模擬激勵器與功率放大器之間的信號處理方法和接口電路的製作方法

2023-10-06 05:47:09

專利名稱：模擬激勵器與功率放大器之間的信號處理方法和接口電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發射機特別是長波/超長波發射機用的模擬激勵器與開關功率放大器之間的信號處理方法(把模擬信號轉變成開關脈衝信號)和接口電路。
本發明涉及到這樣一種現有技術即如《廣播電視通信技術》(專集)「超長波極長波對潛通信文集」中的一篇譯文「應用在甚低頻發射機的大功率直流-正弦波逆變器電晶體化功率組合」所介紹的一種由數字激勵器與開關功率放大器所組成的用於甚低頻發射機的數字可控直流-正弦逆變器。開關功率放大器是近十年發展起來的高效放大器。其特徵在於1.有兩組直流-正弦波逆變器，分別產生兩個波形完全一致的階梯正弦波，超前波和滯後波。
2.將正弦波的全周等分成256個時序脈衝，一臺計數器作為階梯的編序，頻率合成器把時鐘信號供給計數器，中央控制單元控制兩臺只讀存儲器按要求產生基極激勵信號。
3.每一個階梯正弦波的幅度恆定，對要求不同幅度的輸出，通過模擬和數位訊號處理機所組成的反饋迴路控制超前和滯後波的相位，使合成的幅值符合要求。
上述固體功率器件的優點在於1.效率高，只考慮固體器件本身可達95%;2.易實現數控調製;3.用微處理軟體技術和反饋控制能達到最佳工作狀態;4.大量固體器件功率合成提高了可靠性，整機故障率減小。
上述技術的實施具有一定難度，特別是在多路MSK的工作情況下。
本發明還涉及到模擬激勵器-電子管模擬功率放大器技術。模擬激勵器已經實現除功率外的所有發射機指標，性能好、功能全、易實現。模擬激勵器的歷史悠久已達完美。而電子管模擬功率放大器效率很低，一般只能達50%。
本發明的任務是把高性能的模擬激勵器與高效率的開關功率放大器結合起來組成大功率發射機，特別是長波/超長波發射機。充分發揮這兩種技術的優點。要解決的主要技術問題是模擬激勵器與功率放大器之間的信號處理方法和接口電路。
本發明給出了一種模擬激勵器與功率放大器之間的信號處理方法，其特徵在於a)將模擬信號激勵器的正弦電壓信號與參考電壓用硬體或軟體的辦法相比較得到一系列時間脈衝。即用一定幅值的電壓切割正弦模擬信號得到各階梯方波的開啟和關斷時間脈衝。
b)用導通不同方波逆變器數量的方法得到不同幅值的正弦波。
c)最大幅值正弦波的幅度被分割成n段，n為正整數中的任一值。
上述信號處理方法中，當各個方波逆變器輸出電壓幅值相同時，比較器的參考電壓為EREFn＝ (2n-1)/(2n) E。式中E為模擬正弦電壓信號的最大電壓值。n＝1，2，3，…。
當各方波逆變器輸出電壓幅值不同時，各參考電壓應作相應變動。
所求得的參考電壓可根據正弦波失真最小要求作適當變動。
本發明給出了一種圖2疊加方式的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於a)有一個幅度比較定時器(1)。其輸入端接模擬激勵器，輸出端接驅動脈衝發生器(2)和脈衝順序倒置器(3)。模擬信號在比較定時器中與參考電壓相比輸出兩列不同延時的方波開啟和關斷時間脈衝。b)有一個脈衝順序倒置器(3)，其輸入端接幅度比較定時器(1)，輸出端接驅動脈衝發生器(2)。幅度比較定時器所產生的方波關斷時間脈衝經脈衝順序倒置器(3)後得到兩列順序倒置延時不同的關斷脈衝。c)有一個驅動脈衝發生器(2)，由n個A、B、C、D觸發器組成。其輸入端接幅度比較定時器(1)和脈衝順序倒置器(3)。輸出端接方波逆變器的相應橋臂。幅度比較定時器和脈衝順序倒置器輸出的時間脈衝分別送驅動脈衝發生器中相應的A、B、C、D觸發器，產生一系列方波驅動脈衝，分別觸發n個直流-方波逆變器的A、B、C、D橋臂。
本發明還給出了一種圖1疊加方式的接口電路，其特徵在於a)有一個幅度比較定時器(1)，其輸入端接模擬激勵器，輸出端接驅動脈衝發生器(2)。模擬信號經幅度比較定時器與參考電壓相比輸出兩列不同延時的時間脈衝。
b)有一個驅動脈衝發生器(2)，其輸入端接幅度比較定時器，輸出端接直流-方波逆變器的相應橋臂。驅動脈衝發生器由n個A、B、C、D觸發器組成。
本發明還給出了一種用軟體來實現上述兩種方波疊加方式的接口電路，其特徵在於a)有一個模/數轉換器(4)，將模擬激勵器輸出的模擬信號轉變為數位訊號。其輸入端接模擬激勵器，輸出端通過數據總線接數位訊號處理器(5)，其控制埠與數位訊號處理器的控制埠互聯。b)有一個數位訊號處理器(5)，其輸出端A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，…An、Bn、Cn、Dn分別接n個直流-方波逆變器的A1、B1、C1、D1，…An、Bn、Cn、Dn的橋臂。
這裡所說的數位訊號處理器可以是一個專用的數位訊號處理器(ASDSP)，也可以是由一臺計算機加上輸入接口和一組可按位置位/復位的並行接口組成的。


圖1是不等寬方波的疊加波形圖。
圖2是準等寬方波的疊加波形圖。
圖3是準等寬直流-方波逆變器接口電路原理圖。
圖4是計算機或數位訊號處理器用軟體來實現的接口電路原理圖。
圖5是幅度比較定時器的電路原理圖。
圖6是脈衝順序倒置器的電路原理圖。
圖7是驅動脈衝發生器的電路原理圖。
下面結合附圖和實施例對本發明的接口電路及信號處理方法作進一步說明。
以疊加方波形成正弦波的技術有兩種方案，如圖1、圖2所示。圖1中，正弦波6，其正半周是由方波脈衝61、62和63疊加而近似得到。同樣，負半周是由方波脈衝71、72和73疊加得到。從圖1可以看出，正弦波基部的方波61和71比方波62、63、72和73的寬度寬，構成正弦波的各方波由底部到頂部逐漸變窄。我們把這種疊加方式稱為不等寬方波疊加方式。圖2所示階梯正弦波，其正半周是由方波81、82、…等疊加得到，由圖可以看出構成正弦波8的各方波寬度大致相等，其寬度在90°到120°的範圍內變化。我們把這種疊加方式稱為準等寬方波疊加方式。
圖3準等寬直流-方波逆變器的接口電路，是由幅度比較定時器1、脈衝順序倒置器3和驅動脈衝發生器2組成。模擬激勵器給出的正弦電壓信號在幅度比較定時器中與一系列參考電壓EREF、EREF、…EREF。相比較輸出一系列t1、t2、t3、t4時間脈衝。從幅度比較定時器1中輸出的t1、t3系列脈衝具有τ或τ+0.2微秒的延時，t2、t4系列脈衝不延時。t2、t4脈衝送脈衝順序倒置器3，得到一系列時序倒置的延時τ或τ+0.2微秒的脈衝。不同延時的t1、t2、t3、t4脈衝列分別接驅動脈衝發生器2的相應埠。驅動脈衝發生器將給出一系列與圖2中81、82、…，91、92、…相應的方波激勵脈衝觸發直流-方波逆變器相應的橋臂A、B、C、D。
延時τ+0.2微秒的脈衝為觸發器輸出方波的開啟脈衝，延時τ的脈衝為觸發器輸出方波的關閉脈衝，延時0.2微秒的作用是避免方波逆變器的A、C臂或B、D臂同時導通造成短路。
圖1不等寬方波疊加的接口電路與上述準等寬接口電路的區別在於無脈衝順序倒置器3;且驅動脈衝發生器2的各觸發脈衝順序不同於準等寬接口電路的各觸發脈衝順序;所有輸出的開啟脈衝均有τ′+0.2微秒的延時，關閉脈衝均有τ′微秒的延時，τ′小於τ。
幅度比較定時器輸出的開啟脈衝和關閉脈衝按圖7所示順序分別接驅動脈衝發生器2的相應埠t11+0.2微秒接B1觸發器的S端，t31接B1的R端;t41+0.2微秒接A1的S端，t21接A1的R端;t31+0.2微秒接D1的S端，t11接D1的R端;t21+0.2微秒接C1的S端，t41接C1的R端，第m組脈衝接第m組觸發器相應的S端或R端。觸發器輸出相應方波驅動脈衝觸發相應逆變器橋臂，得到不同寬度的方波電壓。這些方波電壓疊加得到階梯正弦波。
本發明所說的幅度比較定時器是由比較器(11)，微分電路(12)和延時器(13)組成，見圖5。比較器有2n個，正負半周各n個，111、…11m、…11n及111′、…11m′、11n′。每個比較器有兩個輸入端，一個輸入端接模擬激勵器，另一輸入端接參考電壓發生器，輸出端接微分電路。每個比較器(11)後接一個微分電路(12)，共2n個。比較器輸出波形經微分得上升沿脈衝和下降沿脈衝。對於準等寬疊加方式，微分電路的輸出分兩路，一路接延時器(13)，另一路接脈衝順序倒置器(3)。每個微分電路後接一個延時器(13)(共2n個)。微分得到的上升沿脈衝t1和t3經延時得到一系列具有延時τ和τ+0.2微秒的脈衝。t2、t4系列的脈衝送脈衝順序倒置器，得到兩列順序倒置的延時τ和τ+0.2微秒的脈衝。延時器(13)的輸出接驅動脈衝發生器(2)的相應輸入端。對於不等寬疊加方式，微分電路後接2個延時器，共4n個。微分得到的上升沿脈衝t1、t3和下降沿脈衝t2、t4均經延時器，得到兩列延時分別為τ′和τ′+0.2微秒的脈衝，延時器(13)的輸出接驅動脈衝發生器(2)的相應輸入端。
本發明所說的脈衝順序倒置器是由限幅倒相器(31)、混合器(32)、計數器(33)、解碼器(34)、微分電路(35)和延時電路(36)組成，見圖6。倒相器(31)有2n個輸入埠，分別與幅度比較定時器(1)的對應埠相接。倒相器(31)有2n個輸出埠接混合器(32)。混合器(32)的輸出接計數器(33)。計數器(33)的復位埠接幅度比較定時器的第一個方波開啟脈衝t11或t31的輸出端。計數器的輸出接解碼器(34)。解碼器的各輸出埠均接一個微分電路(35)。微分電路(35)的輸出分兩路，一路接延時器(36)，另一路為脈衝順序倒置器的延時τ微秒的脈衝輸出埠。延時器(36)的輸出為脈衝順序倒置器的τ+0.2微秒的脈衝輸出埠。脈衝順序倒置器的輸出埠分別接驅動脈衝發生器(2)的相應輸入端。
脈衝列t21…t2m;t41…t4m經倒相器(31)成為正脈衝列送入混合器(32)。混合後的脈衝送計數器。計數器輸出接解碼器(34)。解碼器的埠1輸出與t2m相應，埠2輸出與t2m-1相應，埠m的輸出則與t21相應。解碼器輸出信號經微分得一順序為t2m+τ，t2m-1+τ…t21+τ的脈衝列，經延時得t2m+τ+0.2μS，t2(m-1)+τ+0.2μs，…t21+τ+0.2μs的脈衝列。同樣負半周脈衝t41…t4m經脈衝順序倒置器後得t4m+τ…t41+τ，經延時得t4m+τ+0.2μs、…t41+τ+0.2μs兩列脈衝。
輸出脈衝t2m+τ和t4m+τ分別代替圖7中的t21和t41就可使第一層方波的波形與圖2中方波81相應。各埠輸出脈衝按順序觸發圖7中各相應的觸發器，就可得到一系列圖2中的相應方波脈衝。
圖4是由模/數轉換器(4)和由輸入接口(21)、計算機(22)、可按位置位/復位的並行接口片(23)組成的數位訊號處理器(5)所組成的用軟體實現的接口電路。
輸入接口(21)的輸入數據口與模/數轉換器(4)的數據口通過數據總線DB1相連。控制埠通過CB1與模/數轉換器的控制埠相連。數據輸出埠通過數據總線與計算機(22)和可按位置位/復位的並行接口片(23)相連。計算機(22)的數據口、地址口和控制口分別通過數據總線DB、地址總線AB和控制總線CB與輸入接口(21)和可按位置位/復位的並行接口片(23)相連。一組可按位置位/復位的並行接口片的輸出端A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，…An、Bn、Cn、Dn分別與n個直流-方波逆變器的A、B、C、D橋臂的控制極相連。
模擬激勵器輸出的模擬信號經模/數轉換器(4)變為數位訊號。數位訊號通過數據總線送入接口(21)。輸入接口(21)通過數據總線將數位訊號送給計算機(22)。計算機(22)按照軟體程序將送入的數位訊號與設定的參考電壓數位訊號相比較產生一系列按位置1和按位置零的指令。再把這些指令按正確地址送給可按位置位/復位的並行接口片組(23)。並行接口片組的輸出端給出A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，…Am、Bm、Cm、Dm的方波驅動脈衝，分別觸發m個直流-方波逆變器的A、B、C、D橋臂。
m≤n，m是具體幅值的正弦波被分割的方波層數。
本發明提供了一種高效、低成本、電路簡單易行的長波/超長波模擬信號激勵器與大功率開關功率放大器之間的信號處理方法及接口電路。其突出效果在於能將模擬激勵器產生的幅度或頻率隨報文信息變化的多路正弦信號不失真地放大。信號格式包括00K1、FSK、MSK1，MSK2、MSK4等。特別是工作在MSK4調製方式，一部機器相當於4部機器，大大提高了設備的效能，縮短了通報時間，提高了潛艇的抗毀能力。
權利要求
1.一種發射機特別是長波/超長波發射機用的模擬激勵器與功率放大器之間的信號處理方法，其特徵在於a)將模擬信號激勵器的正弦電壓信號與參考電壓用硬體或軟體的方法相比較，得到一系列開啟和關斷時間脈衝；b)用導通不同方波逆變器數量的方法得到不同幅值的正弦波；c)最大幅值正弦波的幅度被分割成n段，n為正整數中的任一值。
2.一種發射機特別是長波/超長波發射機用的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於a)有一個幅度比較定時器(1)，其輸入端接模擬激勵器，輸出端接驅動脈衝發生器(2)和脈衝順序倒置器(3)，模擬信號在比較定時器中與參考電壓相比輸出兩列不同延時的方波開啟和關斷時間脈衝;b)有一個脈衝順序倒置器(3)，其輸入端接幅度比較定時器(1)，輸出端接驅動脈衝發生器(2)，幅度比較定時器所產生的方波關斷時間脈衝經脈衝順序倒置器(3)後得到兩列順序倒置延時不同的關斷脈衝;c)有一個驅動脈衝發生器(2)，由n個A、B、C、D觸發器組成，其輸入端接幅度比較定時器(1)和脈衝順序倒置器(3)，輸出端有4n個，分別接方波逆變器的相應橋臂，幅度比較定時器和脈衝順序倒置器輸出的時間脈衝分別送驅動脈衝發生器中相應的A、B、C、D觸發器，產生一系列方波驅動脈衝，分別觸發n個直流-方波逆變器的A、B、C、D橋臂。
3.一種發射機特別是長波/超長波發射機用的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於a)有一個幅度比較定時器(1)，其輸入端接模擬激勵器，輸出端接驅動脈衝發生器(2)，模擬信號經幅度比較定時器與參考電壓相比輸出兩列不同延時的時間脈衝;b)有一個驅動脈衝發生器(2)，其輸入端接幅度比較定時器，輸出端接直流-方波逆變器的相應橋臂，驅動脈衝發生器由n個A、B、C、D觸發器組成。
4.一種發射機特別是長波/超長波發射機用的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於a)一個模/數轉換器(4)，將模擬激勵器輸出的模擬信號轉變為數位訊號，其輸入端接模擬激勵器，其輸出端通過數據總線接數位訊號處理器(5)，其控制埠與數位訊號處理器的控制埠互聯;b)有一個數位訊號處理器(5)，其輸出端A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，…An、Bn、Cn、Dn分別接n個直流-方波逆變器的A1、B1、C1、D1…An、Bn、Cn、Dn的橋臂。
5.權利要求2所說的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於幅度比較定時器由下列部分組成a)有2n個比較器(11)，111、…11m、…11n及111′、…11m′、…11n′，每個比較器有兩個輸入端，一個輸入端接模擬激勵器，另一輸入端接參考電壓發生器，輸出端接微分電路，模擬信號經比較器(11)與參考電壓相比，輸出高電平及低電平;b)每個比較器(11)後接一個微分電路(12)，共2n個，比較器輸出波形經微分得上升沿脈衝和下降沿脈衝，微分電路的輸出接延時器(13)及脈衝順序倒置器(3);c)有2n個延時器(13)，每個微分電路(12)後接一個延時器，微分得到的上升沿脈衝和下降沿脈衝經延時器得到一系列具有一定延時的脈衝，延時器(13)的輸出接驅動脈衝發生器(2)的相應輸入端。
6.權利要求3所說的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於幅度比較定時器由下列部分組成a)有2n個比較器(11)，111、…11m、…11n及111′、…11m′、…11n′，每個比較器有兩個輸入端，一個接模擬激勵器，另一個接參考電壓發生器，輸出端接微分電路，模擬信號經比較器(11)與參考電壓相比，輸出高電平及低電平;b)每個比較器(11)後接一個微分電路(12)，共2n個，比較器輸出波形經微分得上升沿脈衝和下降沿脈衝，微分電路的輸出，接延時器(13);c)有4n個延時器(13)，每個微分電路(12)後接2個延時器，延時器的輸出接驅動脈衝發生器，未經延時的脈衝和經延時的脈衝分別接驅動脈衝發生器(2)的相應輸入端。
7.權利要求2或5所說的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於脈衝順序倒置器(3)是由倒相器(31)、混合器(32)、計數器(33)、解碼器(34)、微分電路(35)和延時器(36)組成，倒相器(31)有2n個輸入埠分別與幅度比較定時器(1)的對應埠相接，倒相器(31)有2n個輸出埠接混合器(32)，混合器(32)的輸出接計數器(33)，計數器(33)的復位埠接幅度比較定時器的第一個方波開啟脈衝t11或t31的輸出端，計數器的輸出接解碼器(34)，解碼器的各輸出埠均接一個微分電路(35)，微分電路(35)的輸出分兩路，一路接延時器(36)，另一路為脈衝順序倒置器的延時τ微秒的脈衝輸出埠，延時器(36)的輸出作為脈衝順序倒置器的延時τ+0.2微秒的脈衝輸出埠，延時脈衝輸出埠與未延時脈衝輸出埠分別接驅動脈衝發生器(2)的相應輸入端。
8.權利要求4所說的模擬激勵器與功率放大器之間的接口電路，其特徵在於數位訊號處理器(5)由下列部分組成a)一個輸入接口(21)，其輸入數據口與模/數轉換器的數據口通過數據總線DB1相連，控制埠通過CB1與模/數轉換器的控制埠相連，數據輸出埠通過數據總線與計算機(22)和可按位置位/復位的並行接口片(23)相連;b)一臺計算機(22)，其數據口、地址口和控制口分別通過數據總線DB、地址總線AB和控制總線CB與輸入接口(21)和可按位置位/復位的並行接口片(23)相連;c)一組可按位置位/復位的並行接口片(23)，其輸出端A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，…An、Bn、Cn、Dn分別與n個直流-方波逆變器的A、B、C、D橋臂的控制極相連。
全文摘要
本發明提供了一種長波/超長波發射機用的模擬激勵器與功率放大器之間的信號處理方法。其特點是用橫切的方法得到構成階梯正弦波的各方波逆變器的觸發時序；用觸發不同數量逆變器的方法獲得不同幅值的正弦信號。附圖示出一種以硬體方式實現準等寬方波疊加方式的接口電路，它是由幅度比較定時器(1)、脈衝順序倒置器(3)和驅動脈衝發生器(2)組成。上述處理方法與接口電路能不失真地放大各種格式的報文信息，OOK、FSK、MSK
文檔編號H04B1/04GK1106145SQ9410589
公開日1995年8月2日 申請日期1994年6月2日 優先權日1994年6月2日
發明者楊景禮, 王儒達, 楊斌, 闞鈃, 趙宗儒 申請人:北京廣播器材廠