Устройство для формирования сигналов с изменяющейся частотой

 

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИЮВАНИЯ СИГНАЛОВ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТОЙ , содержащее последовательно соединенные опорный генератор и блок формирования сетки частот, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности формирования заданного полиномиального закона изменения частоты формируемого сигнала, в него введены блок формирования управляющих импульсов и N последовательно соединенных блоков формирования сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, синхронного фильтра, усилителя и буферного каскада, выход которого i соединен с вторым сигнальным входом синХрОнного фильтра, опорные входы первого, второго , ... N-ro синхронных фильтров подключены соответственно к первому, второму, N-му выходам блока формирования сетки частот, (N+l)-u выход которого соединен с сигнат ным входом ключа N-ro блока формирования сигналов, управляющие входы ключей каждого из N блоков формирования сигналов объеда- 5 нены и подключены к выходу блока форА4ироkn вания управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом опорного генератора, |f при этом выход усилителя является выходом блока формирования сигналов. J;: QO СО со

„„SU,;,11493

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5)) И 03 В 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3461923/24-09 (22) 01.07.82 (46) 07.04.85. Бюл; No 13 (72) М. А. Быховский (53) 621.373.42(088.8) (56) ). Алешин В. Г. и др. Конспект лекций по курсу радиопередающие устройства. Синтезаторы частоты. Изд-во Московского ордена Ленина энергетического института, !978, с. 33 — 37.

2. Peeb1es P.Z., Stevens G. Н. А techni-.

que for the generation of highly linear FM

pulse radar signals. — lEEE Tr. М1 -9, 1965, Р 1, р. 32 — 38 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВА—

НИЯ СИГНАЛОВ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТОЙ, содержащее последовательно соединенные опорный генератор и блок формирования сеткичастот, отличающееся тем, что, с целью повышения точности формирования заданного полиномиального закона изменения частоты формируемого сигнала, в него введены блок формирования управляющих импульсов н N последовательно соединенных блоков формирования сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, синхронного фильтра, усилителя и буферного каскада, выход которого i соеди нен с вторым сигнальным входом синхрОнного фильтра, опорные входы первого, второго, ... И-го синхронных фильтров подключены соответственно к первому, второму, N-му выходам блока формирования сетки частот, (N+1)-й выход которого соединен с сигналь-ным входом ключа N-го блока формирования сигналов, управляющие входы ключей каждого из N блоков формирования сигналов объединены и подключены к выходу блока формирования управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом опорного генератора, ° С при этом выход усилителя является выходом блока формирования сигналов.

Фю а

1149373

30 состоит из последовательно соединенных первого перемножителя, фильтра нижних частот, 35

2. Устройство по и. 1, отличающ е е с я тем, что синхронный фильтр содержит первый и второй каналы, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого перемножителя, фильтра нижних частот, линии задержки и второго перемножителя, выходы которых подключены к соответствующим входам суммагора, выход которого является выходом синхронного фильтра, а также содержит первый и второй фазовращатели, при этом первый вход первого перемножителя первого канала и вход первого фазовращателя объединены и являются

Изобретение относится к радиотехник. и ьюжет быть использовано в измерительной технике, спектроанализаторах, рациолокации для формирования сигналов, частота которых изменяется по сложному закону.

Известно устройство для формирования сигналов с изменяющейся частотой, содержащее несколько последовательно соединенных

ыцсопительных сумматоров, тактовые входы которых объединены и подключены к выходу опорного генератора, а к кодовому входу первого накопительного сумматора подключены выходы регистра частоты.

На входе данного устройства при и накопительных регистрах формируется колебание, частота которого изменяется по закону полинома (i -1)-й степени (1).

Однако точность формирования заданного

Закона изменения частоты недостаточна и повьппеиие точности достигается посредством увеличения числа разрядов регистра и накопительных сумматоров.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство дпя формирования сигналов с изменяющейся частотой, содержащее последовательно соедииениме опорный генератор и блок формирования сетки частот f2j.

Однако фуйкциональные возможности известного устройства для формирования сигналов с изменяющейся частотой ограничены, поскольку оно не позволяет формировать с высокой точностью сигналы с произвольным законом изменения частоты.

Цель изобретения — повышение точности формирования заданного полиномиального

25 первым сигнальным входом синхронного фильтра, выход первого фазоврашателя подключен к первому вхоцу первого перемножителя второго канала, вторые входы первых перемножителей каждого из двух каналов объединены и являются вторым сигнальным входом синхронного фильтра, вход второго перемножителя первого канала и вход второго фазовра цателя объединены и яв::яются опорным входом синхронного фильтра, выход второго фазоврашателя подключен к второму входу второго неремножителя второго канала. закона изменения частоты формируемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования сигналов с изменяющейся частотой, содержащее последовательно соединенные опорный генератор и блок формирования сетки частот, введены

I блок формирования управляющих импульсов и N последовательно соединенных блоков формирования сигналов; каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, синхронного фильтра, усилителя и буферного каскада, выход которого соединен с вторым сигнальным входом синхронного ,)ильтра, опорные входы первого, второго,..., И-го синхронных фильтров подключены соответственно к первому, второму, N-му выходам блока формирования сетки частот, (И+1)-й выход которого соединен с сигнальным входом ключа N-ro блока формирования сигналов, управляющие входы ключей каждого из М блоков формирования сигналов объединены и подключены к выходу блока формирования управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом опорного генератора, при этом выход усилителя является выходом блока формирования сигналов.

Кроме того, синхронный фильтр содержит первыи и второи каналы, каждыи иэ которых линии задержки и второго перемножителя, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого является выходом синхронного фильтра, а также содержит первый и второй фазоврашатели, при этом первый вход первого перемножигеля псрвого

Э ll канала и вход первого фазовращателя объединены и являются первым сигнальным входом (. синхронного фильтра, выход первого фазовращателя подключен к первому входу первого перемножителя второго канала, вторые входы первых перемножителей каждого из двух каналов объединены и являются вторым сигнальным входом синхронного фильтра, вход второго перемиожителя первого канала и вход второго фазовращателя объединены и являются lp . опорным входом синхронного фильтра, выход второго фазовращателя подключен к второму входу второго перемножителя второго канала.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства. 15

Устройство для формирования сигналов с изменяющейся частотой содержит опорный генератор 1, блок 2 формирования управляю1цих импульсов, блок 3 формирования сетки астот, блок 4-1, 4-N формирования сигнала, ключ

5-1, 5-N, синхронный фильтр 6, усилитель 7, буферный каскад 8, первый перемножитель 9 первого канала, фильтр 10 нижних частот (ФНЧ) первого канала,.линию 11 задержки первого канала,. второй перемножитель 12 25 первого канала, сумматор 13, первый 14 и второй 15 фазовращатели, первый перемножи. тель 16 второго канала, ФНЧ 17 второго канала, линию 18 задержки второго канала, второй перемножитель 19 второго канала.

Устройство для формирования сигналов с изменяющейся частотой работает следующим образом.

Пусть на первом сигнальном входе синхронного фильтра К-го блока 4-k формирования сигнала действует напряжение

U „(t) = 2 S in (м t + 0 „(т) ) (1) а на его опорном входе напряжение

Рк(т) = 2 $ п (®ot + b (t)) ° (2)

На входе К-ro блока 4 k формирования 4р сигнала напряжение имеет вид

L (t) = Sin (t + C„(t)) (3) 49373 4 синхронного фильтра 6 К-го мирования сигналов.

Учитывая зто ак(t ) = С, 1(t)

Из выражений (4} и, (5) изменения фазы сигналов на

4 формирования сигналов. блока 4-k фор(5) получают закон выходах блоков (ь} (xo}

Из выражения (8) видно, что на выходе

N-ro блока 4-N формирования сигнала мгновенная частота изменяется по линейному закону, на выходе (N-1)-го блока 4(1ч -1) -, формирования сигнала закон изменения мгновенной частоты описывается полиномом второй степени. В общем случае, если в устройстве содержится N блоков 4 формирования сигнапов,то на выходе устройства будет сформирован сигнал, частота которого изменяется в функции от t как полипом й-й степени. Коэффициенты этого полинома зависят от величины m значе. ние которых выбирается исходя из закона изменения частоты сигнала на выходе устройства.

Рассмотрим работу синхронного фильтра 6.

Пусть на выходе сумматора 13 К-го блока формирования сигнала действует напряжение

L„(t) = $1п (от + С (t)) ° (l 1), где C„(t) = 0 (t).+." (Ь,(t) Q„(t))dt 45 (4)

В блоке 2 формирования управляющих импульсов вырабатываются прямоугольные импульсы с частотой повторения. являющейся субгармоникой частоты опорного генератора 1.50

Сигналы с частотой, изменяющейся по поянномиальному закону вырабатываются во время действия этих импульсов, которые открывают ключи 5-1, 5-N в каждом блоке 4-1,..., 4-1ч формирования сигналов. Во время дейст- 55 вия импульсов выход (К-1)-го блока 4-1, 4-N формирования сигналов оказывается подключенным к первому сигнальному входу

На выходе блока 3 формирования сетки частот формируются колебания согласно выражению (2), в которых b„(t)= m „9 t, где т .— частота колебаний опорного генератора 1; ш где m, N — целые числа, т.е. на выходе блока 3 формирования сетки частот действует напряжение

V„(t)= Sin (N+m„) 9 t ° (»

Учитывая, что С „„(t) = m„9 t H

b (t) = гп„9 t, находим

Из выражения (8) следует, что ср

Из выражения (6) получаем с}С„„(Ч

= Р Im„„+ (и„ ь„;2т„„! — о мгновенная частота

1149373

Тогда из (16) получаем

V, (t) — 2Cos (смот + 0 „(t)) . (13) В результате перемножения сигналов в пер- 20 вых перемножителях 9 и 16 первого и второго канала на их выходах будут следующие низкочастотные напряжения

< „(т ) =Cos (С Ä (t) — a,(t)); (t) = S . (С „(t) — 0 „(т)) (14) 25

" к

Напряжения с частотой 2м, возниканицие на выходах первых перемножителей 9 и 16, эффективно подавляются ФНЧ 10 и 17.

Амплитудная частотная характеристика ФНЧ 1030 и 17 выбирается так, чтобы в пределах полосы частот, занимаемой сигналами (14), она была бы равномерной, а фазовая характеристика должна быть близка к линейной.

Мгновенная частота сигналов (14) равна (с = С1 fC „(t) — 0„(< ) ), (15)

После прохождения через ФНЧ 10 и 17 и линии 11 и 18 задержки сигналы (14) приобретают дополнительный фазовый сдвиг, равный

40 ц(ы = arg Р(ь) (16) где. F (ю) — частотная характеристика цепи, 4

-состоящей из ФНЧ и линии задержки.

Если, например, эта цель представляет собой последовательно соединенные интегрирующий фильтр с частотной характеристикой

F, (up)

eL

50 1 с + jlo где о — полоса пропускания фильтра, и линию задержки с частотной характеристикой

Е,(ы е

55 где . — время задержки, то F (о)= Е,(ц>1. Е (ю1 и

arg Е(ы1= — ыТ вЂ” агс tg — — — (+с ю( (d 4 (17) сиги ала.

После усиления в усилителе 7 этот сигнал через буферный каскад 8 поступает на входы

5 первого и второго каналов синхронного фильтра 6.

В результате на входах этих каналов действует сигнал

Vax(t)= k Sin М + С к(т)) (12) где k — коэффициент усиления усилителя.

На первый сигнальный вход синхронного фильтра 6 поступает напряжение согласно выражению (1), которое после прохождения через фазовращатель 14, обеспечивающий фазовый. сдвиг на 90, преобразуется в напряжение ч()- (< — ) — (с„I<)-a„(t))

Таким образом, можно записать следующие выражения для сигналов, действующих на выходах ФНЧ 10 и 17: й, (tI= cos (С (tI-Q„(il-Ì(íý)); о3 Ы= — Б) (с„ с -Й 1(-Ч ы))

Через — обозначены потери в каждом

1 из каналов уровня сигналов. Эти потери обусловлены потерями преобразования сигналов в перемножителях, фильтрующих цепях и т. д. Так как блок 4 формирования сигналов является регенеративным устройством, эти потери в точности равны коэффициенту

7 усиления. На опорный вход синхронного фильтра 6 поступает сигнал (12), который после прохождения через второй фиэовращатель 15, обеспечивающий фазовый сдвиг 90, преобразуется в сигнал

P„(t) = 2 Соя(юр t + b f (t)) (20)

После перемножения сигналов в перемножителях 12 и 19 и сложения результатов пере-. множения в сумматоре 13 получаем сигнал, действующий на выходе синхронного фильтра 6, 2 (Ц=в1и(и) 1,+С (tj-6 (Ц+Ь (С)- (о)}) . (24

Этот с гнал, очевидно, должен быть равен сигналу (3), т.е.

С (t) — С (t) — 0„(t) + b„(t) — q(u)f (22)

С учетом выражения (18) из выражения (22) находят

"o 4-fC, (t )- 0„(т) 1 = b (t) — 0к(т),(23)

4 где 7 = С+—

0 Ы, н, следовательно, С „(t) = 0Ä(t) ++ (Ь „(t) 0„(т)1 1т,(24) о

Формула (24) совпадает с формулой (4).

Положительный эффект в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что в блоке 4 формирования сигналов осуществляется интегрирование разности фаз сигналов, действующих на его сигнальном и опорном входах.

Сигналы на входе блока 3 формирования сетки частот имеет высокую стабильность частоты. Как видно из выражения (10), это позволяет обеспечить существенно более высокую точность формирования заданного закона изменения частоты сигнала на выходе

k ro блока 4k формирования сигналов, 1149373

Составитель Ю. Ковалев

Техред Ж.Кастелевич Корректор А. Тяско

Редактор О. Черниченко

Заказ 1916/40: Тираж 872

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 чем у известного устройства. Кроме того, опорного генератора 1 и может быть достигстабильность частоты, сформированных сигна- нута гораздо более высокой, чем в известньгх лов определяется стабильностью частоты устройствах.