автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Разработка и исследование автокомпенсаторов фазовых искажений на основе квадратурных преобразователей сигналов

На правах рукописи

ХРАМОВ КОНСТАНТИН КОНСТАНТИНОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОКОМПЕНСАТОРОВ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ КВАДРАТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ

05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2005

Работа выполнена на кафедре радиотехники Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.В. Ромашов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР В.Н. Кулешов

кандидат технических наук, доцент П.А. Полушин

Ведущая организация: ОАО «Муромский радиозавод»

Защита диссертации состоится «21» октября 2005 года в 14.00 часов на заседании совета Д 212.025.04 Владимирского государственного университета по адресу: 600000, Владимир, ул. Горького, 87, ВлГУ.

Автореферат разослан «^5» 2005 года.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, Владимир, ул. Горького, 87, ВлГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВлГУ.

Ученый секретарь совета доктор технических наук, профессор / А.Г. Самойлов

Ш •

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема снижения искажений сигналов, вносимых радиотехническими устройствами, является основной во всех областях радиотехники, так как их уровень определяет достоверность принимаемой информации, качество воспроизведения сообщений, точность измерений.

Наиболее трудноустранимыми являются фазовые искажения, которые проявляются в виде изменений фазы сигнала (паразитной фазовой модуляции), не обусловленных характером передаваемого сообщения. В этом случае сигнал оказывается подвержен паразитной фазовой модуляции. Она приводит к искажениям модулированных сигналов, расширению полосы частот передаваемого сигнала, к ухудшению точности измерителей и другим нежелательным последствиям.

Наряду с известными методами - фильтрации и синхронизации - эффективным способом уменьшения фазовых искажений является метод компенсации. Он был предложен Г.В. Щипановым и развит далее В.Н. Петровым, Г.М. Улановым, Б. Уидроу, В.В. Шахгильдяном, М.В. Капрановым, Н.Г. Ми-хеевым и другими. Применительно к компенсации фазовых искажений метод сводится к последовательному включению с блоком, в котором они возникают, устройства автоматического регулирования фазы (фазового модулятора). Возможно построение устройств автокомпенсации с регулированием по возмущению, отклонению и комбинированным регулированием.

Устройства автокомпенсации с регулированием по отклонению широко применяются в радиотехнике (автоподстройка фазового набега в усилителях, устройства фазовой автоматической настройки контуров и т.п.). Однако в устройствах с таким видом регулирования, невозможна полная компенсация фазовых искажений, а повышение фильтрующих свойств этих автокомпенсаторов связанно с проблемой обеспечения устойчивости, к тому же в них также затруднено получение сложных характеристик избирательности.

Отмеченных выше недостатков лишены разомкнутые системы автоматической компенсации фазовых искажений. Однако эти автокомпенсаторы весьма критичны к стабильности собственных параметров, требуют очень точной настройки.

Сочетать достоинства устройств с замкнутым и разомкнутым управлением позволяет применение комбинированного управления, общая теория которого была разработана В.С.Кулебакиным, Г.М.Улановым, А.Г.Ивахненко и другими.

Дополнительные преимущества по сравнению с автокомпенсаторами в виде управляемого фазовращателя имеют автокомпенсаторы с векторным сложением сигналов, принцип действия которых основан на сложении двух компенсационных сигналов с изменяющимися определенным образом параметрами. Применение таких автокомпенсаторов дает возможность осуществить одновременную и раздельную компенсацию фазовых и амплитудных искажений.

Отдельным классом автокомпенсаторов с пяк-гпрным г;ппж?"и>*м сигналов

являются квадратурные автокомпенсаторЬ1.'гР^.г#14|Ий0М|й1яИ*в схем таких ав-

Г БИБЛИОТЕКА Г

токомпенсаторов с разомкнутым управлением рассмотрены и исследованы в работах П.А. Попова, В.В. Ромашова, ДА. Жайворонка и других авторов Однако в известной литературе не рассматриваются вопросы построения, анализа и использования квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению.

Анализ принципов построения устройств автоматической компенсации, формирования и усиления радиосигналов, в основе которых лежит квадратурное сложение, свидетельствует о том, что они работают по общему алгоритму, который можно определить как квадратурное преобразование сигналов. В этом случае можно выделить и ввести в рассмотрение соответствующие указанному алгоритму функциональные единицы - квадратурные преобразователи сигналов.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению на основе квадратурных преобразователей сигналов и их применение в устройствах формирования радиосигналов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

-разработаны обобщенные структурные схемы автокомпенсаторов фазовых искажений на основе КПС;

-проведен анализ статических и динамических режимов работы квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению;

-определены потенциальные возможности указанных автокомпенсаторов;

-получены соотношения для оценки влияния параметров основных структурных звеньев автокомпенсаторов на степень компенсации фазовых искажений;

-экспериментально проверены и подтверждены результаты теоретического исследования автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению;

- разработаны и исследованы схемы квадратурного усилителя радиосигналов, фазового модулятора и синтезатора частот на основе квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений.

Методы исследования. При выполнении теоретических исследований использовались методы комплексных амплитуд, фазовой плоскости, цифрового моделирования, теории автоматического управления, статистической радиотехники.

Научная новизна работы заключается в том, что

- впервые предложены обобщенные структурные схемы автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению с различными формами управляющих напряжений, построенные на основе квадратурных преобразователей сигналов;

- теоретически исследованы свойства квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению в различных режимах работы;

- определены условия достижения потенциальных возможностей снижения фазовых искажений в квадратурных автокомпенсаторах и оценено влияние неидеальности входящих в них блоков;

- предложено использовать указанные автокомпенсаторы в квадратурных усилителях радиосигналов, фазовых модуляторах и синтезаторах частот с компенсацией возникающих в них фазовых искажений;

- разработаны математические модели квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению, на основе которых поведен анализ динамических нелинейных режимов с помощью цифрового моделирования.

На защиту выносятся следующие результаты проведенных исследований:

1. Принцип построения автокомпенсаторов фазовых искажений на основе квадратурных преобразователей сигналов.

2. Структурные схемы автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению на основе квадратурных преобразователей сигналов.

3. Исследование и реализация потенциальных возможностей указанных автокомпенсаторов.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению в различных режимах работы.

5. Применение квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению в устройствах формирования и усиления радиосигналов.

Практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов состоит в следующем:

- получены расчетные соотношения для квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению, позволяющие исследовать названные автокомпенсаторы в стационарном режиме при различных управляющих напряжениях;

- проанализировано влияние точности реализации блоков квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений с регулированием по отклонению на достижение потенциальных возможностей последнего;

- разработана структурная схема квадратурного усилителя мощности радиосигналов с автокомпенсацией отклонений фазы на 32 дБ относительно уровня без компенсации;

- разработан фазовый модулятор на основе квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений, снижающий нелинейные искажения модулирующего сигнала более чем в 10 раз;

- разработана структурная схема синтезатора частот с автокомпенсацией фазовых искажений с уменьшенным на 28 дБ уровнем комбинационных колебаний.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (г. Ковров, 1998 г.);

- на XXVI и XXVII международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (г. Москва, 2000 и 2001 г.г.);

- на 6-ой и 7-ой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2000 и 2001 г.г.);

- на VI международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (Владимир, 2005 г.);

- на научно-технических конференциях Муромского института Владимирского государственного университета и научных семинарах кафедры радиотехники названного вуза.

Результаты внедрения. Автокомпенсатор фазовых искажений на основе квадратурных преобразователей сигналов использовался в устройствах обработки радиолокационной информации при выполнении хоздоговорной НИР с Муромским заводом РИП для улучшения характеристик PJIC, а также в учебном процессе кафедры радиотехники Муромского института ВлГУ при проведении занятий по курсам ФМ РЭУ и УГиФС.

Исследования и практические разработки по теме диссертационной работы были использованы при выполнении хоздоговорной (с Муромским заводом радиоизмерительных приборов) и госбюджетных НИР:

- «Исследование методов улучшения тактико-технических характеристик обзорной маловысотной PJIC за счет снижения УБЛ, стабилизации энергетического потенциала и автоматической компенсации помех» (2002-03 г.г., № 2817/02);

- «Исследование и разработка методов и аппаратуры обработки сигналов» (2000-2004 г.г, № гос. per. 01910036569).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь статей, тезисы восьми докладов на международных конференциях и две депонированные научные работы. Получен патент на полезную модель № 42142 «Квадратурный автокомпенсатор фазовых искажений с регулированием по отклонению» (заявка № 2004122502).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц, включая 93 рисунка. Библиография содержит 102 наименования, в том числе 20 работ автора.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика работы, обоснована актуальность темы диссертации, намечены основные направления развития теории построения устройств ослабления фазовых искажений, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные научные результаты, полученные в работе, ее практическая ценность.

В первой главе проведен обзор литературы, посвященной вопросам возникновения и способам устранения фазовых искажений.

Показано, что спектральные составляющие паразитной амплитудной (ПАМ) и фазовой (ПФМ) модуляции, находящиеся в полосе, занимаемой основным колебанием, можно рассматривать как результат искажений модулированного сигнала. В случае если амплитуда и фаза нежелательных колебаний изменяются значительно медленнее несущего колебания, то такие колебания можно представить как квазидетерминированную функцию модулирующих помех.

Рассмотрен принцип работы и основные структурные схемы известных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по возмущению, отклонению и комбинированным регулированием. Приводятся особенности построения и характеристики для каждой из структур.

Проведен анализ известных работ по вопросам построения квадратурных устройств формирования и усиления радиосигналов, работа которых основана на линейном сложении под углом л/2 двух колебаний с изменяющейся по определенному закону амплитудой. Примерами таких устройств могут служить усилители, построенные по мостовой схеме, квадратурные модуляторы и демодуляторы, в которых, в зависимости от вида управляющих напряжений возможны амплитудная, угловая, однополосная и балансная модуляции.

Показано, что при выделении амплитудно-фазовых искажений и формировании на их основе управляющих напряжений возможно построение квадратурных автокомпенсаторов амплитудно-фазовых искажений.

Проведенный обзор радиотехнических устройств, основанных на принципе квадратурного разложения сигналов, позволил выделить общие для них структурные единицы - квадратурные преобразователи сигналов (КПС), приведенные на рисунке 1. На рисунке 1: Д - делитель мощности, ПС - перемножитель сигналов, ФВ - фазовращатель на я/2, С - линейный сумматор.

Анализ научной литературы показал, что исследованию квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений посвящено значительное число работ, однако недостаточно полно рассмотрены или полностью отсутствуют следующие вопросы:

• единый структурный подход к построению квадратурных автоматических компенсаторов фазовых искажений на основе квадратурных преобразователей сигналов;

• анализ нелинейных инерционных моделей квадратурных автокомпенсаторов с регулированием по отклонению;

• определение условий достижения потенциальных возможностей в квадратурных автокомпенсаторах с регулированием по отклонению;

• реализация практических устройств на основе квадратурных автоматических компенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению.

Рисунок I - Обобщенные структурные схемы квадратурных преобразователей сигналов первого типа (КПС-1) и второго типа (КПС-2)

В результате проведенного анализа сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе проведено представление автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению, построенных на основе квадратурных преобразователей сигналов, в виде обобщенных структурных схем. Такое представление реализовано для двух видов управляющих напряжений, воздействующих на КПС-1: квадратурных напряжений вида иу„1Л{<р)=к\Со%(<р), иупрг{<р)~к2ът{(р) (для схемы рисунка 2,а) и вида иупг\(<р)=к\СО$(<р)+к2$\г\(<р), и)тр2{(р)=к\Со%{(р}-к15т(^)) (для схемы рисунка 2,6).

ад

I №

и,,<Р1

НиЧН

КПС-1

У

¿4

ч?

УНЧ1 УНЧ2 А О

а)

КПС-2

б)

КПС-1

У

?

из,<р2

С1 " инв

УНЧ1

С2

УНЧ2

АО

КПС-2

Рисунок 2 - Варианты структурных схем квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению На рисунке 2 введены обозначения: ф) - обобщенный дестабилизирующий фактор, под влиянием которого возникают фазовые искажения; У - усилитель радиосигналов ; УНЧ1,2 - усилители нижних частот с коэффициентами к\2

и передаточными функциями Wl2(p); АО - амплитудный ограничитель; ИНВ -инвертор.

Получено общее уравнение исследуемых квадратурных автокомпенсаторов, полностью описывающее процессы, происходящие в квадратурных автокомпенсаторах, при произвольных параметрах входящих в него блоков:

U2 ехр( л>2 ) = {[К, (итр>)К, (р)К, {^) + К2 [итр1)Кг{р)Кг &)Кфв(р,е,4,)] х

где Ki2(umpl,uplp2} - нормированные регулировочные характеристики перемножителей сигналов в КПС-1; К]2(р) - их операторные коэффициенты передачи; Ki2 (£u) ~ коэффициенты, учитывающие нестабильность регулировочных характеристик под действием дестабилизирующих факторов £12; Кфи{р<£'%}) ~ коэффициент передачи фазовращателя в КПС-1; Ку(р- коэффициент передачи усилителя; p-djdt - оператор, учитывающий динамические свойства; 4т ~ дестабилизирующие факторы, действующие, соответственно, на перемножители сигналов и фазовращатель.

Управляющие напряжения пропорциональны изменениям фазы выходного сигнала автокомпенсатора относительно фазы входного сигнала и для схемы рисунка 2,а могут быть записаны в общем виде

««,.=щ (р)е> (ц.ад (к - <р„и„и2 )

up,la=W{p)E2{U„U2)F1{<p2 -«.ВД)' где Е,,(£/,,£/,) - максимальные выходные напряжения на выходах КПС-2, зависящие от амплитуд входных сигналов; Fl2(<p2 -<pltUt,U2) - нормированные детекторные характеристики КПС-2.

Выведены выражения для амплитудной и фазовой статических регулировочных характеристик квадратурных автокомпенсаторов. Для схемы рисунка 2,а данные характеристики имеют вид

= Vcos>J+*Wfa,), (1)

2 k-tg(<p0)

\

где b=k2\ ¿1=1 ; <р0 - стационарные нежелательные отклонения фазы в усилителе.

Аналогичные характеристики для автокомпенсатора, приведенного на рисунке 2,6, определяются выражениями

\K{<P^ = AcosM-kMPo)]2+[c°s(<p0) + ksin(ç0)]2 =

__? vy.)

= V27cos2(«!>0) + fc2sin2(<p0)

<P2o(<Po ) = arctg

(2)

,„ „ггг, V *Ыу.)~ 1 ~ * + УЕ* * ~ Е + к)-18(<р0))2 + Ак[\ + 18(<р0 ^

2к[хМ<рЛ ' ( )

Ч /

где <р0=<р0-я/ 4.

На рисунке 3 приведены зависимости (I) и (2) для положительных <р0. Функция К(<р0) является симметричной относительно оси абсцисс, а <Р1й{%)-относительно начала координат.

Амплитудные статические характеристики (3) отличаются от приведенных на рисунке 3 множителем -Jl. Фазовые статические характеристики для схемы рисунка 2,6 сдвинуты на я/4 вдоль оси % относительно (2).

Для исследуемых автокомпенсаторов определены потенциальные возможности, которые достижимы при линейных регулировочных характеристиках перемножителей сигналов, фазовом сдвиге фазовращателя е-ж/2 и квадратурных управляющих напряжениях. Уставлено, что квадратурные автокомпенсаторы фазовых искажений с регулированием по отклонению теоретически способны полностью устранять постоянные фазовые сдвиги в диапазоне ±л72. Степень компенсации приращений фазы пропорциональна коэффициенту усиления цепи регулирования к.

Получено нелинейное дифференциальное уравнение квадратурного автокомпенсатора при наличии в цепи регулирования по отклонению фильтров нижних частот первого порядка с постоянной времени Г yd<p2 = tg{<p1 -<?>cos(ff;)+bsin(i?2)

dt tgiv, -<p)-sin{<р,)- к ■ cos{<p2)' с помощью которого проведен анализ устойчивости методом фазовой плоскости. Построены фазовые портреты автокомпенсатора при различных коэффициентах к. Полученные условия устойчивости показали, что устройство абсолютно устойчиво при наличии в цепи регулирования фильтров не выше второго порядка.

С применением метода комплексных амплитуд составлены математические модели квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению, на основе которых проведен спектральный анализ устройств при больших детерминированных воздействиях. Получено выражение, позволяющее определить степень ослабления нежелательных боковых состав-

ляющих, находящихся в полосе пропускания фильтров цепи регулирования по отклонению

4«2018(* + 1).

На рисунке 4 приведены зависимости уровня первой боковой составляющей спектра нежелательных колебаний на выходе автокомпенсатора при воздействии модулирующего гармонического напряжения с частотой /п на усилитель от отношения /„//$„ч для различных значениях к. Здесь /ф11Ч = 1/2яТ - частота среза ФНЧ в цепи регулирования по отклонению. Анализ полученных характеристик позволяет сделать вывод, что при уменьшении /¡,нч степень подавления первой боковой снижается на 10 дБ/дек относительно ее уровня при _/п//фнч=0. Этот вывод справедлив для всех к.

А, дБ 0.5 I 1,5 /п//мгч

0

Рисунок 4

В третьей главе исследована параметрическая чувствительность квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению. Получены выражения для амплитудной и фазовой статических регулировочных характеристик для произвольных: - фазового сдвига £ фазовращателя

|К(<р0)| = ^соъ2(<р0)+ к2 этг(<р0)-2-к-соа{<р,)■ 81п(<р0)• сов^),

(\ + ак + у1(\ + а-к)2-4Ьк-Сё'{¡¡У

<Р2о(<Р<>) = агс18

2 Ьк

где а = Г£(9>0)-ео5(£) + 5т(г); Ь = cos(e)-tg((p0)■sm(£)■,

- крутизн регулировочных характеристик перемножителей сигналов

<Рп{<Ро) = агс>8

Ы = ^т. («я2 ) + п2к2 8.п2 (<р0)),

-\-п-к±^(\+п-к)2 +4пк%2

2 п-к^фц)

где п-8щг1^п1\ - отношение крутизн перемножителей сигналов в КПС-1.

На основании полученных выражений проведен анализ стационарных режимов работы квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регули-

рованием по отклонению. Было выяснено, что отклонение угла фазовращателя в КПС-1 от значения 7Г/2 на угол Ае приводит к смещению как амплитудных, так и фазовых статических регулировочных характеристик квадратурного автокомпенсатора вдоль оси ординат. Вместе с этим ширина диапазона эффективного снижения нежелательных приращений фазы не изменяется и лежит в пределах

= [-*/2 + Л*; Я/2 + ДБ] .

Проведено схемотехническое моделирование квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений с учетом нелинейности характеристик перемножителей сигналов в КПС-1 при использовании в качестве модели четырехквад-рантного перемножителя. Статические регулировочные характеристики приведены на рисунке 5. Штриховые линии соответствуют линейным характеристикам перемножителей.

Рисунок 5

Приведенные зависимости свидетельствуют о гом, что статические регулировочные характеристики при |^0|<;г/4 практически совпадают с теоретическими. При увеличении значения \<рй\ крутизна амплитудных характеристик спадает, а диапазон эффективного снижения нежелательных приращений фазы сужается на 30%.

Изучено влияние степени отклонения параметров названных выше структурных звеньев от номинальных на потенциальные возможности квадратурных автокомпенсаторов, а также на компенсационные свойства схем в динамическом режиме при воздействии детерминированных фазовых искажений. На рисунке 6 приведены зависимости уровней первых боковых составляющих на выходе квадратурного автокомпенсатора от |Дг| при различных значениях к. Из рисунка видно, что диапазон допустимого отклонения угла фазовращателя от 90° (значения ¡Дг], при которых компенсационные свойства схемы сохраняются) составляет ±20 градусов.

А, дБ О

10

15

20

25 |Ле|. град

-20 -40 -60 -80

... ♦

/

к=0 -к=1 -к=10 -к-100

Рисунок 6

В четвертой главе рассмотрены возможности практического применения квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению в радиотехнических устройствах.

Предложено использовать автокомпенсатор в составе квадратурного усилителя мощности сигналов с угловой модуляцией. Проведено исследование воздействия на такой усилитель случайных возмущений фазы, получены уравнения, описывающие его цифровую нелинейную замкнутую модель.

<p1[n]=F(£,[4£1[4<P,l»]}'

Z,[n] = cos(p2[n]}, Z2[n] = sin(<p2[n]),

Е,[л]= a,Z, [n]+a2Z,[» -1] + Ь,Е, [и -1] = a, cos{F(£, [иJЕг[п\<р,[«])} + ,

+ аг eos{F{EI [п -\\Ег [л - \\ р, [п -1])} + Ь, £, \п -1J Е2[и] = ctZ2[n)+c2Z2[и -1] + b,E,[n -1] = с, sin{F(£,[п\Е2[и],^.[и})> + + с2 sin {FÍE, [и -1], Е2 [п - \\р, [п - 1])}+Ь, Ег [и - 1J,

где Ex¿[n], Z\¿[n\ - процессы, соответствующие управляющим напряжениям и

Átk, [AtkÁ f-дЛ , (~At^ ехр —- ; Ь, = ехр|

выходным сигналам КПС-2; а, =

2 Т

2 Т

A tk,

с. = —-; с, ' 27" 2

AtkA (-At\ А

lexpl —— I; At - шаг дискретизации.

Моделирование показало, что фильтрация случайных отклонений фазы со среднсквадратическим отклонением а до одного радиана увеличивается с возрастанием коэффициента регулирования по отклонению к=к2 и уменьшением постоянной времени фильтров Г (рисунок 7).

1 !Ф

УФ

О

0.05

Т, мкс

Рисунок 7

0.3 20

«в

Т, мкс

б)

На рисунке 7 приведены зависимости обратной величины коэффициента фильтрации фазы Ф, равного отношению дисперсии фазы выходного колебания к дисперсии фазы случайных возмущений при к= 1 (а) и £=10 (б). Величина 1/Ф достигает 8 дБ при к= I и 35 дБ при А=10. Из графиков также видно, что компенсация шума возрастает при его попадании в полосу пропускания фильтров цепи регулирования по отклонению.

Качественно работу исследуемого усилителя мощности характеризуют спектры выходного колебания (рисунок 8) при к= 0 (а) и при к= 10 (б).

а)

Рисунок 8

б)

Показано, что нелинейные искажения модулирующего сигнала можно рассматривать как искажения фазы и к ним можно применить принцип автокомпенсации. Предложена схема и проведено исследование фазового модулятора на основе квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений с регулированием по отклонению (рисунок 9). При этом цепь регулирования по отклонению служит для компенсации фазовых искажений, возникающих в модуляторе.

Получены зависимости коэффициента нелинейных

искажений от амплитуды модулирующего сигнала (рисунок 10) и динамические модуляционные характеристики (рисунок 11) квадратурного фазового модулятора с автокомпенсацией фазовых искажений при различных к.

Анализ этих характеристик позволяет сделать вывод, что предложенная схема фазового модулятора снижает нелинейные искажения модулирующего сигнала на 23 дБ относительно уровня без компенсации и линеаризует модуляционную характеристику.

Vu <p¡

Ua

COS

SIN

КПС-1

г> С1 С2

t t

УПТ1 УПТ2

t |

в ►J сз

А i

т т

УНЧ1 УНЧ2

* КПС-2

Рисунок 9

Рисунок 10

f4 <h

АО

-к-0 -k-l - к—10 -к-100

0,4 0j6 0.8 Un

Рисунок 11

Рассмотрены известные методы построения нелинейных блоков «sin» и «eos». Для обеспечения минимальных погрешностей преобразования предложено реапизовывать указанные блоки: 1) на основе полиномов различной степени по критерию наименьшей абсолютной погрешности; 2) табличными методами; 3) с помощью кусочно-полиноминапьных аппроксиматоров различного порядка.

Предложена схема и исследована возможность применения квадратурных автокомпенсаторов для снижения комбинационных колебаний в синтезаторах частот. При этом автокомпенсатор используется как предварительный усилитель (рисунок 12).

Рисунок 12

Достоинством приведенной выше структуры является то, что автокомпенсатор находится вне схемы синтезатора частот, тем самым не оказывая влияния на работу последнего. Результаты спектрального анализа схемы рисунка 12 с частотомодулированным цифровым синтезатором частот отображены на рисунке 13, где Д/- относительная расстройка частоты. На рисунке 13,а показан спектр сигнала на выходе синтезатора без компенсации, на рисунке 13,6 - с автокомпенсатором при А=100. Из анализа характеристик видно, что уровень первой боковой составляющей уменьшился в к+1 раз, что соответствует параметрам квадратурного автокомпенсатора, полученным ранее.

-5 -3 -1 А, дБ 1 3 Д/У/п -5 -3 -I А, дБ 1 3 Д/7/п

Рисунок 13

В заключении изложены основные результаты, полученные в диссертационной работе и заключающиеся в следующем:

1. Впервые предложено использовать квадратурные преобразователи сигналов для построения автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по возмущению и отклонению и проводить анализ последних на основе обобщенных структурных схем.

2. В соответствии с поставленной задачей в диссертационной работе впервые предложены и исследованы квадратурные автокомпенсаторы фазовых искажений с регулированием по отклонению и различными видами управляющих напряжений.

3. Получено общее уравнение указанных автокомпенсаторов, которое полностью описывает процессы, происходящие в них, при произвольных параметрах блоков и управляющих напряжениях и позволяет найти зависимости фазы и амплитуды выходного сигнала как в переходном, так и в стационарном режимах.

4. Определены потенциальные возможности квадратурных автокомпенсаторов с регулированием по отклонению для случаев малых и больших детерминированных и случайных фазовых искажений.

5. Исследованы статические, динамические, частотные и статистические характеристики названных автокомпенсаторов при различных коэффициентах усиления цепи регулирования по отклонению.

6. Произведена оценка влияния параметров основных структурных звеньев квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению - перемножителей сигналов и фазовращателя по высокой частоте -на их компенсационные свойства; определены допустимые границы изменений этих параметров в стационарном режиме.

7. Предложено использовать автокомпенсаторы для ослабления фазовых искажений в квадратурных усилителях мощности радиосигналов, квадратурных фазовых модуляторах и синтезаторах частот.

8. Схемотехническое моделирование показало, что исследуемые квадратурные автокомпенсаторы фазовых искажений с регулированием по отклонению позволяют снижать уровень спектральных составляющих, вызванных фазовыми искажениями, в полосе пропускания фильтров цепи регулирования по отклонению на 40 дБ относительно исходного уровня. В зависимости от типов таких фильтров возможно получение различных характеристик избирательности.

9. Материалы диссертационной работы и автокомпенсаторы фазовых искажений с регулированием по отклонению, построенные на основе квадратурных преобразователей сигналов, нашли применение в промышленности и учебном процессе.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Афанасьев В.В., Дедов А.И , Храмов К.К. Система радиосвязи на базе квадратурных преобразователей сигналов. В сб: «Анализ и обработка данных». -Ташкент: НПО «Кибернетика» АН РУз, 1998. - С.199-205.

2. Афанасьев В.В., Сокольников М.А., Храмов К.К. Алгоритмы синусно-косинусного преобразования сигналов формирующих каналов радиосвязи. / Депонировано в ВИНИТИ 16 10.98, № 3011-В98. 12 с.

3. Афанасьев В.В., Сокольников М.А., Храмов К.К. Автокомпенсационный принцип комбинированного управления амплитудой и фазой радиосигналов // Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Управление в технических системах», Ковров: КГТА, 1998. С.255-257.

4. Афанасьев В.В., Сокольников М.А., Храмов К.К. Анализ динамических свойств системы автокомпенсации амплитудно-фазовых искажений // Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Управление в технических системах», Ковров:

» КГТА, 1998. С.257-259.

5. Храмов К.К. Алгоритмы многофункциональных радиотехнических устройств на базе квадратурных преобразователей сигналов. / Депонировано в ВИНИТИ 01.03.2000 г., № 556-В00.

6. Храмов К.К., Сорокина О.Н. Синтез формирующих каналов систем радиосвязи на основе квадратурных преобразователей сигналов. // Материалы 6-ой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», М.: МЭИ, 2000. Т.1. С.131-132.

7. Храмов К.К., Сорокина О.Н. Проектирование трактов обработки радиосигналов в системе радиосвязи с использованием квадратурных преобразователей сигналов // Материалы 6-ой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», М.: МЭИ, 2000. Т.1. С.132-133.

8. Храмов К.К., Глухова О.И. Квадратурные автоматические компенсаторы фазовых модулирующих помех усилителей радиосигналов. // Материалы междунар. молодежной науч. конф. "XXVI Гагаринские чтения», Москва: 2000. Т.2. С.383.

9. Афанасьев В.В., Храмов К.К. Принципы построения квадратурных автокомпенсаторов фазовых модулирующих помех усилителей радиосигнала. // Материалы 35-ой науч.-техн. конф. преподавателей, сотрудников и аспирантов по итогам работы за 1999 год. Сборник «Научные труды муромских ученых». Под ред. Н.В. Чайковской, Муром: 2001. - С.81-83.

10. Храмов К.К. Структурный подход к анализу квадратурных автокомпенсаторов (АК) фазовых помех. // Материалы 7-ой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва: МЭИ, 2001. T.l, С.25-26.

11. Храмов К.К. Выбор регулировочных характеристик квадратурных автокомпенсаторов фазовых помех. // Материалы междунар. молодежной науч. конф. "XXVII Гагаринские чтения», М.: 2001. Т.6. С.17-18.

12. Ромашов В.В., Храмов К.К. Анализ стационарных режимов работы квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений методом математического моделирования. // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвузовский сборник научных трудов. / Под ред. В.В.Ромашова. - Гидроме-теоиздат, С.-Петербург, 2001. С.31 -34.

13. Храмов К.К., Шишкин A.M. Анализ статических и динамических режимов квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений. // Материалы междунар. молодежной науч. конф. "XXVIII Гагаринские чтения», М.: 2002. Т.7. С. 112-113.

14. Ромашов В.В., Храмов К.К., Шульпин О.В. Анализ динамических режимов работы квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений. // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр. -Вып.2. / Под редакцией В.В.Ромашова, В.В.Булкина. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. -С.173-177.

15. Ромашов В.В., Храмов К.К. Анализ статических режимов работы квад- > ратурного компенсатора фазовых искажений при отклонении параметров блоков от идеальных. // Методы и устройства передачи и обработки информации-Межвуз. сб. науч. тр. - Вып.З. / Под ред. В.В. Ромашова, В.В. Булкина. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. - С.38-44.

16. Ромашов В.В., Храмов К.К Анализ влияния параметров фазовращателя на статические режимы работы квадратурного автокомпенсатора. // Радиотехника, электроника, информатика: Сб. науч. работ. Вып.З / Под общ. ред.

Н.В.Чайковской. - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2003. -С.55-57.

17. Ромашов В.В., Храмов К.К. Исследование устойчивости квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений методом фазовой плоскости. // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр. - Вып.4. / Под ред. В.В. Ромашова, В.В. Булкина. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. -С.127-131.

18. Патент на ПМ № 42142 РФ, 7 Н 03 К 7/04. Квадратурный автокомпенсатор фазовых искажений с регулировкой по отклонению / Ромашов В.В., Храмов К.К. - № 2004122502/22; Заявл. 22.07.2004; Опубл. 20.11.2004. - Бюл. 32.

19. Храмов К.К. Снижение аддитивных помех усилителей радиосигналов с угловой модуляцией с помощью квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений. // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр. - Вып.6. / Под ред. В.В. Ромашова, В.В. Булкина. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. - С.136-140.

20. Храмов К.К. Квадратурный усилитель мощности радиосигналов с угловой модуляцией с автокомпенсацией случайных отклонений фазы. // Материалы 6-й международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации», Владимир: РОСТ, 2005. -С. 175-180.

Подписано в печать 01.09.2005. Формат 60x84/16 Бумага для множит, техники. Гарнитура Тайме. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 870 Муромский институт (филиал) Владимирского государственного университета Издательско-полиграфический центр Адрес: 602264, Владимирская область, г. Муром, ул. Орловская, 23

Р16 10 1

РНБ Русский фонд

2006-4 14988

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КВАДРАТУРНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ КОМПЕНСАТОРАХ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ.

1.1 Общие сведения об автоматических компенсаторах фазовых искажений.

1.2 Использование нелинейных режимов квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по возмущению.

1.3 Обобщенные структурные схемы квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений на основе квадратурных преобразователей сигналов.

1.4 Постановка задач исследования.

2. АНАЛИЗ СХЕМ КВАДРАТУРНЫХ АВТОКОМПЕНСАТОРОВ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО ОТКЛОНЕНИЮ.

2.1 Представление квадратурных автокомпенсаторов с регулированием по отклонению на основе обобщенных структурных схем.

2.2 Общее уравнение квадратурных автокомпенсаторов с регулированием по отклонению.

2.3 Анализ стационарных режимов нелинейных моделей автокомпенсаторов.

2.4 Анализ устойчивости квадратурных автокомпенсаторов с регулированием по отклонению методом фазовой плоскости.

2.5 Математическая модель квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению.

2.6 Анализ работы автокомпенсаторов при больших детерминированных воздействиях.

2.7 Выводы.

3. АНАЛИЗ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КВАДРАТУРНЫХ АВТОКОМПЕНСАТОРОВ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ.

3.1 Анализ стационарных режимов работы автокомпенсаторов при отклонении параметров фазовращателя от идеальных.

3.2 Анализ динамических режимов работы автокомпенсаторов при отклонении параметров фазовращателя от идеальных.

3.3 Влияние асимметрии квадратурных ветвей на статические регулировочные характеристики.

3.4 Влияние асимметрии квадратурных ветвей на компенсационные свойства схем в динамическом режиме.

3.5 Влияние точности выполнения операций и в квадратурном преобразователе сигналов на фазовые регулировочные характеристики автокомпенсатора.

3.6 Анализ компенсационных свойств квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений с регулированием по отклонению при неидеальных перемножителях сигналов.

3.7 Выводы.

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КВАДРАТУРНЫХ

АВТОКОМПЕНСАТОРОВ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ

С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО ОТКЛОНЕНИЮ.

4.1 Квадратурный усилитель мощности ФМ и ЧМ сигналов с автокомпенсацией случайных отклонений фазы.

4.2 Фазовые модуляторы на основе квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению.

4.3 Применение квадратурного автокомпенсатора с регулированием по отклонению для уменьшения комбинационных колебаний в синтезаторах частот.

4.4 Выводы.

Проблема снижения искажении сигналов, вносимых радиотехническими устройствами, является основной во всех областях радиоэлектроники и связи, автоматики и телемеханики, измерительной и вычислительной техники, так как их уровень определяет достоверность принимаемой информации, качество воспроизведения сообщений, точность измерений.

Наиболее трудноустранимыми являются фазовые искажения, которые проявляются в виде изменений фазы сигнала, не обусловленных характером передаваемого сообщения. В этом случае сигнал оказывается подвержен паразитной фазовой модуляции. Она приводит к искажениям и потере информации при амплитудной и однополосной модуляциях, искажениям телеграфных сигналов, к ухудшению точности измерителей и другим нежелательным последствиям.

Задачу борьбы с фазовыми искажениями в виде паразитной фазовой модуляции можно трактовать как выделение полезных компонент спектра и подавления нежелательных. Различают три метода выделения полезных и подавления нежелательных спектральных составляющих - методы фильтрации, синхронизации и компенсации.

Метод фильтрации основан на использовании фильтров, к которым можно отнести как простые КС- и ЬС-фильтры, так и более сложные устройства с нелинейным преобразованием сигнала - система фильтрации с возвратным ге-теродинированием.

При втором методе используется автогенератор с непосредственной или косвенной синхронизацией.

Третий метод — компенсации — можно отнести к одному из возможных путей эффективного ослабления фазовых искажений. Он был предложен Г.В. Щипановым и развит далее В.Н. Петровым, Г.М. Улановым, Б. Уидроу, В.В. Шахгильдяном, М.В. Капрановым, Н.Г. Михеевым и другими. Применительно к компенсации фазовых искажений метод практически сводится к последовательному включению с блоком, в котором возникает паразитная фазовая модуляция, устройства автоматического регулирования фазы. Его функции может выполнять управляемый фазовращатель (фазовый модулятор). Возможно построение устройств автокомпенсации по замкнутому, разомкнутому и комбинированному принципам управления. Устройства автокомпенсации по замкнутому принципу управления широко применяются в радиотехнике, выступая, например, в виде автоподстройки фазового набега в усилителях, устройств фазовой автоматической настройки контуров и т.п.

Однако в устройствах, работающих по замкнутому циклу управления, невозможна полная компенсация фазовых искажений, а повышение их фильтрующих свойств связанно с проблемой обеспечения устойчивости, к тому же в них затруднено получение сложных характеристик избирательности.

Отмеченных выше недостатков лишены разомкнутые системы автоматической компенсации фазовых искажений. В них возможна полная компенсация паразитной фазовой модуляции, реализация различных частотных характеристик, не возникает проблема обеспечения устойчивости. Однако эти автокомпенсаторы весьма критичны к стабильности собственных параметров, требую очень точной настройки, изменение фазы выходного сигнала уменьшается только лишь от действия определенного фактора, действие других факторов на фазу выходного сигнала не учитывается.

Сочетать достоинства устройств с замкнутым и разомкнутым управлением позволяет применение комбинированного управления, общая теория которого была разработана B.C. Кулебакиным, Г.М. Улановым, А.Г. Ивахненко и другими.

Дополнительные преимущества по сравнению с автокомпенсаторами в виде управляемого фазовращателя имеют автокомпенсаторы с векторным сложением сигналов, принцип действия которых основан на сложении двух компенсационных сигналов с изменяющимися определенным образом параметрами. Применение таких автокомпенсаторов дает возможность осуществить одновременную и раздельную компенсацию фазовых и амплитудных искажений.

Отдельным классом автокомпенсаторов с векторным сложением сигналов являются квадратурные автокомпенсаторы, в которых компенсационные сигналы складываются под углом тг/2. Различные варианты схем таких автокомпенсаторов с разомкнутым управлением рассмотрены в работах П.А. Попова, В.В. Ромашова, Д.А. Жайворонка и других. В научных трудах этих авторов изложены вопросы теории и практической реализации квадратурных формирователей сигналов с угловой и амплитудной модуляцией, приведены алгоритмы компенсации искажений в трактах формирования радиосигналов с использованием квадратурных схем и проанализированы их модуляционные и компенсационные характеристики. Однако в известной литературе не рассматриваются вопросы построения, анализа и использования квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению.

Анализ построения устройств автоматической компенсации, формирования и усиления радиосигналов, в основе которых лежит принцип квадратурного сложения, свидетельствует о том, что они работают по общему алгоритму, который можно определить как квадратурное преобразование сигналов. В этом случае можно выделить и рассматривать соответствующие указанному алгоритму функциональные единицы - квадратурные преобразователи сигналов.

Целыо работы является разработка и исследование автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению на основе квадратурных преобразователей сигналов и их применение в устройствах формирования радиосигналов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: - разработаны обобщенные структурные схемы автокомпенсаторов фазовых искажений на основе КПС;

- проведен анализ статических и динамических режимов работы квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению;

- определены потенциальные возможности указанных автокомпенсаторов;

- получены соотношения для оценки влияния параметров основных структурных звеньев автокомпенсаторов на степень компенсации фазовых искажений;

- экспериментально проверены и подтверждены результаты теоретического исследования автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению;

- разработаны и исследованы структурные схемы квадратурного усилителя радиосигналов, фазового модулятора и синтезатора частот на основе квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений.

При выполнении теоретических исследований использовались методы комплексных амплитуд, фазовой плоскости, цифрового моделирования, теории автоматического управления, статистической радиотехники.

Научная новизна работы заключается в том, что

- впервые предложены обобщенные структурные схемы автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению с различными формами управляющих напряжений, построенные на основе квадратурных преобразователей сигналов;

- теоретически исследованы свойства квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению в различных режимах работы;

- определены условия достижения потенциальных возможностей снижения фазовых искажений в квадратурных автокомпенсаторах и оценено влияние неидеальности входящих в них блоков;

- предложено использовать указанные автокомпенсаторы в квадратурных усилителях радиосигналов, фазовых модуляторах и синтезаторах частот с компенсацией возникающих в них фазовых искажении;

- разработаны математические модели квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению, на основе которых поведен анализ динамических нелинейных режимов с помощью цифрового моделирования.

На защиту выносятся следующие результаты проведенных исследований:

- принцип построения автокомпенсаторов фазовых искажений на основе квадратурных преобразователей сигналов;

- структурные схемы автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению на основе квадратурных преобразователей сигналов;

- исследование и реализация потенциальных возможностей указанных автокомпенсаторов;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению в различных режимах работы;

- применение квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению в устройствах формирования и усиления радиосигналов.

Практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов состоит в следующем:

- получены расчетные соотношения для квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению, позволяющие исследовать названные автокомпенсаторы в стационарном режиме при различных управляющих напряжениях;

- проанализировано влияние точности реализации блоков квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений с регулированием по отклонению на достижение потенциальных возможностей последнего;

- разработана структурная схема квадратурного усилителя мощности радиосигналов с автокомпенсацией отклонений фазы на 32 дБ относительно уровня без компенсации;

- разработан фазовый модулятор на основе квадратурного автокомпенсатора фазовых искажений, снижающий нелинейные искажения модулирующего сигнала более чем в 10 раз;

- разработана структурная схема синтезатора частот с автокомпенсацией фазовых искажений с уменьшенным на 28 дБ уровнем комбинационных колебаний.

Автокомпенсатор фазовых искажений на основе квадратурных преобразователей сигналов использовался в устройствах обработки радиолокационной информации при выполнении хоздоговорной НИР с Муромским заводом РИП для улучшения характеристик РЛС, а также в учебном процессе кафедры радиотехники Муромского института ВлГУ при проведении занятий по курсам ФМ РЭУ и УГиФС.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (г. Ковров, 1998 г.);

- на XXVI и XXVII международных молодежных научных конференциях "Гагаринские чтения» (г. Москва, 2000 и 2001 г.г.);

- на 6-ой и 7-ой международных научно-технических конференциях студентов н аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2000 и 2001 г.г.);

- на VI международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации - ПТСПИ'2005» (г. Владимир, 2005 г.);

- на научно-технических конференциях Муромского института Владимирского государственного университета и научных семинарах кафедры радиотехники названного вуза.

По материалам диссертации опубликовано семь статей, тезисы восьми докладов на международных конференциях и две депонированные научные работы. Получен патент на полезную модель № 42142 «Квадратурный автокомпенсатор фазовых искажений с регулировкой по отклонению» (заявка № 2004122502/22).

Диссертационная работа изложена на 148 страницах, иллюстрируется 93 рисунками и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 102 наименований.

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Впервые предложено использовать квадратурные преобразователи сигналов для построения автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по возмущению и отклонению и проводить анализ последних на основе обобщенных структурных схем.

2. В соответствии с поставленной задачей в диссертационной работе впервые предложены и исследованы квадратурные автокомпенсаторы фазовых искажений с регулированием по отклонению и различными видами управляющих напряжений.

3. Получено общее уравнение указанных автокомпенсаторов, которое полностью описывает процессы, происходящие в них, при произвольных параметрах блоков и управляющих напряжениях и позволяет найти зависимости фазы и амплитуды выходного сигнала как в переходном, так и в стационарном режимах.

4. Определены потенциальные возможности квадратурных автокомпенсаторов с регулированием по отклонению для случаев малых и больших детерминированных и случайных фазовых искажений.

5. Исследованы статические, динамические, частотные и статистические характеристики названных автокомпенсаторов при различных коэффициентах усиления цепи регулирования по отклонению.

6. Произведена оценка влияния параметров основных структурных звеньев квадратурных автокомпенсаторов фазовых искажений с регулированием по отклонению - перемножителей сигналов и фазовращателя по высокой частоте - на их компенсационные свойства; получены расчетные соотношения для определения допустимых границ изменений этих параметров в стационарном режиме.

7. Предложено использовать автокомпенсаторы для ослабления фазовых искажений в квадратурных усилителях мощности радиосигналов, квадратурных фазовых модуляторах и синтезаторах частот.

8. Схемотехническое моделирование показало, что исследуемые квадратурные автокомпенсаторы фазовых искажений с регулированием по отклонению позволяют снижать уровень спектральных составляющих, вызванных фазовыми искажениями, в полосе пропускания фильтров цепи регулирования по отклонению на 40 дБ относительно исходного уровня. В зависимости от типов таких фильтров возможно получение различных характеристик избирательности.

9. Материалы диссертационной работы и автокомпенсаторы фазовых искажений с регулированием по отклонению, построенные на основе квадратурных преобразователей сигналов, нашли применение в промышленности и учебном процессе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи — разработке и исследованию устройств снижения фазовых искажений в устройствах формирования и усиления радиосигналов.

Проведенный теоретический анализ позволил создать автоматический компенсатор фазовых искажений с регулированием по отклонению, построенный на основе квадратурных преобразователей сигналов. Результаты, полученные в работе, свидетельствуют о том, что данное устройство позволяет эффективно снижать нежелательные отклонения фазы в усилителях, фазовых модуляторах и синтезаторах частот.

1. Патент Германии 299614. 15.09.1919.

2. Папалекси Н.Д. Радиопомехи и борьба с ними. М.: Гостехиздат, 1942.-218 с.

3. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М.: Госэнер-гоиздат, 1956.

4. Шахгильдян В.В., Лохвицкий М.С. Методы адаптивного приема сигналов. -М.: Связь, 1974.- 159 с.

5. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1989.-440 с.

6. A.c. 166747 СССР. Способ подавления паразитной частотной (фазовой) модуляции колебаний / Н.Г. Михеев, A.A. Пирогов (СССР). Опубл. в Б.И., 1965. -№23.

7. Rademacher P., Randise D. An automatic phase-correction system. // IEEE International Convention Record. Pt. 3, 1963. p. 179-184.

8. Самойлов А.Г. Метод борьбы с внутриполосными побочными излучениями // Методы и устройства обработки сигналов в радиотехнических системах. — Горький. 1988. - с.43-47.

9. A.c. 573887 СССР. МКИ Н 04 В 1/10. Устройство для подавления паразитной фазовой (частотной) модуляции / В.И. Акимов, П.А. Попов, А.И. Юров (СССР).-Опубл. в Б.И., 1977-№35.

10. Попов П.А. Ослабление паразитной фазовой модуляции методом амплитудной компенсации //Техника средств связи. Сер.ТРПА. — 1981. — Вып.1. с.113-117.

11. A.c. 815924 СССР. МКИ Н 04 В 1/10. Устройство для подавления паразитной фазовой модуляции / В.И. Акимов, П.А. Попов, А.И. Юров (СССР). Опубл. в Б.И., 1981 -№11.

12. Патент №52-27023 Япония. Кл. 98 (5) В6, (H03B3/04). Метод компенсации постоянной фазовой ошибки / оки дэнки коге к.к. / Ямадзи Капухиса (Япония). Заявл. 13.11.1973. №48-126767.-Опубл. 18.07.77.

13. Попов П.А., Мошнина E.H. Принцип автокомпенсации амплитудных помех // Вопр. радиоэлектроники. Сер. ОВР. 1983. - Вып.13. - с.72-76.

14. A.c. 978367 СССР. МКИ Н 04 В 1/10. Устройство для подавления паразитной модуляции / И.А. Курилов, П.А. Попов (СССР). Опубл. в Б.И., 1983. - №44.

15. Ромашов В.В. Теория и применение усилителей радиосигналов с автоматической компенсацией амплитудно-фазовых искажений: Дис. . докт. техн. наук. — Муром, 1999.-267с.

16. Бронштейн И.П., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — 13-изд., исправленное. М.: Наука, 1986. - 544 с.

17. Кремер И.Я., Владимиров В.И., Карпухин В.И. Модулирующие (мультипликативные) помехи и прием радиосигналов / Под ред. И.Я. Кремера. М.: Сов. радио, 1972.-480 с.

18. Уланов Г.М. Статистические и информационные вопросы управления по возмущению. М.: Энергия, 1970. - 256 с.

19. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. Киев: Высш. школа, 1975.-424 с.

20. Амплитудно-фазовая конверсия / Под ред. Г.М. Крылова. М.: Связь, 1979. -256 с.

21. Автоматическая подстройка фазового набега в усилителях / Под ред. М.Б. Капранова.-М.: Сов. радио, 1972,- 176 с.

22. Ивахненко А.Г. Кибернетические системы комбинированного управления. -Киев: Техника, 1966. —512 с.

23. Бурков И.А., Трухин H.A. Оценка возможности снижения некоторых видов нежелательных колебаний в широкополосных усилителях ОВЧ диапазона // Радиотехника. 1984. -№2. -с.86-89.

24. Верещагин Е.М., Никитенко Ю.Г. Частотная и фазовая модуляция в технике связи. М.: Связь, 1974. - 224 с.

25. Ромашов В.В. Автокомпенсаторы фазовых искажений по методу векторного сложения сигналов: Дис. . канд. техн. наук. Муром, 1986. - 227 с.

26. Автоматические компенсаторы амплитудно-фазовых искажений / П.А. Попов, Д.А. Жайворонок, В.В. Ромашов и др.; Под ред. П.А. Попова. Воронеж: Изд-во Воронеж, высш. школы МВД России, 1998. - 200 с.

27. Жайворонок Д.А. Разработка и исследование квадратурных компенсаторов помех трактов формирования сигналов с угловой модуляцией: Дис. . канд. техн. наук. Воронеж, 2000.

28. Попов П.А. Компенсационные методы и устройства нелинейного преобразования сигналов. Дис. докт. техн. наук. — Муром, 1984. 469 с.

29. Курилов И.А. Устройства компенсации фазовых помех на основе автоподстройки фазы. Дис. канд. техн. наук. Муром, 1985. -263 с.

30. Афанасьев В.В. Разработка автокомпенсационных устройств ослабления амплитудных искажений в трактах формирования радиосигналов. Дис. . канд. техн. наук. Муром, 1990. - 319 с.

31. Радиосистемы передачи информации: Учеб. пособие для вузов / И.М. Тепляков, Б.В. Рощин, А.И. Фомин, В.А. Вейцель; Под ред. И.М. Теплякова. М.: Радио и связь, 1982. -264 с.

32. А 1.8 GHz MMIC direct-quadrature modulator 1С for the Europen DCS 1800 Mobile Standard / Hubner Michael, Devineau Muriel, Simon Catherine, Soulard Michel

33. Proc. 5th Ind. Symp. Recent Adv. Microwave Technol., ISRAMT'95. Kiev, Sept, 11-16, 1995. V.l Kiev, 1995.-е. 329-332. - Англ.

34. Ю.А. Громаков. Организация физических и логических каналов в стандарте GSM. // "Электросвязь". № 10, 1993. с. 9-12.

35. М. Mouly, M.B. Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702. Англ.

36. Кривицкий Б.Х., Салтыков E.H. Системы автоматической регулировки усиления. -M.: Радио и связь, 1982. 192 с.

37. Первачев C.B. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. — М: Радио и связь, 1982. -296 е., ил.

38. Борисов Ю.П. Математическое моделирование радиосистем. Учебное пособие для вузов. -М.: Советское радио, 1976. 296 с.

39. Вопросы статистической теории радиолокации. / П.А. Бакут, И.А. Большаков, Б.М. Герасимов и др.; Под ред. Г.П. Тартаковского. М.: Советское радио, 1964.

40. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М.: Советское радио, 1971. - 328 е.: ил.

41. Коновалов П.Ф. Радиоавтоматика: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1990. - 335 е.: ил.

42. Первачев C.B., Валуев A.A., Чиликин В.М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. -М.: Советское радио, 1971.

43. Квадратурные формирователи радиосигналов: Монография / Попов П.А., Шерстюков С.А., Жайворонок Д.А., Ромашов В.В., Акиньшин С.А.; Под ред. Попова П.А. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2001. 176 с.

44. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. — 2-е изд. перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.

45. Горяинов В.Т., Журавлев А.Г., Тихонов В.И. Статистическая радиотехника: Примеры и задачи. Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.И. Тихонова. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Советское радио, 1980. - 544 е.: ил.

46. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. — М.: Наука, 1967.-608 с.

47. Полляк Ю.Г. Вероятностное моделирование на электронных вычислительных машинах. М.: Советское радио, 1971.- 400 с.

48. Быков В.В. Цифровое моделирование процессов в нелинейных и линейных непрерывных системах. Радиотехника, 1968, т.23, №5, с.80-86.

49. Коломбет Е.А., Юркович К.В., Золд Я.Л. Применение аналоговых микросхем. -М.: Радио и связь, 1990.

50. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, A.A. Ляховский и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 2003. - 560 е.: ил.

51. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. 2-е изд. исп. и доп. - СПб.: КОРОНА принт, 2000. - 416 е., ил.

52. A.c. 1140223 (СССР). Фазовый модулятор / E.H. Мошнина, П.А. Попов, В.В. Ромашов. Опубл. в Б.И., 1985. - №6.

53. Шахгильдян В.В., Ляховкин A.A. Системы фазовой автоподстройки частоты. -М.: Связь, 1972.-447 е.: ил.

54. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. -4-е изд. перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1986. — 512 е.: ил.

55. Жиганова Е.А. Разработка и исследование методов анализа и автоматической компенсации интермодуляционных колебаний в усилителях мощности 4M сигналов: Дис. канд. техн. наук. — Владимир, 2003.

56. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. 2-е изд., испр. - М.: Горячая линия-Телеком, 2003. - 320 е.: ил.

57. Чекушкин В.В. Методы реализации вычислительных процессов в устройствах контроля, обработки и отображения информации радиолокационных станций: Дис. докт. техн. наук. Муром, 2002. - 218 с.

58. Байков Д.В., Смолов В.Б. Специализированные процессоры: Итерационные алгоритмы и структуры. — М.: Радио и связь, 1985. — 288 с.

59. Амосов A.A., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высш. школа, 1994. - 544 с.

60. Чекушкин В.В. Таблично-алгоритмический преобразователь для вычисления тригонометрических функций // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. — 1991. —№1, с.158-163.

61. Жайворонок Д.А. Использование квадратурных компенсаторов фазовых искажений для ослабления паразитной частотной модуляции цифровых синтезаторов частот. Современные проблемы информатизации: Тезисы докладов 3

62. Международной электронной научной конференции Воронеж: Изд-во Воронежского педуниверситета, 1998. - с. 174-175.

63. Угловая модуляция цифровых синтезаторов частот / Попов П.А., Ююкин H.A., Леньшин A.B. и др.; Под ред. П.А.Попова: Монография. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2001. — 262 е.: ил.

64. Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.-480 е., ил.

65. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 584 с.

66. Краскевич В.Е., Зеленский К.Х., Гречко В.И. Численные методы в инженерных исследованиях. К.: Вища школа, 1986. — 263 с.

67. Кривандин С.С. Исследование компенсации шумов широкополосных ОВЧ усилителей мощности. Дис. . канд. техн. наук. — Муром, 1996. 222 с.

68. Рыжков A.B., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. М.: Радио и связь, 1991.- 264 с.

69. Уидроу Б., Гловер Дж.Р., Маккул Дж.М. и др. Адаптивные компенсаторы помех. Принципы построения и применения // ТИИЭР. 1975. - Т. 63, № 12. -С. 69-98.

70. Бережняк И.П., Кулешов В.Н. Естественные шумы балансного фазового детектора // Радиотехника. 1980. - № 8. - С. 46-48.

71. Рыжков A.B., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. М.: Радио и связь, 1991. — 264 с.

72. Попов П.А., Усачев И.П. Частотно-модулированные синтезаторы частот для систем подвижной радиосвязи / Учеб. пособие. — Воронеж: Воронеж, политехи. ин-т, 1991. — 90 с.

73. A.c. 1755371 СССР. МКИ Н03С 3/10, H03L 7/16. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией / И.П. Усачев, П.А. Попов (СССР). Опубл. в Б.И., 1992.-№30.

74. Фиштейн А.М. Сравнительная оценка амплитудно-фазовой конверсии в широкополосных усилителях-ограничителях и усилителях с АРУ // Радиотехника. -1981. 36. — № 2. — С. 34-36.

75. Системы фазовой синхронизации / Под ред. В.В. Шахгильдяна, J1.H. Белюстиной. М.: Радио и связь, 1982. - 289 с.

76. Ромашов В.В., Юров А.И. Условия линейности работы автокомпенсатора фазовых искажений с векторным сложением сигналов. Воронеж, 1990. - 8 с.-Деп. в НИИЭИР 1990.

77. Шахтарин Б.И. Статистическая динамика систем синхронизации. М.: Радио и связь, 1998.-488 е., ил.

78. Уланов Г.М. Статистические и информационные вопросы управления по возмущению. М.: Энергия, 1970. - 256 с.

79. Богачев В.М. Устойчивость линеаризованных электронных схем / Под ред. С.М.Смольского. — М.: Изд-во МЭИ, 1981. 88 с.