Устройство формирования сигнала

 

Изобретение относится к радиолокации. Цель изобретения - повышение отношения сигнал/шум. Устройство формирования сигнала содержит первый и второй резонансные контуры 1 и 2, первый и второй конденсаторы 3, 4 и блок 5 инверсии. Первый резонансный контур 1 содержит индуктивность 6, резистор 7 и конденсатор 8. Второй резонансный контур 2 содержит индуктивность 9, резистор 10 и конденсатор 11. Блок 5 инверсии содержит первый и второй резонансные контуры 12, 13 и конденсатор 14. Первый резонансный контур 12 блока 5 инверсии содержит первый и второй конденсаторы 15, 16 и индуктивность 17. Второй резонансный контур 13 блока 5 инверсии содержит индуктивность 18 и конденсатор 19. Повышение отношения сигнал/шум достигается за счет определенным образом сформированной амплитудно-частотной характеристики предложенного устройства. 4 ил.

Изобретение относится к технике электрических измерений и может быть использовано в радионавигации при измерении малых длительностей временных интервалов.

Основное применение такие устройства нашли в импульсно-фазовых радионавигационных системах (ИФРНС). Эти системы благодаря применению фазового метода измерения обладают высокой точностью определения местоположения объектов.

Цель изобретения улучшение отношения сигнал/шум на выходе устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство формирования сигнала, содержащее блок инверсии и первый резонансный контур, который содержит параллельно соединенные резистор, конденсатор и индуктивность, первый и второй отводы которых являются соответственно первым и вторым отводами резонансного контура, введены второй резонансный контур и первый и второй конденсаторы, при этом первый отвод первого резонансного контура соединен с первым отводом первого конденсатора, второй отвод которого соединен с входом блока инверсии, второй отвод первого резонансного контура соединен с вторым входом блока инверсии, первый вход которого соединен с первым отводом второго конденсатора, второй отвод которого соединен с первым отводом второго резонансного контура, второй выход блока инверсии соединен с вторым отводом второго резонансного контура, а блок инверсии выполнен в виде первого и второго резонансного контуров, первые отводы которых соединены через конденсатор, при этом первым и вторым входами и первым и вторым выходами блока инверсии соответственно является второй и третий отводы первого резонансного контура и второй отвод второго резонансного контура, причем первый резонансный контур блока инверсии содержит первый и второй конденсаторы, первые отводы которых соединены с первым и вторым отводами индуктивности, а первым, вторым и третьим отводами первого резонансного контура блока инверсии соответственно являются соединенные между собой вторые отводы первого и второго конденсаторов и первый и второй отводы индуктивности, второй резонансный контур блока инверсии содержит параллельно соединенные индуктивность и емкость, первый и второй отводы которых являются соответственно первым и вторым отводами второго резонансного контура блока инверсии.

При этом на выходе блока инверсии образуются два инверсных радиосигнала, которые суммируясь на нагрузке в виде второго резонансного контура образуют требуемый радиосигнал с разнополярной огибающей и особой бочкой перехода через нулевой уровень.

При этом конденсаторы на входе и выходе блока инверсии с подключенными к ним резонансными контурами образуют Г-образные полузвенья фильтров, а блок инверсии ТМ-звено полосового фильтра. При условии их согласования по характеристическому сопротивлению устройства приобретает полосовые свойства, улучшающие выходное отношение сигнал/шум.

На фиг.1 представлена электрическая схема; на фиг.2 эквивалентная схема; на фиг. 3 и 4 графики. Приняты следующие обозначения: 1 первый резонансный контур; 2 второй резонансный контур; 3 первый конденсатор связи; 4 второй конденсатор связи; 5 блок инверсии; 6 индуктивность, 7 - резистор и 8 конденсатор первого резонансного контура; 9 индуктивность; 10 резистор и 11 конденсатор второго резонансного контура; 12 первый резонансный контур блока 5 инверсии; 13 второй резонансный контур блока 5 инверсии; 14 конденсатор связи; 15 и 16 конденсаторы; 17 индуктивность первого резонансного контура блока инверсии; 18 индуктивность и 19 - конденсатор второго резонансного контура блока 5 инверсии; 20 сигнал на входе устройства; 21 сигнал на выходе первого резонансного контура блока 5 инверсии; 22 сигнал на выходе второго резонансного контура блока 5 инверсии; 23 сигнал на выходе устройства; 24 и 25 информативные разнополярные полуволны сигнала 23 на выходе устройства; 26 особая точка перехода огибающей выходного радиосигнала через нулевой уровень; 27 амплитудно-частотная характеристика второго резонансного контура 13 блока инверсии 5; 28 амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) первого резонансного контура 12 блока 5 инверсии; 29 общая АЧХ устройства; 30 - Г-полузвено фильтра (входное); 31 М-звено фильтра; 32 Г-полузвено фильтра (выходное); 33 индуктивность; 34 резистор и 35 конденсатор резонансного контура входного Г-полузвена фильтра; 36 конденсатор связи Г-полузвена фильтра; 37 конденсатор связи двухполюсника в продольной ветви М-звена; 38 - конденсатор и 39 индуктивность резонансного контура двухполюсника и продольной ветви М-звена; 40 конденсатор связи двухполюсника в поперечной ветви М-звена фильтра; 41 конденсатор и 42 индуктивность резонансного контура двухполюсника в поперечной ветви М-звена фильтра; 43 индуктивность и 44 резистор резонансного контура выходного Г-полузвена фильтра; 45 - конденсатор; 46 конденсатор связи выходного Г-полузвена фильтра.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает смесь полезного сигнала 20 (фиг. 7а) с частотой высокочастотного заполнения и шума. На выходе устройства установлен первый резонансный контур 1, ширина полосы пропускания которого выбрана достаточно большой, так что он практически не искажает входной радиосигнал 20. Контур 1 настроен на частоту входного сигнала и сохраняет таким образом его фазовые соотношения. Далее сигнал поступает на вход блока инверсии 5. Блок инверсии представляет собой ТМ-звено полосового фильтра, образованного резонансными контурами 12 и 13, соединенными конденсатором связи 14. Первый резонансный контур 12 ТМ-звена настроен таким образом, что максимум его амплитудно-частотной характеристики соответствует частоте f₁ (на фиг. 3 кривая 28), т.е. ниже частоты f_o, в связи с чем сигнал на его выходе будет иметь форму 21 (фиг. 4б) периоды высокочастотного заполнения которого T₁ > T_o, а сами периоды отличаются на переднем фронте сигнала следующим образом и т.д. т.е. имеют набег фазы по телу сигнала. Второй контур 13 ТМ-звена настроен выше частоты f_o на частоту f_з (кривая 27 на фиг.3). Сигнал выделяемой на нем соответствует форме 22 (фиг. 4в), причем он имеет более высокую крутизну, чем сигнал 21, а его период T₂< T_o, причем и т.д. и он имеет фазу первого периода инверсную сигналу 21.

Таким образом на нагрузке выходного резонансного контура 2 происходит инверсное суммирование сигналов 21 и 22, в результате чего при соответствующем выборе частот настройки ТМ-звена f₁ и f_з образуется требуемый сигнал 23 с особой точкой 26 перехода огибающей через нулевой уровень, имеющий разнополярные информационные полуволны 24 и 25 (фиг. 4г) и периоды высокочастотного заполнения T_o исходного сигнала.

Общая АЧХ устройства имеет вид 29 (фиг.3) и достаточно узкополосна. Например, при формировании особой точки 26 у сигнала 23 с 3-го на 4-й период исходного сигнала 20 достаточно иметь полосу частот f_3дБ 30 кГц на частоте несущей сигнала f_o 100 кГц для радионавигационной системы типа "Лоран-С".

Тогда выигрыш по шумам составит . Параметры элементов устройства могут быть рассчитаны следующим образом.

Произведем эквивалентное преобразование ТМ-звена в мостовое М-звено, а конденсаторы связи 3 и 4, входящие в Г-образные полузвенья с первым 1 и вторым 2 резонансными контурами, представим состоящими из 2-х конденсаторов, один из которых принадлежит непосредственно Г-образным полузвеньям, а второй ТМ-звену. Тогда устройство примет эквивалентный вид, представленный на фиг.5 и образовано симметричным М-звеном и двумя крайними Г-образными полузвеньями, причем у первого Г-образного полузвена R34 представляет собой эквивалентное внутреннее сопротивление генератора исходного сигнала.

Характеристическое сопротивление Г-образного полузвена с Т-стороны находится по формуле: где относительная частота (фиг.6); средняя частота АЧХ устройства; f₁, f₃ нижняя и верхняя частоты срезов АЧХ соответственно.

Для М-звена в силу симметрии схемы характеристические сопротивления с обеих сторон равны и определяются выражением где Z₁, Z₂ сопротивления плеч моста.

Из условия пропускания мостового звена следует, что если двухполюсник Z₂ имеет резонансные частоты f₃ и f₁, то двухполюсник Z₁ должен иметь резонансные частоты f₁ и f₃. При этом резонансные частоты и элементы плеч звена связаны следующими соотношениями: откуда следует, что
Характеристическое сопротивление М-звена в соответствии с формулой (2) равно

Сравнивая формулы (1) и (3), видим, что характеристическое сопротивление М-звена и крайних Г-образных полузвеньев с Т стороны изменяются по тому же закону.

Приравняв эти выражения при равенстве частот среза, получим условие согласования М-звена и Г-образных полузвеньев в виде
C₃₅=C₃₇
Для расчета параметра , который зависит от расположения частот режекции x₁ и x₂ относительно частоты среза x₁ и x₂ необходимо вычислить его по формуле:

где

Таким образом, М-звено, или преобразованное обратно ТМ-звено, оказывается, симметрично согласованным с двумя крайними Г-образными полузвеньями. При этом амплитудно-частотная характеристика 29 всего устройства (фиг.3) получается симметричной и более избирательной, чем у прототипа.

Положительный эффект предложения заключается в увеличении дальности действия радионавигационной системы за счет улучшения выходного отношения сигнал/шум, что в свою очередь создает экономический эффект определенным типом новителя, экономию топлива, энергии и др. факторами.

Формула изобретения

Устройство формирования сигнала, содержащее блок инверсии и первый резонансный контур, содержащий параллельно соединенные резистор, конденсатор и индуктивность, первый и второй отводы которых являются соответственно первым и вторым отводами первого резонансного контура, отличающееся тем, что, с целью повышения отношения сигнал/шум, введены второй резонансный контур и первый и второй конденсаторы, при этом первый отвод первого резонансного контура соединен с первым отводом первого конденсатора, второй отвод которого соединен с первым входом блока инверсии, второй отвод первого резонансного контура соединен с вторым входом блока инверсии, первый выход которого соединен с первым отводом второго конденсатора, второй отвод которого соединен с первым отводом второго резонансного контура, второй выход блока инверсии соединен с вторым отводом второго резонансного контура, а блок инверсии выполнен в виде первого и второго резонансных контуров, первые отводы которых соединены через конденсатор, при этом первым и вторым входами и первым и вторым выходами блока инверсии соответственно являются второй и третий отводы первого резонансного контура и второй отвод второго резонансного контура, причем первый резонансный контур блока инверсии содержит первый и второй конденсаторы, первые отводы которых соединены с первым и вторым отводами индуктивности, а первым, вторым и третьим отводами первого резонансного контура блока инверсии соответственно являются соединенные между собой вторые отводы первого и второго конденсаторов и первый и второй отводы индуктивности, второй резонансный контур блока инверсии содержит параллельно соединенные индуктивность и емкость, первый и второй отводы которых являются соответственно первым и вторым отводами второго резонансного контура блока инверсии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4