Цифровой формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиолокационных системах с непрерывным излучением линейно-частотно-модулированных радиосигналов, а также в различных измерительных приборах. Технический результат полезной модели заключается в удвоении девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, генерируемых формирователем широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, построенным на базе синтезатора прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурного модулятора и задающего генератора. Цифровой формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов содержит соответствующим образом соединенные опорный генератор 1, синтезатор прямого цифрового синтеза 3, микроконтроллер 2, делитель мощности 4, инвертор синусоидального сигнала 5, управляемый ключ 6, квадратурный модулятор 7 и задающий генератор 8. Благодаря наличию делителя мощности 4, инвертора синусоидального сигнала 5 и управляемого ключа 6, достигается удвоение девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, генерируемых формирователем широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, построенным на основе синтезатора прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурного модулятора и задающего генератора.

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиолокационных системах с непрерывным излучением линейно-частотно-модулированных радиосигналов, а также в различных измерительных приборах.

Из существующего уровня техники известен формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, основу которого составляют устройство прямого цифрового синтеза сигналов и схема фазовой автоподстройки частоты (Косов А.С., Зотов В.А. Генератор с линейной цифровой перестройкой частоты ММ диапазона волн // Материалы XIX международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». - 2009, стр. 85). В данном формирователе устройство прямого цифрового синтеза генерирует линейно-частотно-модулированный радиосигнал, являющийся опорным для схемы фазовой автоподстройки частоты, которая играет роль умножителя частоты с высокой кратностью умножения.

Достоинством указанного формирователя является широкий диапазон возможных значений девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, верхняя граница которого определяется величиной (0,40,45)·f_T·(M/N), где f_T - тактовая частота устройства прямого цифрового синтеза, M - коэффициент деления выходной частоты схемы фазовой автоподстройки частоты, N - коэффициент деления выходной частоты устройства прямого цифрового синтеза.

Недостатком указанного формирователя является возрастание уровня фазовых шумов на выходе схемы фазовой автоподстройки частоты, по сравнению с уровнем шума на выходе устройства прямого цифрового синтеза. Кроме того нелинейные эффекты схемы фазовой автоподстройки частоты приводят к нарушению линейности перестройки частоты формируемого линейно-частотно-модулированного радиосигнала.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, основу которого составляют устройство прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурный модулятор и задающий генератор немодулированного радиосигнала (Кочемасов В.Н., Голубков А.В., Голубков В.Г., Черкашин В.Г., Янковский Е.В. Методы формирования сверхширокополосных линейно-частотно-модулированных сигналов // Материалы IV общероссийской научно-технической конференции «Омск СВЧ 2012». - 2012, стр. 121).

Работа указанного устройства заключается в формировании устройством прямого цифрового синтеза двух квадратурных колебаний с линейно изменяющейся частотой, которые подаются на низкочастотные входы квадратурного модулятора. Одновременно на высокочастотный вход квадратурного модулятора подается гармоническое колебание на частоте f_н от задающего генератора. В результате на выходе квадратурного модулятора формируется радиосигнал, частота которого изменяется от величины f_н до f_н +F_дев. При этом F_дев(0,40,45)·f_T, где F_дев - девиация частоты, f_T - тактовая частота устройства прямого цифрового синтеза сигналов.

Достоинством указанного устройства является высокая линейность и стабильность изменения частоты, возможность перестройки несущей частоты радиосигнала путем изменения частоты задающего генератора.

Недостатком указанного устройства является невозможность формирования широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов с девиацией частоты, превышающей величину (0,40,45)·f_T.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении диапазона значений девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, генерируемых формирователем широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, построенным на базе синтезатора прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурного модулятора и задающего генератора, до величины (0,80,9)·f_T.

Решение данной задачи достигается за счет того, что цифровой формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов содержит опорный генератор, выход которого соединен с тактовыми входами микроконтроллера и синтезатора прямого цифрового синтеза, информационный вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, при этом первый выход синтезатора прямого цифрового синтеза соединен с первым низкочастотным входом квадратурного модулятора, высокочастотный вход которого подключен к выходу задающего генератора, согласно полезной модели, в него введены делитель мощности, инвертор синусоидального сигнала и управляемый ключ, при этом второй выход синтезатора прямого цифрового синтеза подключен к входу делителя мощности, второй выход которого соединен со вторым входом управляемого ключа, первый вход которого соединен с первым выходом делителя мощности через инвертор синусоидального сигнала, третий вход управляемого ключа соединен со вторым выходом микроконтроллера, а выход управляемого ключа соединен со вторым низкочастотным входом квадратурного модулятора.

Решение данной задачи также достигается за счет того, что в качестве инвертора синусоидального сигнала использован интегральный фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы входного синусоидального сигнала на 180 градусов.

Решение данной задачи также достигается за счет того, что в качестве управляемого ключа использован аналоговый однополюсный ключ на два направления или аналоговый двухканальный мультиплексор.

Технический результат полезной модели заключается в удвоении девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, генерируемых формирователем широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, построенным на базе синтезатора прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурного модулятора и задающего генератора.

Работа предлагаемого цифрового формирователя широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, структурная схема которого представлена на фиг. 1, поясняется с помощью временных диаграмм, изображенных на фиг. 2.

Устройство на фиг. 1 содержит опорный генератор 1, синтезатор прямого цифрового синтеза 3, микроконтроллер 2, делитель мощности 4, инвертор синусоидального сигнала 5, управляемый ключ 6, квадратурный модулятор 7 и задающий генератор 8.

Выход опорного генератора 1 соединен с тактовым входом синтезатора прямого цифрового синтеза 3 и входом микроконтроллера 2. Первый выход микроконтроллера подключен к информационному входу синтезатора прямого цифрового синтеза 3, а второй выход - к управляющему входу управляемого ключа 6.

Первый выход синтезатора прямого цифрового синтеза 3 соединен с первым низкочастотным входом квадратурного модулятора 7. Второй выход синтезатора 3 подключен к входу делителя мощности 4, первый выход которого через инвертор синусоидального сигнала 5 подключен к первому информационному входу управляемого ключа 6.

Второй выход делителя мощности 4 соединен со вторым информационным входом управляемого ключа 6. Выход задающего генератора 8 подключен к высокочастотному входу квадратурного модулятора 7.

Практическая реализация элементов схемы цифрового формирователя широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов может быть осуществлена на базе широко распространенных электронных компонентов компаний Analog Devices, STMicroelectronics, Hittite, Mini-Circuits Laboratory, Maxim, Vishay.

Предлагаемое в настоящей заявке устройство работает следующим образом. Синтезатор прямого цифрового синтеза 3 на основе полученной от микроконтроллера 2 информации (время запуска, начальное и конечное значение синтезируемой частоты, шаг и время перестройки по частоте) формирует два квадратурных частотно-модулированных сигнала u_c(t) и u_s(t) с симметричным треугольным законом изменения частоты f_dds(t), девиацией F _дев и периодом T_м (фиг. 2а). Опорный генератор 1 вырабатывает тактовый сигнал, обеспечивающий синхронную работу синтезатора прямого цифрового синтеза 3 и микроконтроллера 2, выполняющего функцию управления работой синтезатора 3 и управляемого ключа 6.

Синфазный сигнал u_c(t) поступает на первый низкочастотный вход квадратурного модулятора 7, а квадратурный сигнал u_s(t) - на вход делителя мощности 4, распределяющего мощность сигнала на два выхода. Сигнал с первого выхода делителя мощности 4 после прохождения инвертора синусоидального сигнала 5 поступает на первый аналоговый вход управляемого ключа 6, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода делителя мощности 4. В результате формируются два дифференциальных сигнала u_s(t) и -u_s(t), которые поступают на информационные входы управляемого ключа 6. Ключ 6 осуществляет коммутацию одного из входных сигналов на второй низкочастотный вход квадратурного модулятора 7 в моменты времени, определяемые управляющим сигналом u_упр(t), поступающим от микроконтроллера 2 (фиг. 2б):

На высокочастотный вход квадратурного модулятора 7 подается от задающего генератора 8 радиосигнал частотой f_н.

В результате на выходе квадратурного модулятора 7 формируется линейно-частотно-модулированный радиосигнал u_лчм(t), описываемый выражением:

Частота радиосигнала (2) изменяется по закону несимметричной пилообразной функции f_вых (t) (фиг. 2в), девиация частоты равна удвоенному значению девиации 2F_дев низкочастотного модулирующего сигнала, генерируемого синтезатором прямого цифрового синтеза. При этом период несимметричной пилообразной модуляции формируемого линейно-частотно-модулированного радиосигнала равен периоду симметричной треугольной модуляции модулирующего сигнала.

Таким образом, заявляемое устройство по сравнению с известным устройством (прототипом) позволяет в два раза расширить диапазон возможных значений девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов.

1. Цифровой формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, содержащий опорный генератор, выход которого соединен с тактовыми входами микроконтроллера и синтезатора прямого цифрового синтеза, информационный вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, при этом первый выход синтезатора прямого цифрового синтеза соединен с первым низкочастотным входом квадратурного модулятора, высокочастотный вход которого подключен к выходу задающего генератора, причем выход квадратурного модулятора является выходом устройства, отличающийся тем, что в него введены делитель мощности, инвертор синусоидального сигнала и управляемый ключ, при этом второй выход синтезатора прямого цифрового синтеза подключен к входу делителя мощности, второй выход которого соединен со вторым входом управляемого ключа, первый вход которого соединен с первым выходом делителя мощности через инвертор синусоидального сигнала, третий вход управляемого ключа соединен со вторым выходом микроконтроллера, а выход управляемого ключа соединен со вторым низкочастотным входом квадратурного модулятора.

2. Цифровой формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инвертора синусоидального сигнала использован интегральный фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы входного синусоидального сигнала на 180 градусов.

3. Цифровой формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве управляемого ключа использован аналоговый однополюсный ключ на два направления или аналоговый двухканальный мультиплексор.