УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК H03C5/00 

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах в диапазоне частот от 1 до 4000 МГц в качестве задающего генератора.

Известно устройство формирования дискретно перестраиваемых стабильных по частоте сигналов [RU №77733, Н03С 5/00, 2002 г.], содержащее синтезатор частот, умножитель частоты, амплитудный модулятор, сумматор, формирователь импульсов, первый преобразователь частоты, опорный генератор, второй преобразователь частоты, фазовый модулятор, первый коммутатор, второй коммутатор, первый генератор линейной частотной модуляции, второй генератор линейной частотной модуляции, устройство управления, синхронизатор, второй амплитудный модулятор, генератор стабильной частоты, фазовый детектор, первый делитель частоты, второй делитель частоты, первый формирователь частоты, второй формирователь частоты.

Недостатком является невозможность формировать сигналы на нескольких выходах с различными видами модуляций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство формирования широкополосных спектров в сантиметровом диапазоне [RU №103995, Н03С 5/00, 2006 г.], принятое за прототип.

Схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

1, 6 - первый и второй синтезаторы частот;

3 - опорный генератор;

5 - устройство распределения сигналов;

7 - умножитель частоты;

8, 26 - первый и второй формирователь частот;

9, 12 - первый и второй модуляторы;

25 - формирователь и разветвитель сформированных сигналов;

27 - преобразователь частоты;

28 - корректор частоты.

Устройство-прототип содержит устройство распределения сигналов 5, первый выход которого через последовательно соединенные первый 1 и второй 6 синтезаторы частот соединен с третьим входом преобразователя частоты 27, два выхода которого являются выходами сигналов U1 и U2 соответственно. Второй выход устройство распределения сигналов 5 через формирователь и разветвитель сформированных сигналов 25 соединен со вторым входом умножителя частоты 7, выход которого соединен со вторым входом преобразователя частоты 27, первый вход которого соединен с тринадцатым выходом устройство распределения сигналов 5. Третий выход преобразователя частоты 27 соединен с первым входом второго формирователя частот 26, первый и второй выходы которого являются выходами сигналов U3 и U4 соответственно, а третий выход соединен первым входом второго модулятора 12, выход которого является выходом для сигнала U9. Третий выход устройства распределения сигналов 5 через опорный генератор 3 соединен со вторым входом формирователь и разветвитель сформированных сигналов 25, первый выход которого соединен с соответствующим входом первого синтезатора частот 1, третий выход - с четвертым входом второго модулятора 12, седьмой, восьмой и девятый - с входами первого формирователя частот 8 соответственно, десятый - с соответствующим входом первого модулятора 9, одиннадцатый выход - со вторым входом корректора частоты 28, а четвертый, пятый и шестой выходы являются выходами сигналов U5, U6, U7 соответственно. Четвертый выход устройства распределения сигналов 5 соединен с первым входом корректора частоты 28, пятый выход - со вторым входом первого модулятора 9, шестой выход - с первым входом умножителя частоты 7, седьмой выход - со вторым входом второго синтезатора частоты 6, восьмой выход - с первым входом первого формирователя частот 8, девятый выход - с третьим входом, а десятый выход - со вторым входом второго модулятора 12, одиннадцатый и двенадцатые выходы соединены соответственно с третьим и вторым входами второго формирователя частот 26. Кроме того, выходы первого модулятора 9 соединены соответственно с входами первого формирователя частот 8, первый выход которого является выходом сигнала U8, а второй выход соединен с пятым входом второго формирователя частот 26, четвертый вход которого является входом для сигнала Y5. Выход корректора частоты 28 соединен с пятым входом устройства распределения сигналов 5. Пятый вход второго модулятора 12 является входом сигнала Y6. При этом четыре входа устройства распределения сигналов 5 имеет четыре входа для сигналов Y1, Y2, Y3, и Y4 соответственно.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Первый синтезатор частот 1 из сигнала foп, поступающего на второй вход с первого выхода формирователя частот и разветвителя сформированных сигналов 25, при поступлении на первый вход питающих напряжений и кода управления частотой с первого выхода устройства распределения сигналов 5, формирует на своем выходе сетку частот fci, когерентно частоте fоп.

Формирователь ряда частот и разветвитель сформированных сигналов 25, при поступлении на первый вход питающего напряжения со второго выхода устройства распределения сигналов 5, из сигнала 2·foп на втором входе формирует: - на первом, четвертом, пятом, шестом, десятом и одиннадцатом выходах - сигналы с частотой foп; - на втором выходе - сигнал с частотой 2·foп; - на третьем выходе - сигнал с частотой 4·foп; - на седьмом и восьмом выходах - сигналы с частотой K·foп; - на девятом выходе - сигнал с частотой fпр2.

Опорный генератор 3, представляющий собой генератор опорной частоты Fкг с возможностью подстройки частоты и фазы колебаний (КГУН), при поступлении на первый вход питающею напряжения, формирует на выходе сигнал с частотой Fкг, поступающий на второй вход формирователя частот и разветвителя сформированных сигналов 25.

Корректор частоты 28, предназначенный для коррекции частоты и повышения стабильности кварцевого управляемого генератора (КГУН) - опорного генератора 3, с помощью входящей в его состав системы ФАПЧ (фазовая автоподстройку частоты) и встроенного прецизионного термостатированного кварцевого генератора, формирует на выходе сигнал управления, поступающий на одиннадцатый вход устройства распределения сигналов 5, а с его третьего выхода - на первый вход опорного генератора 3.

Устройство распределения сигналов 5 из сигналов управления и напряжений питания на своих выходах, с первого по восьмой, десятом, одиннадцатом, двенадцатом и тринадцатом, формирует напряжения питания, коды и команды управления.

Второй синтезатор частот 6 осуществляет фильтрацию входных сигналов fci, поступающих на первый вход с выхода первого синтезатора частот 1, при поступлении на второй вход питающего напряжения и кода, переключающего фильтр в соответствии с частотой поступившего сигнала fci.

Умножитель частоты 7, из сигнала 2·fbп при поступлении на первый вход питающих напряжений и команд управления, формирует на выходе сигналы N·foп, где N, при поступлении соответствующей команды, может принимать значения N=N1, N2^---Nn.

Первый формирователь частот 8 при поступлении на второй вход питающих напряжений формирует на первом и втором выходах следующие сигналы: - на втором выходе - из сигнала K·foп на втором входе формирует сигнал fпp1=K·foп+fмпр1; - на первом выходе - из сигнала K·foп на третьем входе формирует сигнал fr2=K·foп-fпр2+fмг2.

Первый модулятор 9, при поступлении на второй вход питающих напряжений, управляющих команд и кодов из сигнала foп на первом входе формирует на первом и втором выходах сигналы fмпр1 и fмг2, поступающие, соответственно на пятый и шестой входы первого формирователя частот 8 в двух режимах: - режим без модуляции, т.е. fмпр1=foп, fмг2=foп, и несколько режимов с частотной модуляцией в зависимости от поступивших кодов и команд управления.

Преобразователь частоты 27, из сигнала fci на третьем входе формирует на своих трех выходах сигналы fг1i/4=N·foп+fci, поступающие, с первого выхода на первый выход U1 устройства формирования сигналов, со второго выхода на второй выход U2 устройства формирования сигналов, с третьего выхода на первый вход второго формирователя частот 26.

Второй формирователь частот 26, из сигнала fг1i/4 на первом входе при поступлении на второй вход питающих напряжений и команд управления формирует на своих трех выходах сигналы foi=4·fг1i/4+fпр1, причем, сигналы формируются в режимах АИМ (амплитудно-импульсной модуляции) и в режиме ФКМ (фазо-кодовой модуляции), независимо включаются и выключаются при поступлении соответствующих команд управления, уровень сигнала на втором выходе управляется кодовыми командами.

Второй модулятор 12, из сигнала foi на первом входе формирует выходной сигнал foi с АИМ и с ШФКМ (широкополосной фазо-кодовой модуляцией), усиливает выходной сигнал до требуемой величины и осуществляет плавную регулировку мощности выходного сигнала в требуемых пределах при поступлении соответствующих сигналов управления. Сигнал foi с выхода второго модулятора 12 поступает на девятый выход U9 устройства формирования сигналов.

Недостатками известных устройств является невозможность формировать сигналы на нескольких выходах с различными видами модуляций удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к бортовым задающим генераторам (БЗГ) в полном объеме.

Задача предлагаемого технического решения - расширение функциональных возможностей, а именно: улучшение шумовых характеристик устройства, уменьшение сетки частот и перекрытия большего диапазона частот.

Для решения поставленной задачи в устройство формирования сигналов, содержащее устройство распределения сигналов, первый, второй и третий входы которого являются входами устройства формирования сигналов, а выходы соединены с входами первого и второго синтезаторов частот, опорного генератора, первого и второго модуляторов соответственно, а также умножитель частоты, согласно изобретению, введены третий и четвертый синтезаторы частот, выходы которых соединены с соответствующими входами первого коммутационного устройства, выход которого соединен с соответствующим входом формирователя частот, выходы которого подсоединены к входам делителя частоты и умножителя частоты соответственно, кроме того, последовательно соединенные цифровой вычислительный синтезатор (ЦВС) и второе коммутационное устройство, выходы которого соединены с входами первого модулятора и второго синтезатора частот соответственно, а также третий, четвертый и пятый модуляторы, выходы которых соединены с третьим, четвертым и пятым блоками фильтров соответственно, причем выходы первого и второго модуляторов соединены с входами первого и второго блоков фильтров соответственно; выходы всех блоков фильтров подсоединены к соответствующим входам третьего коммутационного устройства, выход которого соединен с первым входом аттенюатора, выход которого является выходом устройства формирования сигналов; выходы устройства распределения сигналов соединены с соответствующими входами третьего и четвертого синтезаторов частот, первого, второго и третьего коммутационных устройств, ЦВС, третьего, четвертого и пятого модуляторов и аттенюатора, при этом первый выход опорного генератора соединен через первый синтезатор частот с соответствующим входом ЦВС; второй и третий выходы опорного генератора соединены с первыми входами третьего и четвертого синтезаторов частот соответственно; выходы второго синтезатора частот соединены с соответствующими входами второго модулятора и формирователя частот, выход которого подсоединен к соответствующему входу третьего модулятора; выходы делителя частоты и умножителя частоты соединены с входами четвертого и пятого модуляторов соответственно.

На фиг.2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1, 6, 10, 11 - первый, второй, третий и четвертый синтезаторы частот;

2 - цифровой вычислительный синтезатор (ЦВС);

3 - опорный генератор;

4 - делитель частоты;

5 - устройство распределения сигналов;

7 - умножитель частоты;

8 - формирователь частот;

9, 12, 13, 14, 15 - первый, второй, третий, четвертый и пятый модуляторы;

16, 17, 18 - первое, второе и третье коммутационные устройства;

19 - аттенюатор;

20÷24 - с первого по пятый блок фильтров.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные опорный генератор 3, первый синтезатор частот 1, цифровой вычислительный синтезатор 2, второе коммутационное устройство 17, первый модулятор 9, первый блок фильтров 20, выход которого соединен с первым входом третьего коммутационного устройства 18, выход которого соединен с первым входом аттенюатора 19, выход которого является выходом устройства формирования сигналов. Кроме того, выходы третьего 10 и четвертого 11 синтезаторов частот соединены соответственно с первым и вторым входами первого коммутационного устройства 16, третий вход которого подсоединен к пятому выходу устройства распределения сигналов 5, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами третьего 10 и четвертого 11 синтезатора частот соответственно. Третий выход устройства распределения сигналов 5 соединен с входом опорного генератора 3, второй и третий выходы которого соединены с первыми входами третьего 10 и четвертого 11 синтезаторов частот соответственно. Четвертый выход устройства распределения сигналов 5 соединен со вторым входом первого синтезатора частот 1, шестой выход - со вторым входом ЦВС 2, восьмой выход - со вторым входом второго коммутационного устройства 17, тринадцатый выход - со вторым входом первого модулятора 9, четырнадцатый выход - с шестым входом третьего коммутационного устройства 18, пятнадцатый выход - со вторым входом аттенюатора 19. А также последовательно соединенные второй синтезатор частот 6, второй модулятор 12 и второй блок фильтров 21, выход которого соединен со вторым входом третьего коммутационного устройства 18, причем второй вход второго синтезатора частот 6 подсоединен к седьмому выходу устройства распределения сигналов 5. второй вход второго модулятора 12 подсоединен к двенадцатому выходу устройства распределения сигналов 5. Последовательно соединенные формирователь частот 8, третий модулятор 13 и третий блок фильтров 22, выход которого соединен с третьим входом третьего коммутационного устройства 18, при этом второй вход третьего модулятора 22 подсоединен к одиннадцатому выходу устройства распределения сигналов 5, а первый вход формирователя частот 8 - к выходу первого коммутационного устройства 16. Второй выход формирователя частот 8 через последовательно соединенные делитель частоты 4, четвертый модулятор 14 и четвертый блок фильтров 23 подсоединен к четвертому входу третьего коммутационного устройства 18. Кроме того, третий выход формирователя частот 8 через последовательно соединенные умножитель частоты 7, пятый модулятор 15 и пятый блок фильтров 24 подсоединен к пятому входу третьего коммутационного устройства 18. При этом второй вход четвертого модулятора 14 подсоединен к десятому выходу, а второй вход пятого модулятора 15 - к девятому выходу устройства распределения сигналов 5. Второй выход второго коммутационного устройства 17 через последовательно соединенные второй синтезатор частот 6 и формирователь частот 8 соединен с входом делителя частоты 4. Кроме того, устройство распределения сигналов 5 имеет три входа для сигналов Y1, Y2, Y3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Опорный генератор 3, представляющий собой генератор опорной частоты с возможностью точной подстройки частоты, при поступлении на вход питающею напряжения, формирует на выходе сигнал с частотой foп, поступающий на первые входы первого 1, третьего 10 и четвертого 11 синтезаторов частот.

Первый синтезатор частот 1 из сигнала foп, поступающего на первый вход с первого выхода опорного генератора, при поступлении на второй вход питающих напряжений и кода управления частотой, формирует на своем выходе сигнал fc1, когерентно частоте foп. Сигнал fc1 поступает на первый вход цифрового вычислительного синтезатора частот 2, который при поступлении на второй вход питающих напряжений и кода управления частотой с выхода устройства распределения сигналов 5, формирует на своем выходе сетку частот fцвс, когерентно частоте fc1. Сигнал fцвс, с установленной в соответствии с поступившим кодом частотой, поступает на первый вход второго коммутационного устройства 17.

Второй синтезатор частот 6 осуществляет фильтрацию входных сигналов fc1, поступающих на первый вход со второго выхода второго коммутационного устройства 17, при поступлении на второй вход питающего напряжения и кода. Сигнал fc1 с выхода второго синтезатора частот 6 поступает на второй вход формирователя частот 8, который при поступлении на первый вход сигнала fп и на второй вход сигнала fc2 формирует сигнал fп+fc2.

Сигнал с третьего выхода формирователя частот 8 поступает на вход умножителя частот 7, со второго выхода - на вход делителя частоты 4, с первого выхода - на первый вход третьего модулятора 13.

Умножитель частоты 7 из сигнала, поступающего на вход с третьего выхода формирователя частот 8, при поступлении на вход питающих напряжений и команд управления, формирует на выходе сигналы N·(fп+fc2), где N, при поступлении соответствующей команды, может принимать значения N=N1, N2 … Nn. Сигнал с выхода умножителя частоты 7 поступает на первый вход пятого модулятора 15.

Делитель частоты 4 из сигнала, поступающего на вход с третьего выхода формирователя частот 8, при поступлении на вход питающих напряжений и команд управления, формирует на выходе сигналы (fn+fc2)/N, где N, при поступлении соответствующей команды, может принимать значения N=N1, N2 … Nn. Сигнал с выхода делителя частоты 4 поступает на первый вход четвертого модулятора 14.

Третий синтезатор частот 10 из сигнала foп, поступающего на первый вход с третьего выхода опорного генератора 3, при поступлении на второй вход питающих напряжений и кода управления частотой, формирует на своем выходе сигнал fc3, когерентно частоте foп. Сигнал fc3 поступает на первый вход первого коммутационного устройства 16.

Четвертый синтезатор частот 11 из сигнала foп, поступающего на первый вход со второго выхода опорного генератора 3, при поступлении на второй вход питающих напряжений и кода управления частотой, формирует на своем выходе сигнал fc4, когерентно частоте foп. Сигнал fc4 поступает на второй вход первого коммутационного устройства 16.

Первый модулятор 9, при поступлении на второй вход питающих напряжений напряжения и кодов управления с соответствующего выхода второго коммутационного устройства 17, формирует сигнал fм1, поступающий, на вход первого блока фильтров 20.

Второй модулятор 12, при поступлении на второй вход питающих напряжений и кодов управления формирует сигнал гм2, поступающий, на вход второго блока фильтров 21.

Третий модулятор 13, при поступлении на второй вход питающих напряжений, управляющих команд и кодов, формирует сигнал fмпр3, поступающий, на вход третьего блока фильтров 22.

Четвертый модулятор 14, при поступлении на второй вход питающих напряжений, управляющих команд и кодов, формирует сигнал fмпр4, поступающий, на вход четвертого блока фильтров 23.

Пятый модулятор 15, при поступлении на второй вход питающих напряжений, управляющих команд и кодов, формирует сигнал fмпр5, поступающий, на вход пятого блока фильтров 24.

Устройство распределения сигналов 5 из сигналов управления и напряжения питания, поступающих на первый Y1, второй Y2 и третий входы, на своих выходах с первого по пятнадцатый формирует напряжения питания, коды и команды управления, которые подаются на соответствующие входы блоков 1, 2, 3, 6, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19.

Первый 20, второй 21, третий 22, четвертый 23 и пятый 24 блоки фильтров обеспечивают фильтрацию выходного сигнала нужной частоты, поступающий через третье коммутационное устройство 18 на первый вход аттенюатора 19.

Аттенюатор 19 регулирует уровень выходного сигнала U1.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в возможности перекрытия диапазона частот от 1 до 4000 МГц за счет введения двух дополнительных синтезаторов частот, а также в возможности улучшения шумовых характеристик и уменьшения сетки частот устройства за счет введения цифрового вычислительного синтезатора частот.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет больший диапазон перекрытия частот, улучшенные шумовые характеристики, а также уменьшенную сетку частот.

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах в диапазоне частот от 1 до 4000 МГц в качестве задающего генератора. Технический результат заключается в возможности перекрытия большего диапазона частот, улучшении шумовых характеристик, а также уменьшения сетки частот. Устройство формирования сигналов содержит устройство распределения сигналов (5), первый, второй, третий и четвертый синтезаторы частот (1, 6, 10, 11), опорный генератор (3), первый, второй, третий, четвертый, пятый модуляторы (9, 12, 13, 14, 15), умножитель частоты (7), первое, второе, третье коммутационные устройства (16, 17, 18), делитель частоты (4), цифровой вычислительный синтезатор (2), формирователь частот (8), первый (20), второй (21), третий (22), четвертый (23) и пятый (24) блоки фильтров, аттенюатор (19). 2 ил.

Устройство формирования сигналов, содержащее устройство распределения сигналов, первый, второй и третий входы которого являются входами устройства формирования сигналов, а выходы соединены с входами первого и второго синтезаторов частот, опорного генератора, первого и второго модуляторов соответственно, а также умножитель частоты, отличающееся тем, что введены третий и четвертый синтезаторы частот, выходы которых соединены с соответствующими входами первого коммутационного устройства, выход которого соединен с соответствующим входом формирователя частот, выходы которого подсоединены к входам делителя частоты и умножителя частоты соответственно, кроме того, последовательно соединенные цифровой вычислительный синтезатор (ЦВС) и второе коммутационное устройство, выходы которого соединены с входами первого модулятора и второго синтезатора частот соответственно, а также третий, четвертый и пятый модуляторы, выходы которых соединены с третьим, четвертым и пятым блоками фильтров соответственно, причем выходы первого и второго модуляторов соединены с входами первого и второго блоков фильтров соответственно; выходы всех блоков фильтров подсоединены к соответствующим входам третьего коммутационного устройства, выход которого соединен с первым входом аттенюатора, выход которого является выходом устройства формирования сигналов; выходы устройства распределения сигналов соединены с соответствующими входами третьего и четвертого синтезаторов частот, первого, второго и третьего коммутационных устройств, ЦВС, третьего, четвертого и пятого модуляторов и аттенюатора, при этом первый выход опорного генератора соединен через первый синтезатор частот с соответствующим входом ЦВС; второй и третий выходы опорного генератора соединены с первыми входами третьего и четвертого синтезаторов частот соответственно; выходы второго синтезатора частот соединены с соответствующими входами второго модулятора и формирователя частот, выход которого подсоединен к соответствующему входу третьего модулятора; выходы делителя частоты и умножителя частоты соединены с входами четвертого и пятого модуляторов соответственно.