CC BY
79
УДК 621.396.62
ИССЛЕДОВАНИЕ КВАДРАТУРНОГО ФОРМИРОВАТЕЛЯ МАСКИРУЮЩИХ ПОМЕХОВЫХ СИГНАЛОВ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ В РЕЖИМЕ ИМПУЛЬСНОГО МОДУЛИРУЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
С.А. Шерстюков
В статье приведены результаты моделирования квадратурного формирователя маскирующих фазомодулирован-ных помех на базе векторного модулятора и функциональных преобразователей модулирующего напряжения при импульсном модулирующем воздействии, прошедшем низкочастотную и полосовую фильтрации
Ключевые слова: квадратурный формирователь, схемотехническая модель, фильтр, импульс
В работе [1] отмечено, что при осуществлении фазовой манипуляции (ФМП) несущего колебания не фильтрованным двухполярным манипулирующим сигналом в виде симметричных импульсов постоянного тока без возвращения к нулю (БВН), выходной спектр ФМП сигнала имеет следующие особенности (рис. 1):
Рис. 1. Спектр ФМП сигнала при манипуляции симметричными импульсами БВН
1. Амплитуды спектральных составляющих зависят от в - индекса ФМП: чем ближе в п/2, тем меньше амплитуда несущей, при в = тЛ2 - несущее колебание отсутствует.
2. В спектре присутствуют боковые частоты только нечётных порядков (пунктиром показаны спектральные составляющие, имеющие фазу п).
3. Амплитуды спектральных составляющих монотонно убывают с ростом номера гармоники частоты манипуляции.
4. Ширина спектра зависит от о - частоты манипуляции.
Формирование спектра ФМП сигнала, представленного на рис. 1, возможно с помощью квадратурного фазового манипулятора (КФМП) с двумя амплитудными манипуляторами (управляемыми усилителями в ключевом режиме) [1] или методом перемножения симметричной последовательности импульсов БВН с высокочастотным гармоническим колебанием [2, 3]. Выполним моделирование ФМП
методом перемножения в программе ADS 2008 (Advanced Design System).
Директивы моделирования.
1. Генератор импульсов БВН (Data Generator): длительность импульса (Bit Time) 50 usec, скважность импульсной последовательности (Sequence pattern) q=2 и 4, амплитуда импульсов U=1,57 V.
2. Перемножитель сигналов (Multiplier): коэффициент перемножения к=1.
3. Генератор высокой частоты (Sinusoid Signal Generator): амплитуда колебания U=1 V, частота колебания f=5 MHz, Duration Time t= 0,001 msec, начальная фаза (Phase) 00, задержка (Delay) 0 usec.
На рис. 2 и рис. 3 представлены результаты моделирования ФМП при различных значениях скважности манипулирующей импульсной последовательности. Как показывают рисунки, в соответствии с [4], при увеличении скважности импульсной последовательности в выходном спектре ФМП сигнала появляется всё большее число медленно убывающих по амплитуде гармоник (рис. 2), при этом расстояние между гармониками уменьшается, амплитуды соседних гармоник становятся близкими по величине, и, как следствие, ширина спектра уменьшается. На практике ФМП сигналы широко применяются в качестве широкополосных заградительных помех для радиоэлектронного подавления систем различного назначения, так как данного типа помехи обладают высокими маскирующими свойствами в части подавляемой полосы частот. В то же время, в процессе генерирования и формирования ФМП помех в трактах передатчиков возникают амплитудные и фазовые искажения, которые создают большое количество дополнительных внеполосных спектральных составляющих. Данное обстоятельство существенно снижает заметность и ухудшает энергетические характеристики станций помех. В связи с этим, возникает актуальная задача компенсации амплитудно-фазовых искажений и точной регулировки выходного спектра сигнала.
Шерстюков Сергей Анатольевич - ВИ МВД России, канд. техн. наук, доцент, E-mail: [email protected].
ГН mil ІІІІ Ниш 'МЩ |“¥-1
Рис. 2. Результаты моделирования ФМП при q=2
11111111111111'1111111 11 ■
к
I]«« g4 D 100
Рис. 3. Результаты моделирования ФМП при q=4
С целью точной регулировки выходного спектра сигнала, осуществим в программе ADS 2008 фильтрацию симметричного импульса БВН с помощью идеального Гауссовского фильтра нижних частот (ФНЧ) (LowPass Ideal Gaussian Filtr) со следующими параметрами: частота среза фильтра (PassFreq) 80 kHz, коэффициент формы импульса (PassAtten) 3, после чего, перемножим результат фильтрации с высокочастотным гармоническим колебанием (рис. 4). Рис. 4 показывает, что в ре-
зультате данного действия вместо ФМ-сигнала формируется балансно-модулированное колебание, что не является ожидаемым результатом. Таким образом, для точной и правильной реализации формирователя ФМ помех возникает необходимость применения квадратурного метода с использованием функциональных преобразователей модулирующего напряжения [5] и высокочастотного векторного модулятора [6].
п
line, і а і а
Ь 14
Е 1 'С
J -1 1
J Яв 6 г S 7В 1 ТеЧ, I»! І I
Рис. 4. Результаты моделирования при модуляции гармонического колебания симметричной последовательностью
импульсов БВН, прошедшей идеальный Гауссовский ФНЧ
Составим в программе ADS 2008 схемотехническую модель (в статье не приводится) квадратурного формирователя маскирующих помеховых сигналов, реализующую алгоритмы, описанные в [5, 6]. В качестве модулирующего воздействия используем импульс БВН, прошедший идеальный Гауссовский ФНЧ с указанными выше параметрами, а при реализации функциональных преобразователей учитываются соответственно 4-я и 5-я степени косинусной и синусной функций ряда Тейлора [5]. На рис. 5 и рис. 6 показаны результаты воздействия симметричной импульсной последовательности БВН, прошедшей идеальный Гауссовский ФНЧ, на квадратурный формирователь ФМ-помехи. Из анализа рисунков следует, что в выходном спектре ФМ-помехи наиболее интенсивными являются первые боковые спектральные составляющие (рис. 6 внизу), а остальные гармоники имеют малые ам-
плитуды, что обусловлено наибольшей интенсивностью первой гармоники на выходе ФНЧ (рис. З, 2-й сверху). На практике данное обстоятельство приводит к снижению качества формируемого по-мехового сигнала и коэффициента радиоэлектронного подавления. В связи с этим, необходимо уменьшить амплитуду первой гармоники в модулирующем спектре за счёт использования дополнительного полосового фильтра (ПФ) Баттерворта (BandPass Batterworth) со следующими параметрами: центральная частота (FCenter) 50 kHz, ширина полосы пропускания (PassBandwidth) 72 kHz, порядок фильтра N=15. На рис. 7 и рис. 8 показан результат применения дополнительного ПФ Баттер-ворта. Из рисунков видно, что первая гармоника в модулирующем спектре (рис. 7 в центре) стала меньше по амплитуде, а выходной спектр ФМ-помехи (рис. 8 внизу) приобрёл правильную форму.
Рис. 5. Результаты моделирования синусно-косинусного преобразователя в режиме импульсного воздействия, прошедшего Гауссовский ФНЧ, при формировании ФМ-помехи с индексом модуляции m=1,57 рад
Рис. 6. Результаты моделирования высокочастотного векторного модулятора в режиме импульсного воздействия, прошедшего Гауссовский ФНЧ, при формировании ФМ-помехи с индексом модуляции m=1,57 рад
I- о.оо-
Ігеч . КН Е
\Г^ У чЛ гщ
ш
Л-
^ ^ Г ге д . К Не
Рис. 7. Результаты моделирования синусно-косинусного преобразователя в режиме импульсного воздействия, прошедшего Гауссовский ФНЧ и ПФ Баттерворта, при формировании ФМ-помехи с индексом модуляции m=1,57 рад
Рис. 8. Результаты моделирования высокочастотного векторного модулятора в режиме импульсного воздействия, прошедшего Гауссовский ФНЧ и ПФ Баттерворта, при формировании ФМ-помехи с индексом модуляции т=1,57рад
:П
і, л
‘і і 1 і І і Ч і 1 і Г
140 СИ О » 1>и 400 40»
І г р а , КН *
Г Г Є Ч . КН И
I 1 тле ■ 1 ЯСС
Рис. 9. Результаты моделирования синусно-косинусного преобразователя в режиме импульсного воздействия, прошедшего Гауссовский ФНЧ и ПФ Баттерворта, при формировании ФМ-помехи с индексом модуляции m=2,55 рад
I.;::
Рис. 10. Результаты моделирования высокочастотного векторного модулятора в режиме импульсного воздействия, прошедшего Гауссовский ФНЧ и ПФ Баттерворта, при формировании ФМ-помехи с индексом модуляции m=2,55 рад
На рис. 9 и рис. 10 приведены результаты схемотехнического моделирования квадратурного формирователя ФМ-помех с индексом модуляции m=2,55 рад в режиме импульсного воздействия, прошедшего через ФНЧ и ПФ. В этом случае, функциональными преобразователями реализованы 27-я и 26-я степени ряда Тейлора соответственно для синусной и косинусной функций (рис. 9 внизу). Видно (рис. 10 внизу), что спектр ФМ-помехи стал шире по сравнению со спектром на рис. 8 внизу (ш=1,57 рад) за счёт увеличения числа спектральных составляющих и перераспределения энергии между ними. Таким образом, применяя низкочастотную и полосовую фильтрации импульсов БВН, а также варьируя параметрами импульсной последовательности, появляется возможность формирования квадратурными формирователями на базе векторных модуляторов и функциональных преобразователей модулирующего напряжения фазомоду-лированных маскирующих помех с заданными характеристиками и качеством в широких диапазонах частот модулирующего и несущего колебаний.
Литература
1. Шерстюков С. А., Тихомиров Н.М. Формирование ФМ2 помехового сигнала с использованием квадратурных амплитудных модуляторов и цепи автокомпенсации амплитудно-фазовых искажений // Теория и техника радиосвязи: специальный выпуск / ОАО «Концерн «Созвездие». - Воронеж, 2009. - Вып. № 5. - С. 43 - 48.
2. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь: Пер.с англ. / Под ред. В.В. Маркова. - М.: Связь, 1979. - 592 с.
3. Беллами Дж. Цифровая телефония: Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1986. - 544 с.
4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.
5. Шерстюков С.А. Разработка цифровых функциональных преобразователей модулирующего напряжения на основе интерполяционных методов для использования в квадратурных формирователях радиопомех с угловой модуляцией // Вестник Воронежского государственного технического университета / ВГТУ. - Воронеж, 2009. -Вып. № 5. - С. 180 - 187.
6. Шерстюков С.А., Тихомиров Н.М. Экспериментальное исследование квадратурного фазового модулятора на базе радиочастотной интегральной микросхемы векторного модулятора // Теория и техника радиосвязи: науч.-техн. сб. / ОАО «Концерн «Созвездие». - Воронеж, 2009. - Вып. 1. - С. 67 - 71.
Воронежский институт Министерства внутренних дел Российской Федерации RESEARCH OF THE QUADRATURE SHAPER MASKING NOISE SIGNALS WITH ANGULAR MODULATION IN THE REGIME OF IMPULSE MODULATING AFFECTING
S.A. Sherstukov
In paper results of modelling of the quadrature shaper masking phase-modulation interferences on baseline of the vectorial modulator and functional converters of a modulating voltage are instanced at the impulse modulating affecting last low-frequency and band filterings
Key words: the quadrature shaper, model, filter, pulse
