книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

читающего устройства. Амплитуда импульса на выходе вычи­ тающего устройства равна 27,9s — 16s = 11,9в. После усиле­ ния в 2 раза этот импульс проходит линию задержки и посту­ пает на устройство сравнения. Так как его амплитуда, равная 11,9-2 = 23,8 в, превышает порог срабатывания, устройствосравнения опять выдаст импульс с амплитудой 16 в. На выходе вычитающего устройства выделится импульс с амплитудой 23,8 в — 16 в = 7,8 в. Этот импульс после прохождения через уси­

лители и линию задержки при­ дет к устройству сравнения с амплитудой 2 •7,8 8=15,6 в, и,

так как она ниже порога сра­ батывания, устройство сравне­ ния даст пропуск. После сле­ дующего усиления устройство сравнения выдаст импульс, так как на его вход поступит

щей порог срабатывания. Вы­

этого импульса 2 . 15,2 в — 30,4 в будет превышать порог сра­ батывания устройства сравнения и оно снова выдаст импульс, который является последним в кодовой группе.

Поскольку формирование кодовой группы закончено, во из­ бежание появления лишних импульсов, работа схемы прекра: щается при помощи генератора запирающих импульсов (ГЗИ). Последний вырабатывает отрицательные импульсы, запираю­ щие вычитающее устройство в конце интервала времени, рав­ ного длительности кодовой группы. Перед началом следующего тактового импульса на выходе ИМ запирающее напряжение с вычитающего устройства снимается.

В результате на выходе кодообразователя образуется ком­ бинация импульсов 110J1 выражающая, как известно, в двоич­ ной записи число 27.

Это означает, что в рассмотренной схеме кодообразователя модулирующее напряжение аппроксимируется ближайшими нижними уровнями.

Схема вычитающего устройства, входящего в код'ообразователь, может быть построена по-разному. Одна из возможных схем приведена на рис. 7.20. На зажимы 1—3 поступает импульс с амплитудой U„ с усилителя, стоящего на выходе линии за­

держки, а на зажимы 2—3 — импульс с амплитудой — UHMакс,

320

вырабатываемый устройством сравнения. Напряжение на выхо­ де схемы, очевидно, равно

Двых = /?д П Яд’

где i|, г2 — токи, протекающие через зажимы / и 2, а /?, — со­

так как Яд С Я. Принимая во внимание значения г'|, г2, можно написать выражение для напряжения на выходе схемы

U вых

Затухание в схеме компенсируется усилением в R/ Яд раз, по­ этому напряжение на выходе будет равно разности напряжений, поступающих на вычитающее устройство.

В том случае, если £ /„ < — 7/имокс,тогда импульс с амплиту-

Рассмотренная схема разностного кодообразователя являет­ ся простой и надежной. Конечно, могут быть построены и дру­ гие варианты схемы [7,].

Перейдем к изложению принципа действия счетно-решающих кодообразователей. Схема-КИМ с применением такого преоб­ разователя приведена на рис. 7.21. Сообщение F(t) поступает на вход импульсного модулятора, который осуществляет моду­ ляцию импульсов по длительности. Последовательность ДИМ коммутирует квантователь (Кв). На квантователь поступают также импульсы от генератора импульсов ГИ-2, следующие с частотой, значительно превышающей частоту отсчета. В ре­ зультате на выходе квантователя образуются пакеты импуль­ сов, причем число импульсов в пакете пропорционально длитель­ ности модулированных импульсов. Значения длительности моду­ лированных импульсов, а значит, и значения сообщения в мо­ мент отсчета окажутся квантованными, поскольку они будут представляться дискретным числом импульсов генератора ГИ-2 в пакете. , •

Удобно частоту следования импульсов генератора ГИ-2 вы­ брать так, чтобы при максимальной длительности модулирован­ ного импульса число импульсов в пакете равнялось числу уста­ новленных уровней. В этом случае число импульсов в пакете при любой другой длительности модулированного импульса не­ посредственно выражает квантованный уровень сообщения в мо­ мент отсчета.

Рис. 7.21. Блок-схема КИМ с применением счетно-решающего устройства

С выхода квантователя пакеты импульсов поступают на счет­ чик, который записывает число импульсов в пакете в двоичной системе счисления. Число ячеек счетчика берется равным коли­ честву разрядов кода.

Считывание записанного числа импульсов в пакете произво­ дится с помощью считывающих импульсов и схем совпадения. На входы схем совпадений от генератора считывающих им­ пульсов (ГСИ) поступают импульсы, сдвинутые во времени на интервалы, равные периоду следования импульсов в кодовой группе. Кроме того, на схемы совпадения поступают напряже­ ния от соответствующих ячеек счетчика импульсов. Если на дан­ ной ячейке записана 1, на схему совпадения поступает положи­ тельное напряжение, она открывается и в линию связи .посы­ лается импульс. Если на данной ячейке записан 0, схема совпа­ дений остается закрытой и в линию связи импульс не посылает­ ся. Таким образом, на выходе кодообразователя. образуется кодовая комбинация, соответствующая записанному счетчиком' числу, т. е. квантованному уровню сообщения. ,

Описанная схема отличается простотой регулировки и устой­ чивостью работы. Ее недостатком является необходимость обес­ печения высокой скорости работы счетчика при передаче быстро меняющихся сообщений.

322

Устройство генератора считывающих импульсов (групп им­ пульсов) может быть различным. Наиболее простой является схема генератора с линией задержки (рис. 7.22). На вход лампы поступают импульсы с частотой отсчета от ГИ-I. Считывающие импульсы снимаются с линии

нейно-изменяющееся напряженке превысит запирающее напря­ жение, пороговое устройство (например, ждущий мультивибра­ тор) отпирается и выдает импульс. Расстояние между импуль­ сами в группе будет определяться скоростью изменения пилооб­ разного напряжения.

Помимо схемных кодообразователей, известны кодообразователи с применением специальных электронных приборов, скон­ струированных для этой В ы х о д цели. Одним из' таких приборов является коди­ рующая электронно-лу­ чевая трубка (рис. 7.24), принцип действия кото­ рой сводится к следующе­

му.

додается развертывающее напряжение, а на пластины 2, откло­ няющие луч в вертикальной плоскости, — напряжение модули­ рованных по амплитуде импульсов, следующих с частотой от­ счета. Напряжение на пластинах 2 удерживается постоянным в течение времени, равного длительности кодовой группы. Раз­ вертывающее напряжение синхронизировано с импульсным на­ пряжением, его период равен периоду частоты отсчета.

На пути электронного луча помещены корректирующая ре­ шетка 4 и перфорированный экран 5. Луч проходит между про­ волоками решетки и движется по перфорированному экрану в; горизонтальной плоскости на уровне, соответствующем напря­ жению на пластинах 2, т. е. уровню сообщения в момент отсчета.

*£££ 4 5

Рис. 7.24. Электронно-лучевая кодирующая трубка

Перфорированный экран имеет отверстия, число которых в каж­ дой строке равно количеству разрядов кода. Число строк равно числу установленных уровней. Отверстия в строке скомбиниро-, ваны так, чтобы при прохождении через них луча образовыва­ лась кодовая комбинация, соответствующая в двоичной системе счисления данному установленному уровню сообщения. Про­ шедший через перфорированный экран луч попадает на сплош: ной анод 6. Образованная кодовая комбинация выделяется на сопротивлении нагрузки R в анодной цепи.

Квантование непрерывного сообщения по существу обеспе­ чивается конструкцией перфорированного экрана. Но так как амплитуды импульсов в последовательности АИМ могут иметь любые значения, соответствующие уровням непрерывного со­ общения, а электронный луч имеет конечную толщину, возможно попадание луча на две соседние строки. Это приведет к ошиб­ кам в кодировании. Для устранения указанных ошибок необ­ ходимо точно удержать электронный луч на строке, соответ­ ствующей данному установленному уровню.

Стабилизация положения луча осуществляется с помощью корректирующей решетки 4 и крллектора вторичных электро­ нов 7. Когда луч отклоняется в вертикальной плоскости от уста­ новленного уровня, он попадает на проволоку корректирующей решетки, из которой выбиваются вторичные электроны. Эти

3 2 4

электроны улавливаются коллектором, выполненным в виде рамки, и создают на его нагрузке /?к напряжение, воздействую­ щее на усилитель вертикально отклоняющих пластин 2 и вы­ зывающее дополнительное вертикальное смещение луча. Благо­ даря действию обратной связи луч будет устанавливаться в нуж­ ное положение, т. е. между проволоками решетки.

Кодообразователь на электронно-лучевой трубке не находит широкого применения. Это объясняется сложностью его кон­ струкции и дороговизной.

Образованные тем или иным способом кодовые группы воз­ действуют на высокочастотный генератор. В зависимости от то­ го, какой параметр высокочастотных колебаний изменяется, мо­ гут быть построены системы вида КИМ—AM, КИМ—ЧМ или КИМ—ФМ.

Ширина полосы частот, потребная для передачи сигналов КИМ, может быть определена из следующих простых рассуж­ дений. Пусть максимальная модулирующая частота сообщения

..равна Амане- а следовательно, частота отсчета равна А0 = = 2 FмаксПри использовании я-разрядного кода каждый уро­ вень передается кодовой комбинацией из я импульсов. Следова­ тельно, число импульсов в единицу времени равно 2Амакся = = А0я. Ширина полосы, потребная для передачи импульсов рав­ ной длительности, приблизительно равна половине числа им­ пульсов в 1 сек. Это значит, что минимальная ширина спектра

Кроме того, необходимо учесть интервал между импульсами в кодовой группе. Если этот интервал равен длительности им­ пульса, тогда ширина спектра, занимаемая сигналом, должна

•быть удвоена по сравнению с полосой, определяемой из (7.41). При этом получим

Такую полосу должен иметь видеоканал системы связи. Видно, что применение КИМ приводит к необходимости расширения лолосы частот по сравнению с максимальной частотой сообще­ ния не менее чем в 2я раз.

Обратимся к рассмотрению методов приема сигналов с ко­ довой импульсной модуляцией. Упрощенная блок-схема прием­ ника изображена на рис. 7.25. С выхода предшествующих кас­ кадов приемника видеоимпульсы поступают на схему совпаде­ ния вместе с импульсами от местного генератора импульсов — регенератора. В то время, как принятые импульсы искажены раз­ личными помехами, импульсы, вырабатываемые местным1гене­ ратором, являются неискаженными. Эти неискаженные имгГуль-

325

сы выделяются на выходе схемы совпадения в моменты, соответ­ ствующие наличию импульса в принятой кодовой комбинации. Тем самым достигается восстановление формы принятых им­ пульсов, т. е. их регенерация.

Регенерированные импульсы стандартной амплитуды посту­ пают затем на декодирующее устройство, которое превращает

нижних частот.

С точки зрения понимания принципов построения систем связи с КИМ наибольший интерес представляет декодирующее устройство. Декодирование может быть осуществлено с по­ мощью различных схем.

Рис. 7.26. Суммирующее декодирующее уст­ ройство

На рис. 7.26 приведена блок-схема суммирующего декоди­ рующего устройства. Регенерированные импульсы поступают на смеситель, затем на линию задержки с временем задержки-, рав^ ным интервалу между передними фронтами соседних импульсов, и далее-на усилитель с коэффициентом усиления, равным двум. Усиленные импульсы через переключатель П\ снова поступают на вход смесителя, где суммируются со следующим пришед­ шим импульсом.. Суммарное напряжение двух импульсов также усиливается в два раза и опять поступает на смеситель и т. д.

При л-разрядном коде первый пришедший импульс пройдет по схеме л— 1 раз, поэтому его амплитуда станет равна 2"-1, если стандартная амплитуда принятых импульсов равна едй-

326

иице. Аналогично амплитуда второго импульса после (п—2)- кратного прохождения по схеме станет равной 2я-2, амплитуда третьего импульса — 2я-8 и т. д. Это значит, что каждый импульс в кодовой комбинации приобретает свой вес. В соответствии с принятым порядком записи двоичных чисел слева располагает­ ся старший разряд, поэтому первым пришедшим импульсом бу­ дет импульс высшего разряда, он пройдет по схеме наибольшее количество раз и приобретает наибольший вес. В результате суммирования весов всех импульсов кодовой комбинации на вы­ ходе схемы выдёлится одиночный импульс, уровень которого соответствует данной кодовой комбинации.

Переключатели Я 1 и Я2 управляются генератором импуль­ сов синхронизации (ГИС). Когда последний импульс кодовой группы пройдет линию задержки, от генератора импульсов син­ хронизации подаются два импульса. Один из них размыкает' переключатель Я, и прекращает дальнейшее увеличение ампли­ туды импульса, второй замыкает переключатель Я 2 и подает образованный импульс на выход схемы. Для нормальной рабо­ ты схемы необходимо обеспечить синхронную работу регенера­ тора и ГИС с передающей стороной.

Для иллюстрации работы схемы предположим, что пришла кодовая комбинация

10111,

соответствующая напряжению 23 в. Первый импульс пройдет по схеме четыре раза, его амплитуда станет равной 16в, третий им­ пульс пройдет по схеме два раза, его амплитуда станет рав­ ной 4 б, амплитуда' четвертого им­ пульса станет равной 2 в, амплитуда пятого импульса останется без из­ менения равной 1в. При суммирова­ нии всех импульсов получим

16б -1- 4в + 2б + 1в = 23б,

т. е. вровень, соответствующий дво­ ичному числу, выраженному приня­ той кодовой комбинацией.

На рис. 7.27 изображена схема декодирующего устройства с нако­ пительным конденсатором. Действие схемы, основанное на свойствах раз­ ряда накопительного конденсатора через сопротивление, сводится к сле­ дующему.

Принятые импульсы воздействуют на электронный переклю­ чатель Яь который подключает к плюсу батареи накопитель­ ный-конденсатор С и сопротивление R на часть времени действия импульса. Благодаря наличию большого сопротивления Дг за­

327

рядный ток будет постоянным по величине независимо от оста­ точного напряжения на конденсаторе. При таких условиях уве­ личение напряжения на конденсаторе от каждого импульса ко­ довой комбинации будет одинаковым, условно равным £/цмаКс =

— 2пв. На промежуток времени между соседними импульсами

а — кодовая комбинация вида 10111; б — образование на­ пряжения на накопительном конденсаторе. Предполагается, что заряд происходит мгновенно

Постоянная времени RC выбрана такой, чтобы за период следо­ вания импульсов в кодовой комбинации Тк напряжение на кон­ денсаторе уменьшалось в два раза. т. е. чтобы разряд происхо­ дил по закону

U ( t ) = U HMtK2 4 .

В таком случае напряжение на конденсаторе С в момент вре­ мени t0 (рис. 7.28) от каждого импульса будет определяться соотношением:

3 2 8

тде N — номер данного импульса, отсчитанный от конца кодо­ вой комбинации. Это напряжение является выходным.

Из (7.43) видно, что создаваемое каждым импульсом напря­ жение на выходе зависит от местоположения импульса в кодо­ вой комбинации. Чтобы вес импульса соответствовал цене дан­ ного разряда, необходимо подавать кодовую комбинацию в об­ ратном порядке—-первым подавать импульс низшего разряда, последним—импульс наиболее высокого разряда. В этом легко убедиться на примерах.

Предположим, что имеем записанные в обратном порядке кодовые комбинации 10000, 01000, 00001, выражающие числа 1,2 и 16 соответственно. В первой комбинации имеется пятый от конца импульс, во второй —четвертый, а в третьей—первый от

Приведенный пример показывает, что схема декодирующего устройства, изображенная на рис. 7.27, при соблюдении усло­ вия (7.43). и обратной передаче импульсов кодовой комбинации обеспечивает взвешивание каждого импульса в соответствии с ценой разряда, которому данный импульс принадлежит. Когда в кодовой комбинации присутствуют несколько импульсов, вы­ ходное напряжение будет равно сумме весов всех этих импуль­ сов.

На рис. 7.28 поясняется процесс декодирования' кодовой ком­ бинации 10111, выражающей число 29. От первого импульса кон­ денсатор С заряжается до £/11макс = 32в . Через интервал вре­ мени Тк напряжение на конденсаторе упадет до 16 s и, посколь­ ку второй импульс отсутствует, еще через один интервал време­ ни Тк напряжение упадет до 8 в. В этот момент напряжение на конденсаторе от приходящего третьего импульса увеличивается до 8 -)- 32 = 40 в. К моменту прихода четвертого импульса на­

пряжение понизится в два раза и станет равным 29 в. Это на­ пряжение и является выходным. Оно накоплено в результате воздействия на цепочку RC всех импульсов кодовой комбина­ ции. Уровень этого напряжения равен числу, выраженному принятой кодовой комбинацией.

Отсчитывание выходного напряжения производится с по­ мощью переключателя Я2, который в момент времени t0 замы­ кается на время т местным генератором импульсов синхрониза­ ции. В результате на выходе схемы образуется последователь-

3 2 9