книги из ГПНТБ / Машбиц Л.М. Цифровая обработка сигналов в радиотелеграфной связи

pa метры первого звена схемы составят сО П т = 27 и K o u t = 728, а не­ обходимая частота опорного генератора / i = 4 004 кГц. '

Значительное снижение необходимой величины }\ при неизмен­ ном (или даже более благоприятном) размещении побочных сос-

тавляющих может быть достигнуто применением трехзвенной схе­ мы с повышением рабочих частот во втором звене и понижением в третьем.

Примеры реализации трехзвенных схем приведены в § 3.6.

3.5. КРИТЕРИИ УСТАНОВЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЧАСТОТНОЙ СЕЛЕКЦИИ

Учитывая специфику работы дискретных делителей частоты (см. §2.1), можно считать, применительно к построению частотного ма­ нипулятора, управляемый делитель 2 (схемы рис. 3.1—3.3) безы­ нерционным устройством, а изменение частоты на его выходе после получения соответствующей команды — мгновенным. Тем не менее время установления частоты на выходе цифрового манипулятора

90

нельзя считать пренебрежимо малым ввиду инерционности эле­ ментов частотной селекции (фильтров нч и СС).

Работы, посвященные 'исследованию вопросов установления ча­ стоты ,на выходе селективной системы при скачке частоты дейст­ вующей эдс 1[83, 84], позволяют также сделать вывод о том, что на выходе цифрового манипулятора процесс установления частоты при смене позиции манипулирующего сигнала не будет монотон­ ным.

Эго обстоятельство является весьма существенным, ибо пока еще не получены аналитические выражения, характеризующие влияние процесса установления частоты в манипуляторе на работу радиотелеграфной системы в целом для случая, когда закон уста­ новления частоты является монотонным, и, следовательно, нет ос­ нований ожидать в ближайшее время строгого решения этого воп­ роса для закона более сложного.

Поэтому при выборе исходных позиций для расчета элементов частотной селекции цифрового манипулятора приходится исполь­ зовать различные эмпирические критерии допустимого времени установления частоты, которые, не претендуя на строгость, дают вполне удовлетворительные результаты в условиях эксплуатации.

Рассмотрим два таких критерия.

Первый критерий применялся при расчете манипуляторов, предназначенных для работы в приемных системах, имеющих фильтровые дешифраторы. Этот критерий формулируется следую­ щим образом: время установления такого значения частоты, при котором модуль возможного экстремума текущей погрешности ста­ нет меньше половины полосы пропускания приемного (дешифраторного) фильтра, не должно превышать 5% от длительности эле­ ментарной посылки.

При этом полоса пропускания дешифраторного фильтра опре­ деляется из условия, что максимальная величина переменных пре­ обладаний, вносимых фильтром при изменении скважности мани­ пулирующего сигнала, не должна превышать # % , а связь между полосой пропускания фильтра, скоростью манипуляции и вноси­ мыми преобладаниями определяется формулой [10]

В свою очередь, зависимость модуля огибающей экстремаль­ ных значений текущей погрешности частоты на выходе от време­ ни при заданной величине частотного сдвига (скачка частоты дей­ ствующей эдс) для фильтра в виде одиночного контура определя­ ется формулой [83]

91

где v — модуль огибающей экстремальных значений текущей по­ грешности устанавливающейся частоты; 2Д/0 и 2Д/ — полоса про­ пускания фильтра и частотный сдвиг соответственно: p=iAfo/Af.

В большинстве случаев селекция побочных составляющих с по­ мощью одиночного контура оказывается недостаточной и приходит­ ся использовать более сложные фильтры, частотные характери­ стики которых приближаются к идеальным. При применении та­ ких фильтров для определения модуля огибающей экстремальных значений текущей погрешности частоты в процессе установления можно пользоваться приближенными выражениями, выведенными для малых относительных погрешностей [85]:

— для идеального полосового фильтра

выражения, определяющие необходимую полосу частот для удов­ летворения выбранного критерия.

Второй критерий применялся при проектировании манипулято­ ра для работы в приемной системе с додетекторным интегрирова­ нием, которая более критична к расстройке частоты сигнала, чем система с фильтровым дешифратором. Критерий формулируется следующим образом: не менее чем в течение А % времени посыл­ ки огибающая экстремальных значений текущей погрешности-ча­ стоты должна быть меньше, чем допустимая расстройка, при ко­ торой обеспечивается В % максимально возможного отношения энергии сигнала к сумме энергий противодействующих составляю­ щих.

Вопрос о связи между реализуемым значением помехоустой­ чивости и частотной расстройкой в системах с додетекторным ин-

92

Приведенные соотношения для расчета элементов частотной селекции цифрового манипулятора определяют .нижний предел по­ лос пропускания. Что же касается верхнего предела, то он опреде­ ляется из условий необходимого подавления побочных составляю­ щих (§ 3.4) на основе общих методов расчета линейных филь­ тров.

3.6. НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЦИФРОВЫХ ЧАСТОТНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ

Ниже приводятся структурные схемы и основные технические данные двух цифровых частотных манипуляторов, предназначен­ ных для использования в магистральных линиях радиотелеграф­ ной связи.

КМП-3 (кварцевый манипулятор передатчика, модификация 3) предназначается для работы на линиях ИР. Устройство выполне­ но в виде сменного блока к типовому возбудителю «Кварц-Волна».

Блок содержит два комплекта манипуляторов и соответствую­ щие узлы электропитания. Общий вид блока дан на рис. 3.7.

Манипулятор КМП-3 имеет два номинала частотного сдвига: 2А/=6 кГц (ЧТ-6) и 2Д/=11 кГц ((ЧТ-11) при средней частоте на выходе / 0 =100 кГц. Манипулятор выполнен по трехзвенной схеме. Порядок формирования сигналов и расстановка частот для режи­ мов ЧТ-6 и ЧТ-11 поясняются структурными схемами рис. 3.8 и 3.9 соответственно.

Ослабление побочных составляющих в КМП-3 превышает 86 дб, а паразитная частотная модуляция сигналов, измеренная при по­ мощи прибора ИРЧ-2 [9], меньше 3 Гц. Погрешность установки средней частоты не превышает 5 Гц (опорные генераторы имеют кварцевую стабилизацию без термостатирования). Погрешность частотного сдвига и временные преобладания сигналов, вносимые манипулятором, практически, равны нулю.

Манипулятор КМП-3 эксплуатируется в течение длительного времени. Периодические проверки подтвердили высокие тёхниче-

93

3.7. ФОРМИРОВАНИЕ ЧАСТОТНОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Н А РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЕ П Е Р Е Д А Т Ч И К А

Рассмотренные выше варианты построения частотных манипу­ ляторов рассчитаны на формирование ЧМ. сигналов в области ча­ стот, лежащей значительно ниже рабочего диапазона' передатчи-

96

ков (имеются в виду передатчики линий связи метрового и декаметрового диапазонов), вследствие чего приходится прибегать к по­ следующим преобразованиям для переноса полученных ЧМ сиг­ налов в рабочий диапазон.

Это существенно усложняет схемы возбудителей соответствующих передатчиков и увеличивают их стоимость.

Между тем принципиально возможно формирование ЧМ сигна­ лов непосредственно в рабочем диапазоне частот передатчиков.

Основой решения этой задачи является классическая схема ФАПЧ, применяемая в синтезаторах частот [2]. Общий принцип по­ строения манипулятора на основе ФАПЧ поясняется схемой рис.

применяют несколько генераторов, что поззоляет перекрыть весь рабочий диапазон), делитель частоты 2 с переменным коэффициен­ том деления, фазовый детектор и ФНЧ. Отличие схемы рис. 3.13 от обычного варианта схемы ФАПЧ, применяемой для синтеза ди­ скретного множества частот, заключается в том, что коэффициент деления делителя 2, который в обычных схемах меняется только при смене номинала рабочей частоты и значение которого опреде­ ляется необходимой частотой на выходе ГУН (на основе соотно­ шения fi/m=f/n), в рассматриваемой схеме изменяется:

— устаноЕОчно •— в зависимости от необходимого значения средней частоты на выходе манипулятора (на выходе ГУН) /о=

— установочно — Е зависимости от выбранного режима работы [излучение номинала (/=>/о) или частотная манипуляция (/ = fH или

/= /п соответственно)];

—установочно — в зависимости от заданного значения частот­ ного сдвига при манипуляции — 2Af;

—оперативно — в зависимости от текущей позиции манипули­ рующего сигнала (негатив или позитив).

При этом соблюдаются следующие условия:

ду с решением ряда задач, возникающих при проектировании обыч­ ных схем ФАПЧ, решения и двух специфических проблем:

1. Согласование противоречивых требовании к постоянной вре­ мени кольца ФЛПЧ, определяемых, с одной стороны, заданной ско­ ростью установления частоты на выходе в процессе манипуляции, и, с другой стороны, необходимостью соблюдения соответствую­ щих норм по допустимой величине паразитной частотной моду­ ляции выходного сигнала.

2. Разработка таких технических решений делителя 2, которые обеспечивают выполнение условий (3.24) в необходимых интервалах градаций /0 и 2Д/ при независимой установке этих параметров, и имею г приемлемые гехнико-экономическне показатели.

Первая из проблем в настоящей работе не рассматривается, поскольку анализу вопросов, связанных с ее решением, посвяще­ но большое количество специальных работ по проектированию си­ стем ФАПЧ [36, 60, 61 и др.]. Методика экспериментального опре­ деления временных характеристик установления частоты манипулируемого автогенератора приведена в § 6.3.

Вторая проблема может быть решена на основе использования

вующие установочные переключатели (вспомогательные цепи ДСП на схеме рис. 3.14 не показаны). Отличие этого узла от типового

сдвига») с коэффициентом деления q, узел управления делителем сдвига 5. триггер управления 6, два логических элемента И (2 и 3), переключатель (Кл\) «Номинал — манипуляция» и переключатель «Установка сдвига» Кл2. Входной сигнал / от ГУН поступает одновременно на оба элемента И. Поскольку, однако, ко вторым входам ячеек И подключены коллекторные концы триггера управ-

98