ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИК Российский патент 1996 года по МПК H03B25/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающей технике, а именно, в устройствах формирования радиоколебаний, в том числе, в генераторах сетки частот для синтезаторов частоты, а также в радиоприемной технике, в частности, в приемниках с высокой чувствительностью.

Известны радиоимпульсные автогенераторы, содержащие автогенератор с блоком управления генерацией и генератор суперизации, подключенный к входу блока управления генерацией [1]
При этом автогенератор выполняется либо в виде активной части с избирательной цепью положительной обратной связи, либо в виде параметрического генератора с источником накачки, а блок управления генерацией в виде управляемого ключа, включенного либо в цепь питания активной части автогенератора, либо в цепь обратной связи, либо в виде последовательно соединенных управляемого ключа и активной нагрузки, подключенных параллельно избирательному звену положительной обратной связи, или в виде импульсного блока питания автогенератора, вырабатывающего во время существования сигнала суперизации напряжение питания автогенератора, изменяющееся по заданному временному закону [1]
Подобные радиоимпульсные автогенераторы применяются как чувствительные приемники, формирователи колебаний сетки частот для синтезаторов частоты. Их недостатком является то, что высокочастотные колебания в отдельных импульсах оказываются некогерентными. Это уменьшает отношение сигнал-шум при использовании таких радиоимпульсных автогенераторов в радиоприемной технике и увеличивает фазовые шумы при построении на их основе, формиpователей колебаний.

Из известных решений наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков к данному изобретению является радиоимпульсный автогенератор, содержащий автогенератор с блоком управления генерацией и генератор суперизации, подключенный ко входу блока управления генерацией, используемый для формирования радиоколебаний с прецизионными параметрами [2]
Недостатком известного решения [2] является то, что фаза, с которой начинаются колебания радиочастоты во время существования импульса суперизации, не привязана к его началу. Это приводит к появлению дополнительных фазовых шумов в системе, обуславливает некогерентность высокочастотных (ВЧ) колебаний в отдельных импульсах, что делает невозможным использование таких устройств в качестве формирователей сетки частот для ряда практических применений. Кроме того, в известном радиоимпульсном автогенераторе нельзя управлять фазой, с которой начинается радиозаполнение в импульсах, контролировать фазовые соотношения по радиочастоте в момент окончания импульса суперизации. Ухудшает характеристики известного устройства и то, что на высоких частотах оказываются разными частоты заполнения во время существования импульсов суперизации и в течение пауз между ними. Это приводит к паразитной частотной модуляции, а также увеличивает фазовые шумы в выходном сигнале.

Технической задачей, достигаемой в настоящем изобретении, является обеспечение когерентности радиочастотного заполнения в отдельных импульсах формируемого сигнала, управление фазой, с которой начинаются и заканчиваются ВЧ колебания в отдельных радиоимпульсах, а также уменьшение уровня паразитной частотной модуляции, снижение уровня фазовых шумов.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема генератора гармоник; на фиг.2 структурная электрическая схема генератора гармоник с блоком формиpования импульса срыва; на фиг.3 структурная электрическая схема генератора гармоник с устройством фазовой автоподстройки по радиочастоте; на фиг. 4 структурная электрическая схема генератора гармоник с устройством фазовой автоподстройки по частоте суперизации; на фиг.5 структурная электрическая схема генератора гармоник, в котором блок формирования импульса запуска выполнен в виде последовательно соединенных управляемого фазовращателя и счетчика с управляемым коэффициентом счета; на фиг.6 структурная электрическая схема генератора гармоник, в котором блок формирования импульса срыва выполнен в виде последовательно соединенных управляемого фазовращателя и счетчика с дополнительными входами с управляемым коэффициентом счета; на фиг. 7 структурная электрическая схема генератора гармоник, в котором автогенератор с входом запуска выполнен в виде последовательно соединенных активной части с избирательной цепью положительной обратной связи, четырехполюсника связи и резонатора; на фиг.8 временные диаграммы работы.

Генератор гармоник (фиг.1,2,3,4,5,6,7) содержит автогенератор 1 со входом запуска, блок запуска 2, генератор 3 сигнала суперизации, усилитель-ограничитель 4, блок формирования импульса запуска 5, блок формирования импульса срыва 6 с двумя входами (фиг.2), генератор опорного сигнала 7 (фиг. 2,3,4), фазовый детектор (ФД) 8 ( фиг.3,4), петлевой фильтр 9 (фиг.2,3,4), блок формирования импульса запуска 5 содержит (фиг.5) управляемый фазовращатель 10 и счетчик 11 с управляемым коэффициентом счета, блок формирования импульса срыва 6 содержит управляемый фазовращатель 12 и счетчик 13 с управляемым коэффициентом счета со входом разрешения счета и инверсным входом сброса (фиг. 6), автогенератор 1 с входом запуска содержит (фиг.7) активную часть 14 с избирательной целью 15 положительной обратной связи, четырехполюсник 16 и резонатор 17.

Генератор гармоник работает следующим образом.

При включении напряжения питания запускается генератор 3 и на его выходе формируется импульс сигнала суперизации, который поступает на вход блока запуска 2, в результате чего на время, равное длительности упомянутого импульса в автогенераторе 1 начинают выполняться условия самовозбуждения и на его выходе появляются нарастающие колебания, амплитуда и частота которых определяется переходными процессами в автогенераторе 1 при его включении. После окончания импульса сигнала суперизации, условия самовозбуждения в автогенераторе 1 нарушаются, автоколебания срываются, а на его выходе формируются затухающие колебания, амплитуда и частота которых определяется переходными процессами в избирательном звене автогенератора 1. Образованная таким образом импульсная вспышка колебаний на выходе автогенератора 1 поступает на вход усилителя-ограничителя 4. В области малых значений амплитуд колебаний он растягивает вспышку по вертикали в зависимости от величины входного напряжения, при котором наступает ограничения, формируя квазинепрерывное колебание, поступающее на вход блока формирования импульса запуска 5. Этот блок через определенное количество периодов колебаний на выходе усилителя-ограничителя 4 вырабатывает импульс запуска, который поступает на вход запуска генератора 3, приводит к его срабатыванию и формированию следующего импульса суперизации, замыкая тем самым кольцо обратной связи, по сигналу суперизации. При этом начальная фаза ВЧ заполнения последующих радиоимпульсов определяется фазой остаточных затухающих колебаний в избирательном звене автогенератора 1. Поскольку начало импульса суперизации привязано к колебаниям на выходе автогенератора 1, то в случае выполнения условий самовозбуждения по частоте суперизации в таком радиоимпульсном автогенераторе устанавливается стационарный режим, при котором ВЧ заполнение во всех импульсах на выходе автогенератора 1 начинается строго с одной фазы, т.е. обеспечивается режим когерентности колебаний в последовательности радиоимпульсов на выходе генератора гармоник.

При выполнении генератора 3 с дополнительным входом срыва и введении блока формирования импульса срыва 6 с двумя входами (фиг.2) квазинепрерывное колебание с выхода усилителя-ограничителя 4 (фиг.8в) кроме входа 4 (фиг.8в) кроме входа блока формирования импульса запуска 5, который вырабатывает импульсы запуска (фиг.8г) генератора 3, привязанные к колебаниям в радиочастотном заполнении импульсов на выходе автогенератора 1, поступают также на первый вход блока формирования импульса срыва 6. На второй вход этого блока поступает сигнал с выхода генератора 3 (фиг.8а), что исключает возможность его работы в паузах между импульсами суперизации. Блок формирования импульса срыва 6 после начала импульса суперизации через определенное количество периодов колебаний на выходе усилителя-ограничителя 4 вырабатывает импульс срыва, который поступает на вход срыва генератора 3 и приводит к окончанию импульса сигнала суперизации, привязывая тем самым конец импульса суперизации к колебаниям на выходе автогенератора 1 (фиг.8б). При введении в генератор гармоник, который является радиоимпульсным автогенератором, цепи фазовой автоподстройки по радиочастоте (фиг.3) опорный сигнал с выхода генератора опорного сигнала 7 поступает на первый вход фазового детектора (ФД) 7, ан второй вход которого поступает сигнал, с выхода усилителя ограничителя 4. На выходе ФД 8 формируется сигнал, пропорциональный разности фаз между периодическими сигналами генераторами опорного сигнала 7 и колебаниями автогенератора 1, который после фильтрации петлевым фильтром 9 поступает на вход управления частотой автогенератора 1 и осуществляет подстройку частоты его колебаний. При выполнении генератора опорного сигнала 7 с частотой периодического сигнала более низкой, чем частота ВЧ заполнения вспышек радиоимпульсов, сигнал на второй вход ФД 8 поступает с выхода блока формирования импульса запуска 5 (фиг.4). На выходе ФД 8 формируется сигнал, пропорциональный разности фаз между периодическими сигналами генератора опорного сигнала 7 и импульсами суперизации генератора 3, который после фильтрации петлевым фильтром 9 поступает на вход управления частотой автогенератора 1 и осуществляет подстройку частоты его колебаний. В рассмотренных вариантах генератора гармоник фазовая автоподстройка привязывает частоту заполнения к частоте генератора опорного сигнала 7 как во время импульсов суперизации, так и в паузах между ними.

Дополнительно из-за того, что импульсы суперизации формируются по колебаниям на выходе автогенератора 1, осуществляется стабилизация по опорной частоте и частоты следования импульсов суперизации.

При этом достигается синхронность ВЧ заполнения, устраняются скачки сигнала на выходе ФД 8 при срабатывании генератора 3 из-за отсутствия скачков фаз периодических сигналов на входах ФД 8. Это приводит к дополнительной стабилизации частоты заполнения радиоимпульсов, т.е. уменьшает паразитную частотную модуляцию, которая появляется вследствие того, что переход из режима нарастающих колебаний к режиму затухающих колебаний в радиоимпульсе после окончания импульса суперизации в генераторе гармоник по фиг.1 сопровождается изменением частоты колебаний из-за влияния различных емкостей и индуктивностей блока запуска 2, в том числе и паразитных. Блок формирования импульса запуска 5 в простейшем случае реализуется в виде счетчика 11 с управляемым коэффициентом счета, вход которого является входом блока. При выполнении блока формирования импульса запуска 5 в виде последовательно соединенных управляемого фазовращателя 11 и счетчика 11 с управляемым коэффициентом счета (фиг. 5) квазинепрерывное колебание с выхода усилителя-ограничителя 4 после прохождения через управляемый фазовращатель 10 двигается по фазе и поступает на счетчик 11. Последний через количество периодов радиочастоты, определяемое коэффициентом счета счетчика 11 вырабатывает импульс переноса, который является выходным сигналом блока формирования импульса запуска 5 и поступает на вход генератора 3, вырабатывающего импульс суперизации. Поскольку начало импульса суперизации по отношению к фазе колебания на выходе автогенератора 1 в этом случае оказывается сдвинутой на величину фазового сдвига, вносимого управляемым фазовращателем 10, то на эту же величину оказывается сдвинутой и фаза, с которой начинаются колебания радиочастоты в импульсах на выходе автогенератора 1. При этом управление фазой управляемого фазовращателя 10 приводит к управлению начальной фазой ВЧ заполнения радиоимпульсов, а управление коэффициентом счета счетчика 11 частотой суперизации. Блок формирования импульсов срыва 6 в простейшем случае реализуется в виде последовательно соединенных управляемого фазовращателя 12 и счетчика 13 управляемым коэффициентом счета со входом разрешения счета и инверсным входом сброса (фиг.6). В этом случае импульс суперизции с выхода генератора 3 поступает на инверсный вход установки нуля и на вход разрешения счета счетчика 13, обеспечивая тем самым на время существования этого импульса работу счетчик 13 по квазинепрерывному колебанию, поступающему на вход счетчика 13 с выхода усилителя-ограничителя 4. При этом счетчик 13 через количество периодов колебаний радиочастоты, определяемое коэффициентом счета счетчика 13, вырабатывает импульс переноса, который является выходным сигналом блока формирования импульса срыва 6 и поступает на дополнительный вход срыва генератора 3. Это приводит к окончанию импульса суперизации, а вместе с этим к снятию разрешающего сигнала на входе разрешения счета, т.е. к прекращению работы счетчика 13 и появлению сигнала обнуления счетчика 13 в паузах между импульсами суперизации, т.е. к его подготовке к работе при начале следующего импульса суперизации. При этом управление фазой управляемого фазовращателя 12 приводит к управлению фазой ВЧ заполнения в момент окончания импульса суперизации, а управление коэффициентом счета счетчиком 13 к управлению длительностью импульса суперзиации. Автогенератор 1 в простейшем случае может быть выполнен в виде активной части 14 с избирательной целью положительной обратной связи, 15, четырехполюсника связи 16 и резонатора 17 (фиг.7) и в этом случае возбуждаемые в нем колебания, которые вследствие высокой добротности резонатора 17 после окончания импульса суперизации существуют значительно большее время, чем колебания в избирательной цепи положительной обратной связи 15. Именно колебания в резонаторе 17 определяют фазу, с которой начинается ВЧ заполнение в радиоимпульсе при поступлении на блок запуска 2 импульса суперизации. Поскольку начало импульса суперизации в этом варианте генератора гармоник привязано к колебаниям в резонаторе 17, то при этом достигается синхронность ВЧ заполнения в импульсах, а большее время существования затухающих колебаний в резонаторе 17 по сравнению с избирательной цепью положительной обратной связи 15 позволяет получить большие паузы между импульсами. Блок запуска 2 может быть выполнен в виде управляемого ключа, включенного либо в цепь питания активной части 14, либо в цепь обратной связи, либо в виде последовательно соединены управляемого ключа и активной нагрузки (на чертеже не показано), подключенных параллельно избирательному звену положительной обратной связи или в виде импульсного блока питания, вырабатывающего во время наличия импульса суперизации импульс напряжения питания автогенератора 1 по заданному временному закону.

Таким образом в генераторе гармоник колебания на пассивной части периода суперизации затухают настолько медленно, что на активной части периода суперизации они начинают развиваться с остаточного значения этих затухающих колебаний (фиг. 8б), а не с уровня шумов или уровня колебаний в контуре при его ударном возбуждении, в результате чего формируется сетка когерентных колебаний (гармоник), т.е. обеспечивается когерентность отдельных составляющих спектра сигнала.

Использование: изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающей технике, а именно: в устройствах формирования радиоколебаний, в том числе, в генераторах сетки частот для синтезаторов частоты, а также в радиоприемной технике, в частности, в приемниках с высокой чувствительностью. Генератор гармоник содержит автогенератор 1 со входом запуска, блок запуска 2, генератор 3 сигнала суперизации, усилитель-ограничитель 4, блок формирования импульса запуска 5, блок формирования импульса срыва 6 с двумя входящими и позволяет решить задачу обеспечения когерентности отдельных составляющих спектра. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Генератор гармоник, содержащий автогенератор с входом запуска, блок запуска, выход которого соединен с входом запуска автогенератора, с входом запуска и генератор сигнала суперизации, выход которого подключен к входу блока запуска, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные усилитель-ограничитель и блок формирования импульса запуска, а генератор сигнала суперизации выполнен в виде импульсного генератора с входом запуска, при этом выход автогенератора с входом запуска соединен с входом усилителя-ограничителя, а выход блока формирования импульса запуска соединен с входом импульсного генератора с входом запуска. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что введен блок формирования импульса срыва с двумя входами, а импульсный генератор с входом запуска снабжен входом срыва, который подключен к выходу блока формирования импульса срыва с двумя входами, первый вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а второй вход которого подключен к выходу импульсного генератора с входом запуска. 3. Генератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные генератор опорного сигнала, фазовый детектор и петлевой фильтр, а автогенератор с входом запуска выполнен в виде управляемого по частоте автогенератора с входом запуска, при этом второй вход фазового детектора соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход петлевого фильтра соединен с входом управления частотой управляемого по частоте автогенератора с входом запуска. 4. Генератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные генератор опорного сигнала, фазовый детектор и петлевой фильтр, а автогенератор с входом запуска выполнен в виде управляемого по частоте автогенератора с входом запуска, при этом второй вход фазового детектора соединен с выходом блока формирования импульса запуска, а выход петлевого фильтра соединен с входом управления частотой управляемого по частоте автогенератора с входом запуска. 5. Генератор по пп. 1 4, отличающийся тем, что блок формирования импульса запуска выполнен в виде последовательно соединенных управляемого фазовращателя и счетчика с управляемым коэффициентом счета. 6. Генератор по пп. 2 5, отличающийся тем, что блок формирования импульса срыва выполнен в виде последовательно соединенных управляемого фазовращателя и счетчика с управляемым коэффициентом счета с входом разрешения счета и инверсным входом сброса, при этом вход управляемого фазовращателя является первым входом блока формирования импульса срыва, вход разрешения счета и инверсный вход сброса объединены и являются вторым входом блока формирования импульса срыва, выходом которого является выход счетчика с управляемым коэффициентом счета с входом разрешения счета и инверсным входом сброса. 7. Генератор по пп. 1 6, отличающийся тем, что автогенератор с входом запуска выполнен в виде последовательно соединенных активной части с избирательной цепью положительной обратной связи, четырехполюсника и резонатора.