Генератор качающейся частоты

 

ГЕНЕРАТОР КАЧАЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ, содержащий поспеаоватепьно соединенные блок ксмпараторов, управляемый усипитепь, перестраиваетлый генератор , усипитепь мощности, перестраиваемый умножитель частоты, направленный ответвитель, амплитудный детектор и амплитудный дискриминатор, к другому входу которого подключен выход источника опорного сигнала, а также сумматор и бпок /управления частотой, выход которого подключен к управретющим входам блока компараторов, управляемого усилителя и к одному нз входов сумматора, отличающийся тем, что, с цепью повышения помехоустойчивости и увеличения быстродействия, между выходом амплитудного дискриминатора и дру гим входом сумматора введены последовательно соединенные выпрямитель, бпок вь1борки и запоминания, стробируемый компаратор, управляемый ключ, счетный триггер, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, а также введены последовательно соединенные генератор тактовых 11мпульсов и кольцевой счетчик, первый выход которого подклк чен к входу стробирования стробируемого S компаратора, второй выход - к управля (Л ющему входу управляемого ключа и к управляющему входу блока выборки и запоминания , а третий выход -- к счетному входу реверсивного-; счетчика, г-при этом выход выЯрямителя подключен тгасже к другому сигнальному входу стробируемого компаратора.

2 1 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

<Ю (Ill èî Н 03 И 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3429293/1 8-09 (22) 1 9.02.82 (46) 07.11.83. Бюп. № 41 (72) И;Г. Б. Балтарагис (53) 621.373.42 (088.8) (56) 1. Paul R. Hernday, Carl I .

Enlow. А high-performance 2-to-18

GHz sweeper.-Hewlett-Packard Journal.

March 1975,ч.26, И . 7. р.49.

2. Патент США ¹ 4032859, кп. 331-53, 1978 (прототип). (54)(57) ГЕНЕРАТОР КАЧАЮЩЕЙСЯ

ЧАСТОТЫ, содержащйй поспедоватепьно соединенные бпок компараторов, управляемый усипитель, перестраиваемый генератор, усипитепь мошности, перестраиваемый умножитель частоты, нвправпенный ответвитепь, амппитудный детектор и амплитудный дискриминатор, к другому входу которого подключен выход источника опорного сигнапа, а также сумматор и бпок -управления частотой, выход которого подключен к управпяклцим входам бпока компараторов, управпяемого уснпитепя и к одному из входов сумматора, отпичающийся тем,что,с пенью повышения помехоустойчивости и увепичения быстродействия, между выходом амппитудного дискриминатора и другим входом сумматора введены поспедоватепьно соединенные выпрямитель, бпок выборки и запоминания, стробируемый компаратор, -управпяемый кпюч, счетный триер, реверсивный счетчик и иифроанапоговый преобразоватепь, а также введены доспедовательно соединенные генератор тактовых импупьсов и копьцевой счетчик, первый выход которого подкпючеп к входу стробирования стробируемого компаратора, второй выход - к "управпяюшему входу управляемого кпюча и к управпяюшему входу бпока выборки и запоминания, а третий выход = к счетному входу реверсивного; счетчика,," при этом выход выпрямитепя подключен также к другому сигнапьному входу стробируемого компаратора.

1 108

Изобретение относится к радиотехнике и может быть испопьзовано в качестве источника сигнапов качающейся частоты

B измеритепях частотных характеристик радиоустройств и в анализаторах спектра.

Известен генератор качающейся частоты (ГКЧ), содержащий поспедоватепьно ° соединенные перестраивиемый ЖИГ-генератор, аттенюатор на р- - p диодах, усипитепь мощности, широкополосный О умножитвпь частоты с перестраиваемыми фильтрами на основе резонаторов из жепезоиттриевого граната, направпенный

Ответвитепь, детектор и дискриминаторусипитепь разностного сигнапа, а также !5 блок управления частотой, блок компараторов, управпяемый усипитепь и источник опорного сигнапа (1) .

Недостатком ГКЧ явпяется трудность обеспечения сопряжения перестройки пере- 20 страиваемого ЖИГ-генератора и широкополосного умножителя частоты с перестраивиемыми фильтрами на основе резонаторов иэ жепеэоиттриевого граната (ЖИГ-фипьт рами), 25

Наибопее пизким по технической сущности явпяется генератор качающейся частоты (ГКЧ), содержащий поспедовитепьно соединенные бпок компараторов, управпяемый усипитепь, перестраиваемый генератор, усипитепь мощности, перестраиваемый умножитепь частоты, направ пенный ответвитепь, амппитудный детектор и ампнитудный дискриминатор, к другому входу которого подключен, выход источника опорного сигнапа, и также сумматор и бпок управпения частотой, выход которого подключен к управпяющим входам бпока компараторов, упривпяемого усипитепя и к одному из входов сумматора (2f .

Однако известному ГКЧ присущи недостаточно высокие помехоустойчивость и быстродействие.

Е впыо изобретения явпявтся повышение помехоустойчивости и увепичение быстродействия, Указанная цепь достигается тем, что в ГКЧ, содержащий поспедоватепьно соедине нные бпок компараторов, управпяемый усипитепь, перестраиваемый генератор, усипитепь мощности, перестраиваемый умножитепь частоты, направленный ответвитель, амплитудный детектор и амппитудный дискриминатор, к другому 55 входу которого подключен выход источника опорного сигнала, а также сумматор и бпок управпения частотой, выход

3261 2 которого подкпючен к. управпяющим входам бпока компараторов, управпяемого усипитепя и к одному иэ входов сумматора, между выходом амппитудного диокриминитОра и другим входом сумматора введены поспедоватепьно соединенные выпрямитепь, блок выборки и запоминания, стробируемый компаратор, управпяемый кпюч, счетный триггер, ревврсивный счетчик и цифроинапоговый преобразоватепь, а также введены поспедовиа тепьно соединенные генератор тактовых импульсов и кольцевой счетчик, первый выход которого подключен к входу стробировиния стробируемого компара тори, второй выход — к упривпяюшему входу управпяемого кпючи и к управляющему входу блока выборки и запоминания, а третий выход — к счетному входу реверСИВНОГО СЧЕТЧИКИ, ПРИ ЭТОМ ВЫХОД ВЫпрямитепя подключен также к другому г сигнипьному входу стробируемого компира тора.

На фиг. 1 предстивпени функционипьния эпектрическая схема генератора качающейся частоты (ГКЧ); на фиг. 2 и 3— эпюры сигнипов, поясняющие работу ГКЧ.

ГКЧ содержит перестрииваемый генератор 1, усипитель 2 мощности, перестраиваемый умножитепь 3 частоты, HBпривпенный Ответвитепь 4, амппитудный детектор 5, имппитудный дискрк1инитор

6, источник 7 опорного сигнипи, бпок 8 управпения чистотой, бпок 9 компирито ров, упривпяемый усипитепь 10, сумматОр 11, выпрямитепь 12, бпок 13 выборки и запоминания, стробируемый компиратор 14, упривпяемый кпюч 15, счетный триггер 16, генератор 17 тактовых импупьсов, кольцевой счетчик 18, реверсивный счетчик 19, цифроинипоговый преобразоватепь (ЦАП) 20, Л

ГКЧ работает спедующим образом.

Управпяющее напряжение с первого выхода бпока управпения частотой через управпяемый усилитель 10 перестраивает чистоту перестриивиемого генератора 1 и через сумматор 11 — ЖИГ-фипьтр пере страиваемого умножитепя 3. Бпок 9 компараторов срабатывает ни таких уровнях управпяюшего напряжения, при которых заканчивается рабочий диапазон чистот перестраиваемого генератора 1. Сигнапы управления бпоки 9 компариторов пврвкпючают коэффициент усипения и сигналы смещения упривпяемого усипитепя 10 таким образом, что перестройка пересФрииваемого генератора 1 ничинивтся

53261 4

3 1 с начальных частот диапазона генератора.

Однако уруправпяюшее напряжение иэ бпока 8 управпения частотой, продопжает нарастать и через сумматор 11 перестраивает ЖИГ-фильтр в перестраивае- мом умножитепе 3, на выходе которого выделяется сигнап с частотой, соответсч вующей бопее высокому номеру гармоники сигнана перестраиваемого гейератора

1, поступающему на перестраиваемый умножитель 3 через усипитепь 2 мошнос тие

Поспе достижения граниж1 выставленного диапазона частот управняюшее напряжение возвращается к начапьному,, уровню и процесс перестройки частоты повторяется сначапа. Направденный о ветвитель 4 отбирает небопьшую часть выходной мощности ГКЧ, которая изменяется в диапазоне частот ГКЧ, и направляет ее на амппитудный детектор 5, на выходе которого попучается сигнал постоянного напряжения, пропорционапьный отобранной части выходной мощности

ГКЧ. Данный сигнап подается на амппитудный дискриминатор. 6, где сравнивается с сигнапом от источника 7 опорного сигнапа, пропорционадьным желаемому уровню мощности на выходе ГКЧ. Раэностный сигнал с выкода амппитудного дискриминатора 6 поступает на еыпрямцтепь 12.

Узлы 12 - 20 совместно с узпами

11, 3 - 7 образуют систему автоматической подстройки частоты перестраиваемого умножитепя 3 и стабипизации мощности ГКЧ (система AP). Очевидно, что / при работе системы AP в режиме стабипизации мощности по заданному опорному уровню от источника 7 опорного сигнапа 7 по мере прибпижения к уста1 новившемуся режиму сигиап ошибки на выходе амппитудного дискриминатора 6 приближается к.нупю, начиная от такого уровня сигнала ошибки, который бын в начапьном моменте работы системы AP и который может быть как.отрицатепьным, так и попожитепьным, в зависимооти от того, превышает опорный уровень сигнап с амппитудного детектора 5 ипи наоборот. На выходе выпрямитепя 12 этот, сигнап ошибки всегда будет одной попярности и по мере приближения сис темы AP к установившемуся режиму будет приближаться к минимапьной вепичине по абсопютному значению.

На фиг. 2 приведены эшоры сигнапов в раэпичных очках системы AP при работе в режиме стабипиэации выходной

Далее система AP работает в спедующей поспедоватепьности. В момент Фо (фиг.2) импупьс с выхода копьцевого счетчика 0 qg q опрашивает стробируемый компаратор 14. Допустим, что напряжение 0qg было отрицатепьным о отноше нию к напряжению Uq . Тогда на выходе стробируемого компаратора 14 появляется логическая l", которая открывает управляемый кпюч 15. В момент -у импупьс

0, стробирует бпок 13 выборки аг

50 запоминания и sT выравниет mm ние на входах стробируемого компаратора

14 (фиг. Зв). Одновременно этот же импупьс проходит через управпяемый ключ 15 и изменяет состояние счетного триггера 16, выходной сигнап которого становится погическим нупем и переводит реверсивный счетчик 19 в режим счета вверх . В момент импульс

0 мощности ГКЧ. Числовыми индексами к напряжению (g ) обозначены. номера узлов, на выходах которых имеют место показанные сигналы. Дпя наглядности

020 увеличен по сравнению с реально необходимым дпя обеспечения требуемой точности стабипизации мощности.

Пусть в начапьный момент 4о рабощ ты системы AP положение амппитудночастотной характеристики (АЧХ) фильтра в перестраиваемом умножитепе 3, выполненного на основе резонаторов иэ жепезоиттриевого граната (ЖИГ-фипьтра) такое, что при установпенной выходной частоте ГКЧ выходной сигнап амппитудного детектора 5 равен 05 "g (фиг.2а, точка на штриховой АЧХ). Уровень онорного напряжения от источника 7 опорного сигнапа U = Ооп. Сигнап ошибки с выхода амппитудного дискриминатора 6 равен Ug Ь" и явпяется попожитепьным. Выпрямитель 12 преобразует сигнап ошибки в сигнал отрицатепьной поя5 пярности, который подается HB первый вход стробируемого компаратора 14 и на вход бпока 13 выборки-запоминания, с выхода которого подается на второй вход стробируемого компаратора 14.

Стробируемый компаратор 14 работает таким образом, что когда на его первом входе напряжение 0 ц попожитепьно по отношению к напряжению О на втором входе, на его выходе попучается погический "О, а. когда напряжение на пер35 вом входе отрицатепьно по отношению к напряжению на втором входе, на выходе попучается погическая 1 .

1053261

Ц я g> увепичивает содержимое реверсивного счетчика 19 на единицу, выходное напряжение ЦАП 20 также попучает шаговое приращение и через сумматор 11 перестраивает ЖИГ-фипьтр в перестраи- 5 заемом умножитепв 3. Вспецствие этого выходное напряжение амппитудного дис. криминатора 6 изменяется (в данном случае падает). Выходное напряжение выпрямитепя 12 цействует на первом входе стробирувмого компаратора 14 и становится попожитепьным по отношению к напряжению.на втором входе. Поспе .прихода импупьса 0 8 < в момент t выходной сигнап стробируемого компаратора 14 изменяется к погическому 0 и запирает управпяемый кпюч 15. Импупьс

О в момент Ь4 выравнивает напря 2 жения на входах стробируемого компаратора 14. Импупьс Ц gq в момент fig 20 увепичивает содержимое реверсивного счетчика 19 на единицу, выходное напряжение ИАП 20 увеличивается на снедующую ступеньку и через сумматор 11 снова перестраивает ЖИГ фильтр в перестра-Р иваемом умножитепе 3. Выхоцное напря- . жение амппитудного дискриминатора 6 снова падает.

Процесс продопжается до момента, когда АЧХ ЖИГ-фипьтра в перестраиваемом умножитепе 3 смещается до попожения, в котором напряжение на выходе амппитудного детектора 5 прибпижается вппотную до .0оп (фиг. 2а, точка Ug на сппошнрй АЧХ). Спецующее приращение

35 выходного напряжения ЦАП 20 смещает

АЧХ ЖИГ-фипьтра в перестраиваемом умножитепе 3 так, что выходное напряжение выпрямитепя 12 вместо прибпиже40 ния к нулю удапяется от него (фиг, 2б,в момент времени Г,н ). Тогда поспе при хода импульса U4g в момент 6 2 на ! выходе стробируемого компаратора 14 пОявпяется погическая 1 q EQTop95I ° От крывает управляемый кпюч 15. Спедую45 щий импульс Ц в момент 1 изменяет состояние счетного триггера 16 на погическую 1 и переводит ре Версивный счетчик 19 в состояние счета "вниз". упьс () р g 3 B МОмент (. 4 уменьшает

50 содержимое реверсивного счетчика 19 на единицу, напряжение UAII 20 ступвньчато падает и через сумматор l l перестраивает ЖИГ-фильтр в перестраиваемом умножитепе 3 в другую сторону. Выходное напряжение амплитудного дискриминатора 6 снова становится попожитепьным, выходное напряжение выпрямитепя 12 снова прибпижается к. нупю..1роцесс в системе AP продопжается анапогичным образом (фиг. 2, моменты 1 — 7), Так как система AP достигает своего установившегося значения, выходное напряжение амппитудного детектора 5 0 ч равно U 0< с фпюктуацией 8 U„, которая явпяется сигнапом ошибки данной системы

АР, и может быть сдепана скопь угодно мапой с помощью увеличения разрядности реверсивного счетчика 19 и ЦАП 20, т.е. уменьшением значения шага изменения выходного напряжения LIAR 20, Работа системы AP на вершине резонансной АЧХ ЖИГ-фильтра в перестраиваемом умножитепе 3, т.е. по максимуму выходной мощности ГКЧ, в принципе не отпичается от описанной и графически представпена на фиг, 3.

Пучть в начапьный момент и работы системы АР положение АЧХ %HI -фипьтра такое, что при установпенной Выходной частоте ГКЧ выходной сигнап амплитудного детектора 5 равен Uq = 01 (фиг.3а, точка на штриховой АЧХ), опорный сигнал с выхода источника 7 опорного сигнапа

LI-t = 0оп и выше максимапьно возможных значений выходного сигнала амппитудного детектора 5. Сигнап ошибки с выхода амппитудного дискриминатора 6

Ug равен g 0 и явпяется отрицатепьным.

При работе системы АР (фиг. 3, моменты

t27) A 1X КН1-фипьтра В перестраиваемом умножитепе 3 смещается В положение, при котором выходной сигнап ампритудного де ектора 5 равен lJ — — Og (фиг. 3а, точка на сппошной АЧХ), Сиг нап ошибки и Ug остается и в установившемся режиме работы системы АР, а его фпюктуации б 0а могут быть уменьшены цо скопь угодно мапой величины = помощью увепнчения разрядности реверсив ного счетчика 19 и HAH 20, т,е„уменьшением значения шага изменения выходного напряжения ЦАП 20. При этом на

Выходе ГКЧ будет присутствовать максимально возможная дпя данной частоты

ВыхОднОГО сиГнапа мощность, 1

Попожитепьный эффект в прецпагаемом генераторе качающейся частоты достигается за счет того, что ввеценная цепь обеспечивает работу сисгемы автоматической подстройки частоты перестраиваемого умножитепя и стабипизации мощнооти ГКЧ на любом склоне АЧХ ЖИГ-фипьтра, причем по своему дискретному ха» рактеру явпяется устойчивой к действию помех на выходе амплитудного цискрими7 1О натора, а также является более быстродействующей IIo сравнению с известным устройством, таккак нет необходимости работать только на оцном склоне ЛЧХ

ЖИГ-фильтра и пользоваться медленной системой поиска, прохоцяшей все возможные уровни выходной мощности ГКЧ цо того, как система вхоцит в синхронизм, что имеет место влиэвестном ГКЧ. Одновременно обеспечивается работоспособность ГКЧ в режиме автоматической перестройки частоты при максимальной нестабилизированной выходной мощности

ГКЧ цля достижения максимальной фильт-. рации параэитных сигналов íà выходе

ГКЧ, в то время как в известном ГКЧ такой режим невозможен из-за необходимости ручной подрегулировки опорного

53261 напряжения для кажцого, отличающегося друг от друга значения максимальной выходной мощности ГКЧ.

Предлагаемый генератор качающейся частоты имеет помехоустойчивость в

1 8 раз, а быстроцействие - в 6 раэ больше, чем известный. ГКЧ устойчиво работает в режиме автоматического качанияя частоты ГКЧ в диапазоне 3-1 8 ITu

1О при максимальной нестабилизированной выходной мошности без какого-либо многоКрагггого регулирования опорного Bsnpaжения от источника опорного сигнайа, при этом обеспечивается максимальное подавление паразитных сигналов на выходе ГКЧ, TBK как полностью используется характеристика фильтрации ЖИГ-фильтра из-за работы на его вершине.

) 05326 I

Составитепь Н. Чеканова

Редактор И. Егорова Техред A.ÁàáëíåU Корректор М, немчик

Заказ 8999/55 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 финиап ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4