Устройство формирования сигналов с линейной частотной модуляцией Российский патент 2024 года по МПК H04B1/00 

Устройство относится к технике формирования радиосигналов и может быть использовано в радиосвязи.

Известен «Формирователь линейно-частотно-модулированных сигналов» (Патент РФ № 915213, МПК H03C 3/08 (2006.01), опубл.: 23.03.1982).

В известном формирователе линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, содержащего последовательно соединенные двоичный счетчик, блок коммутации кодов, первый сумматор и первый регистр, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, блок синхронизации и управления, выход тактовой частоты которого соединен со счетным входом двоичного счетчика и входом записи первого регистра, а также фазовращатель. При этом, с целью упрощения управления скоростью изменения частоты путем его осуществления независимо от тактовой частоты, между кодовым выходом блока синхронизации и управления и первым управляющим входом фазовращателя введены последовательно соединенные преобразователь кодов режима работы в постоянное напряжение, второй сумматор, второй регистр и третий сумматор, при этом второй и третий выходы преобразователя кодов режима работы в постоянное напряжение соединены соответственно с входами начальной установки второго и первого регистра, а четвертый выход - с инверсным входом блока синхронизации и управления и входом начальной установки двоичного счетчика, выход сигнала управления знаком девиации блока синхронизации и управления соединен с вторым управляющим входом фазовращателя и управляющим входом блока коммутации кодов, а выход сигнала записи начальной установки - с входом записи начальной установки второго регистра, выход второго регистра соединен с вторым входом второго сумматора; второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого регистра, выход третьего сумматора соединен также с входом записи второго регистра, а выход блока коммутации кодов подключен к входу нулевого кода блока синхронизации и управления.

Недостатком известного устройства является то, что в нем обеспечивается только управления скоростью изменения частоты путем его осуществления независимо от тактовой частоты, что не обеспечивает работу с бинарным информационным сигналом.

Известно «Устройство формирования линейно-частотно-модулированных сигналов» (Патент РФ № 2568329, МПК H03J 1/00 (2006.01), опубл.: 20.11.2015 Бюл. № 32).

В известном устройстве, содержащем передающий оптический модуль, приемный оптический модуль, полосовой фильтр, волоконно-оптическую линию задержки и электронный усилитель дополнительно введены устройство управления, устройство формирования задающих импульсов, оптический аттенюатор, смеситель, генератор, управляемый напряжением, причем первый выход устройства управления подключен к входу устройства формирования задающих импульсов, выход которого соединен с первым входом передающего оптического модуля, второй выход устройства управления соединен с входом генератора, управляемого напряжением, выход которого соединен с вторым входом смесителя, третий выход устройства управления соединен с вторым входом передающего оптического модуля, прячем оптический выход передающего оптического модуля через последовательно подключенные волоконно-оптическую линию задержки и оптический аттенюатор соединен с оптическим входом приемного оптического модуля, электрический выход которого подключен к первому входу смесителя, выход которого соединен с последовательно подключенными полосовым фильтром и электронным усилителем, причем выход электронного усилителя является выходом устройства.

Недостатком известного устройства является то, что в нем обеспечивается только управления скоростью изменения частоты путем его осуществления независимо от тактовой частоты, что не обеспечивает работу с бинарным информационным сигналом.

Известно «Устройство формирования линейно-частотно-модулированного сигнала» (Патент РФ № 2110145 МПК H03K 7/06 (1995.01), H03C 3/08 (1995.01), H02M 1/08 (1995.01), опубл.: 27.04.1998).

В известном устройстве формирования ЛЧМ сигнала, содержащего первый и второй накапливающие сумматоры и цифроаналоговый преобразователь дополнительно введены первый и второй умножители, усилитель, третий накапливающий сумматор, инвертор, блок управления, вход которого является пусковым входом устройства, информационный вход первого накапливающего сумматора подключен к выходу инвертора, вход которого подключен к выходу второго умножителя, выход первого накапливающего сумматора подключен к первому информационному входу первого умножителя, выход последнего подключен к информационному входу второго накапливающего сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу второго умножителя, выход первого накапливающего сумматора дополнительно связан с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу усилителя, а выход усилителя является выходом устройства, установочный выход блока управления одновременно подключен к установочным входам первого, второго и третьего накапливающих сумматоров, а информационный вход третьего накапливающего сумматора подключен к выходу сигнала приращения частоты блока управления, синхронизирующие выходы блока управления подключены соответственно к первому и второму управляющим входам первого накапливающего сумматора, к первому - четвертому управляющим входам первого умножителя, первому и второму управляющим входам второго накапливающего сумматора, первому - четвертому управляющим входам второго умножителя и к первому и второму управляющим входам третьего накапливающего сумматора, а выход третьего накапливающего сумматора подключен к вторым информационным входам первого и второго умножителей.

Недостатком известного устройства является то, что в нем обеспечивается только управления скоростью изменения частоты путем его осуществления независимо от тактовой частоты, что не обеспечивает работу с бинарным информационным сигналом.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является устройство формирования ЛЧМ сигнала в системе скрытной связи с использованием ЛЧМ-сигналов (Дятлов А. П., Дятлов П. А. Проектирование радиосистем передачи информации с повышенными скрытностью и помехозащищенностью: Учебное пособие по курсовому проектированию, ч. 1 - Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2013 - 39 с.).

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные формирователь сигнала, смеситель, полосовой фильтр, усилитель мощности и антенну, а также гетеродин с преобразованием частоты вверх и гетеродин с преобразованием частоты вниз, коммутатор и источник сообщения, при этом выход коммутатора подключен ко второму входу смесителя, а выходы гетеродина с преобразованием частоты вверх и гетеродина с преобразованием частоты вниз, соответственно подключены к первому и второму входу коммутатора, к управляющему входу которого подключен источник сообщения.

Недостатком устройства-прототипа является то, что оно не предусматривает перевод в исходное состояние гетеродинов с преобразованием частоты вверх и вниз при следовании повторяющихся информационных импульсов, что приводит к необоснованному увеличению занимаемой полосы частот.

Задачей изобретения является разработка устройства, предусматривающего перевод в исходное состояние гетеродинов с преобразованием частоты вверх и вниз при следовании повторяющихся информационных импульсов.

Техническим результатом является уменьшение занимаемой полосы частот.

Технический результат достигается тем, что в устройство формирования сигналов с линейной частотной модуляцией, содержащее последовательно соединенные формирователь сигнала, смеситель, полосовой фильтр, усилитель мощности и антенну, а также гетеродин с преобразованием частоты вверх и гетеродин с преобразованием частоты вниз, коммутатор и источник сообщения, при этом выход коммутатора подключен ко второму входу смесителя, а выходы гетеродина с преобразованием частоты вверх и гетеродина с преобразованием частоты вниз, соответственно подключены к первому и второму входу коммутатора, к управляющему входу которого подключен источник сообщения, при этом устройство дополнительно содержит последовательно соединенные фильтр высоких частот и первый блок синхронизации и управления, последовательно соединенные фильтр низких частот и второй блок синхронизации и управления, при этом входы фильтра высокой частоты и фильтра низкой частоты соединены с выходом коммутатора, а выходы первого и второго блоков синхронизации и управления соединены со входами начальной установки гетеродина с преобразованием частоты вверх и гетеродина с преобразованием частоты вниз соответственно, а также инвертор, выход которого соединен с запускающим входом гетеродина с преобразованием частоты вниз, при этом выход источника сообщений соединен со входом инвертора и запускающим входом гетеродина с преобразованием частоты вверх.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - заявляемое устройство, где введены следующие обозначения:

1 - формирователь сигнала (Ф);

2 - смеситель (См);

3 - полосовой фильтр (ПФ);

4 - усилитель мощности (УМ);

5 - антенна (Ант);

6 - фильтр высоких частот (ФВЧ);

7 - первый блок синхронизации и управления (БСУ 1);

8 - гетеродин с преобразованием частоты вверх (ГПЧВв);

9 - фильтр низких частот (ФНЧ);

10 - второй блок синхронизации и управления (БСУ 2);

11 - гетеродин с преобразованием частоты вниз (ГПЧВн);

12 - коммутатор (К);

13 - источник сообщений (ИС);

14 - инвертор (Инв);

фиг. 2 - частотно-временное представление фрагмента двух символов ЛЧМ сигнала, соответствующих двум информационным импульсам равным единице, формируемое заявляемым устройством;

фиг. 3 - частотно-временное представление фрагмента двух символов ЛЧМ сигнала, соответствующих двум информационным импульсам равным единице, формируемое устройством-прототипом.

Устройство формирования сигналов с линейной частотной модуляцией содержит последовательно соединенные формирователь сигнала 1, смеситель 2, полосовой фильтр 3, усилитель мощности 4 и антенна 5, последовательно соединенные фильтр высоких частот 6, первый блок синхронизации и управления 7 и гетеродин с преобразованием частоты вверх 8, последовательно соединенные фильтр низких частот 9, второй блок синхронизации и управления 10 и гетеродин с преобразованием частоты вниз 11, а также коммутатор 12, выход которого соединен со вторым входом смесителя 2 и входами фильтра высоких частот 6 и фильтра низких частот 9, при этом его первый и второй входы соединены с выходами гетеродина с преобразованием частоты вверх 8 и гетеродина с преобразованием частоты вниз 11, а управляющий вход коммутатора 12 соединен с выходом источника сообщений 13, при этом выход источника сообщений 13 соединен со входом инвертора 14 и запускающим входом гетеродина с преобразованием частоты вверх 8, при этом выход инвертора 14 соединен с запускающим входом гетеродина с преобразованием частоты вниз 11.

Работает устройство формирования сигналов с ЛЧМ следующим образом.

Перед началом работы на ГПЧВв 8 и ГПЧВн 9 введены начальные установки.

Работа начинается подачи напряжения. С формирователя сигналов 1 подают гармоническое колебание установленной частоты на первый вход смесителя 2. Одновременно с источника сообщений 13 подают информационные импульсы (например, информационной единице соответствует импульс положительной полярности, информационному нулю - отрицательной полярности) на управляющий вход коммутатора 6, который в зависимости от полярности информационного импульса подключает или гетеродин с преобразованием частоты вверх 8 или гетеродин с преобразованием частоты вниз 11 ко второму входу смесителя 2.

Одновременно информационный импульс с источника сообщений 13, в зависимости от полярности, запускает или гетеродин с преобразованием частоты вверх 8, или гетеродин с преобразованием частоты вниз 11 (например, информационный импульс положительной полярности запускает гетеродин с преобразованием частоты вверх 8, а информационный импульс отрицательной полярности через инвертор 14 запускает гетеродин с преобразованием частоты вниз 11).

При этом гетеродин с преобразованием частоты вверх 8 формирует возрастающую частоту, а гетеродин с преобразованием частоты вниз 11 формирует убывающую частоту.

В смесители 2 происходит формирование ЛЧМ сигнала с возрастающей частотой относительно гармонического колебания установленной частоты, если на второй вход смесителя 2 поступает сигнал с гетеродина с преобразованием частоты вверх 8, или с убывающей частотой относительно гармонического колебания установленной частоты, если на второй вход смесителя 2 поступает сигнал с гетеродина с преобразованием частоты вниз 11

Далее с выхода смесителя 2 ЛЧМ сигнал подают на полосовой фильтр 3, где осуществляют фильтрацию в соответствии с заданной полосой частот. Затем отфильтрованный ЛЧМ сигнал подают на усилитель мощности 4, где происходит его усиление. Затем усиленный ЛЧМ сигнал подают в антенну 5 для его передачи по радиоканалу.

Фильтр высоких частот 6 настроен на предельную верхнюю частоту, генерируемую гетеродином с преобразованием частоты вверх 8 при воздействии на него импульса положительной полярности, соответствующего информационной единице.

Фильтр низких частот 9 настроен на предельную нижнюю частоту, генерируемую гетеродином с преобразованием частоты вниз 11 при воздействии на него импульса отрицательной полярности, соответствующего информационному нулю.

При достижении верхней предельной частоты с выхода фильтр высоких частот 6 сигнал подают на первый блок синхронизации и управления 7, где формируют сигнал, который поступает на вход начальной установки гетеродина с преобразованием частоты вверх 8 и переводи его в начальное состояние.

При достижении нижней предельной частоты с выхода фильтр низких частот 9 сигнал подают на второй блок синхронизации и управления 10, где формируют сигнал, который поступает на вход начальной установки гетеродина с преобразованием частоты вниз 11 и переводи его в начальное состояние.

В качестве примера, на фиг. 2 показано частотно-временное распределение энергии ЛЧМ сигнала на длительности двух последовательно идущих друг за другом с источника сообщений 13 информационных единиц, формируемое в соответствии с заявляемым устройством.

По оси времени отложено начальное значение Т0, время окончания длительности первого импульса Т1 и время окончания длительности второго импульса Т2.

По оси частот отложено значение частоты F0, соответствующее частоте гармонического колебания установленной частоты, поступающей с формирователя сигнала 1 и значение частоты F1, соответствующее окончанию длительности информационного импульса.

При этом по окончанию действия первого импульса гетеродина с преобразованием частоты вверх 8 был переведен в начальное положение, поэтому действие второго импульса началось с частоты F0 и закончилось на частоте F1, как и при воздействии первого импульса.

На фиг. 3 показано частотно-временное распределение энергии ЛЧМ сигнала на длительности двух последовательно идущих друг за другом с источника сообщений 7 информационных единиц, формируемое в соответствии с устройством-прототипом.

Здесь, в отличие от заявляемого устройства, формирование ЛЧМ сигнала для второй информационной единицы началось с частоты F1 и закончилось на частоте F2. Поэтому результирующий ЛЧМ сигнал, формируемый в соответствии с устройством-прототипом, занял полосу в два раза большую, чем потребовалась ЛЧМ сигналу, сформированному в соответствии с заявляемым устройством.

Таким образом, с возрастанием количества однотипных информационных импульсов, поступающих с источник сообщений 7, требуемая полоса частот для ЛЧМ сигнала, формируемого в соответствии с устройством-прототипом, будет возрастать. В то время как ширина требуемой полосы частот для ЛЧМ сигнала, формируемого в соответствии с заявляемым устройством, будет оставаться прежней.

Реализация всех блоков заявляемого устройства известна и описана в авторском свидетельстве № 1617621 А1, опубл. 30.12.90. Бюл. № 48. В патенте РФ № 2 033 685 С1, опубл. 20.04.1995. А также устройствах прототипах.

Устройство относится к технике формирования радиосигналов и может быть использовано в радиосвязи. Техническим результатом является уменьшение занимаемой полосы частот. Он достигается за счет того, что в известное устройство дополнительно введены первый и второй блоки синхронизации и управления, фильтр высокой частоты, фильтр низкой частоты и инвертор. При этом входы фильтра высокой частоты и фильтра низкой частоты соединены с выходом коммутатора. А выход фильтра высокой частоты через первый блок синхронизации и управления подключен к входу начальной установки гетеродина с преобразованием частоты вверх, выход фильтра низкой частоты через второй блок синхронизации и управления подключен к входу начальной установки гетеродина с преобразованием частоты вниз. А выход источника сообщений подключен к запускающему входу гетеродина с преобразованием частоты вверх, и через инвертор подключен к запускающему входу гетеродина с преобразованием частоты вниз. 3 ил.

Устройство формирования сигналов с линейной частотной модуляцией, содержащее последовательно соединенные формирователь сигнала, смеситель, полосовой фильтр, усилитель мощности и антенну, а также гетеродин с преобразованием частоты вверх и гетеродин с преобразованием частоты вниз, коммутатор и источник сообщения, при этом выход коммутатора подключен ко второму входу смесителя, а выходы гетеродина с преобразованием частоты вверх и гетеродина с преобразованием частоты вниз, соответственно подключены к первому и второму входу коммутатора, к управляющему входу которого подключен источник сообщения, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит последовательно соединенные фильтр высоких частот и первый блок синхронизации и управления, последовательно соединенные фильтр низких частот и второй блок синхронизации и управления, при этом входы фильтра высокой частоты и фильтра низкой частоты соединены с выходом коммутатора, а выходы первого и второго блоков синхронизации и управления соединены со входами начальной установки гетеродина с преобразованием частоты вверх и гетеродина с преобразованием частоты вниз соответственно, а также инвертор, выход которого соединен с запускающим входом гетеродина с преобразованием частоты вниз, при этом выход источника сообщений соединен со входом инвертора и запускающим входом гетеродина с преобразованием частоты вверх.