ЧМЦСЧ с модуляцией цифровым информационным сигналом. , Получены данные экспериментального исследования таких синтезаторов с устройствами автокомпенсации искажений.
Практическая ценность работы. Исследования, проведенные в диссертационной работе, позволили разработать рекомендации по проектированию ЦСЧ с ЧМ цифровым сигналом и практической реализации устройств автокомпенсации искажений. Получены аналитические выражения для инженерно-технического расчета ЧМЦСЧ с модуляцией цифровым информационным сигналом. Разработаны оригинальные технические решения ЦСЧ с угловой модуляцией и высоким быстродействием, защи-
_ - 4
щенные тринадцатью авторскими свидетельствами на изобретения.
Реализация в промышленности и учебном процессе. Результаты диссертационной работы внедрены в НИИ "Вега" (г. Воронеж) при проведении НИР и ОКР по проектированию радиоаппаратуры для систем подвижной радиосвязи, а также на заводе "Электросигнал", серийно выпускающем радиостанции, синтезаторы которых разработаны при непосредственном участии автора.
Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией по авт. свид. 1252909 использован в серийном производстве в изделиях "Транспорт", "Эстакада" на заводе "Электросигнал".
Цифровой синтезатор частот по авт. свид. 1160565 внедрен в серийном производстве изделий "Транспорт", "Маяк".
Делители частоты (ДТЩ) для синтезаторов по авт. свид. 752242, 834936 применены в серийных изделиях Р-171, Р-171М.
Цифровой синтезатор частот по авт. свид. 1469554 использован г» серийном производстве изделий Р-159, . 'Р-159М с экономическим эффектом 1 млн. 360 тыс. 736 руб. в год (в ценах 1987 года!.
С целью внедрения результатов работы в учебный процесс выпущено учебное пособие "Частотно-модулированные синтезаторы частот для систем подвижной радиосвязи" объемом 5,6 п.л., которое используется в Воронежском государственном техническом университете /8/.
Апробация работ. Основные положения диссертации докладывались на 111 Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности и качества систем синхронизации" (Львов, 1985) ., на республиканском семинаре "Проектирование синтезаторов частот для аппаратуры средств связи".(Севастополь, 1988) , на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского политехнического института (Воронеж, 1988-1989) , на IV Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие и совершенствование устройств синхронизации'в системах связи" Г Горький, 1988) , на республиканских семинарах по синтезаторам частот (Севастополь, 1989, 1990) , на IV Всесоюзной школе-семинаре по синтезаторам частот (Канев, 1989) , на конференции ВНИИС (Воронеж, 1988 ) , на научно-техническом семинаре НТО РЭС им. А.С. Попова(Ярославль, 1989 ) , на XVII отраслевой научно-технической конференции ВНИИС (Воронеж, 1989) , на семинаре ЦП НТО РЭС им. А.С. Попова "Синтез и анализ устройств синхронизации"(Москва
5 (МИС), 1989 ) , на научно-практической конференции Воронежской высшей школы МВД России,(Воронеж, 1994 ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ,в том числе одно учебное пособие, 7 статей, тезисы докладов на Всесоюзных конференциях, 13 изобретений.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 107 наименований и двух приложений, изложена на 162 страницах машинописного текста, в котором приведено 42 рисунка и I таблица. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
