Цифровой приемник оперативного измерения частоты с устройствами выборки хранения и амплитудными корректорами Российский патент 2020 года по МПК G01R23/00 

Известен цифровой приемник оперативного измерения частоты [1]. Недостатками устройства являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку на трех различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине. Кроме того, потери в смесителе ограничивают чувствительность цифрового приемника.

Также известен цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией комплексного сигнала [2]. Недостатками данного метода являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку синфазного и квадратурного сигналов на двух различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине и широкополосном фазовращетеле с низкой фазовой ошибкой. Кроме того, потери в смесителях ограничивают чувствительность цифрового приемника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией двух амплитудно-корректированных частей сигнала [3]. Входной сигнал делится на две равные части, первая часть подвергается амплитудной коррекции с восходящей по частоте АЧХ, вторая часть подвергается амплитудной коррекции нисходящей по частоте АЧХ. Неоднозначность измерения частоты по амплитудным спектрам, возникающая из-за явления наложения спектров [4] разрешается по однозначной связи отношения максимумов на амплитудных спектрах от первого и второго АЦП с частотой входного сигнала.

Недостатком данного приемника является узкая полоса рабочих частот, которая ограничивается аналоговой полосой пропускания АЦП.

Техническим результатом изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника. Целью изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника.

Заявленный достигается тем, что в цифровой приемник оперативного измерения частоты, состоящий из синфазного делителя мощности, первый выход которого соединен с амплитудным корректором с восходящей по частоте АЧХ, второй выход которого соединен с амплитудным корректором с нисходящей по частоте АЧХ, первого и второго АЦП, выходы которых подключены к вычислительному устройству, источника тактирования, выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго АЦП, дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем вход первого устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с восходящей по частоте АЧХ, вход второго устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с нисходящей по частоте АЧХ, выходы первого и второго устройства выборки-хранения соединены с входами первого и второго АЦП соответственно, а выход устройства тактирования дополнительно соединен с тактовыми входами первого и второго устройств выборки-хранения.

На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового приемника оперативного измерения частоты с устройством выборки хранения и линией задержки. Устройство содержит: синфазный делитель СВЧ мощности 1, амплитудный корректор с восходящей по частоте АЧХ 2, устройство тактирования 3, амплитудный корректор с нисходящей по частоте АЧХ 4, устройства 5 и 6 выборки-хранения, АЦП 7 и 8, вычислительное устройство 9.

На фиг. 2 представлены АЧХ амплитудного корректора с восходящей по частоте характеристикой (кривая 1) и с нисходящей по частоте характеристикой (кривая 2). На фиг. 3 представлено отношение модулей коэффициентов передачи первого и второго (кривая 2), второго и первого (кривая 1) амплитудных корректоров.

Цифровой приемник оперативного измерения частоты с устройствами выборки хранения и амплитудными корректорами работает следующим образом. Входной сигнал делится на две равные по мощности части в синфазном делителе СВЧ мощности 1. Первая часть поступает в амплитудный корректор с восходящей по частоте АЧХ 2. Вторая часть сигнала поступает в амплитудный корректор с нисходящей по частоте АЧХ 4. С выхода амплитудных корректоров 2 и 4 сигналы поступают на устройства выборки-хранения 5 и 6 соответственно. Устройства выборки хранения 5 и 6 по фронту тактового сигнала с частотой f_s от устройства тактирования 3 производят выборку входного сигнала, по срезу тактового сигнала переходят в режим хранения и хранят выбранное значение до поступления очередного фронта тактового сигнала от устройства тактирования 3. Напряжения на выходе устройств выборки-хранения 5 и 6 поступают на входы АЦП 7 и 8 соответственно. По срезу тактового сигнала АЦП 7 и 8 начинают преобразование. Цифровые отсчеты от АЦП 7 и 8 поступают в вычислительное устройство 9, которое вычисляет амплитудный спектр сигнала, осуществляет поиск максимума и по нему оценивает частоту входного сигнала. При этом если частота входного сигнала превышает половину частоты следования тактовых импульсов от устройства тактирования 3, происходит наложение спектров [4] и сигнал преобразуется в первую зону Найквиста-Котельникова. Возникает неоднозначность измерения частоты, которая может быть разрешена с помощью способа, описанного в [3]. Для этого по отсчетам АЦП 7 и 8 устройство 9 вычисляет амплитудные спектры входного сигнала, подвергнутого восходящей и нисходящей по частоте амплитудной коррекции. Разрешение неоднозначности измерения частоты производится по отношению максимумов, расположенных на одинаковой частоте, на амплитудных спектрах от АЦП 7 и 8. Отношение максимумов на амплитудных спектрах однозначно связано с частотой входного сигнала согласно графику на фиг.3.

Введение устройств выборки-хранения перед АЦП позволяет существенно расширить диапазон измеряемых устройством частот. Диапазон входных частот современных устройств выборки-хранения простирается как минимум до 27 ГГц [5].

Список использованных источников

1. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of real signals. Патент США на изобретение №5099194.

2. Tsui J.B.Y., Sanderson R.B. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of complex signals. Патент США на изобретение №5099243.

3. Аткишкин С.Ф. Способ расширения полосы частот анализа радиосигналов. Патент РФ №2710097С1

4. Elbornsson, J. Blind Equalization of Time Errors in a Time-Interleaved ADC System/J. Elbornsson, F. Gustafsson, J. -E. Eklund//IEEE Transactions on signal processing. – 2005. - №4. – VOL53. – pp. 1413 – 1424

5. Lin, Y. -A. A 27-GHz 45-dB SFDR track-and-hold amplifier using modified Darlington amplifier and cascoded SEF in 0.18-um SiGe process/Y. –A. Lin, Y. –C. Yeh, H. –Y. Chang// IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). – 2017. – pp. 137 - 140

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты непрерывных и импульсных сигналов СВЧ. Цифровой приемник оперативного измерения частоты состоит из синфазного делителя мощности, первый выход которого соединен с амплитудным корректором с восходящей по частоте АЧХ, второй выход которого соединен с амплитудным корректором с нисходящей по частоте АЧХ, первого и второго АЦП, выходы которых подключены к вычислительному устройству, источника тактирования, выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго АЦП. Дополнительно введены первое и второе устройства выборки-хранения, причем вход первого устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с восходящей по частоте АЧХ, вход второго устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с нисходящей по частоте АЧХ, выходы первого и второго устройства выборки-хранения соединены с входами первого и второго АЦП соответственно, а выход устройства тактирования дополнительно соединен с тактовыми входами первого и второго устройств выборки-хранения. Техническим результатом является расширение полосы частот цифрового приемника. 3 ил.

Цифровой приемник оперативного измерения частоты, состоящий из синфазного делителя мощности, первый выход которого соединен с амплитудным корректором с восходящей по частоте АЧХ, второй выход которого соединен с амплитудным корректором с нисходящей по частоте АЧХ, первого и второго АЦП, выходы которых подключены к вычислительному устройству, источника тактирования, выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго АЦП, отличающий тем, что в него дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем вход первого устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с восходящей по частоте АЧХ, вход второго устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с нисходящей по частоте АЧХ, выходы первого и второго устройства выборки-хранения соединены с входами первого и второго АЦП соответственно, а выход устройства тактирования дополнительно соединен с тактовыми входами первого и второго устройств выборки-хранения.