Генератор качающейся частоты Советский патент 1983 года по МПК H03B23/00 

Изобретение относится к радиотехнике Н может быть использовано в качестве источника сигналов качающейся часГоты в измеритепязс частотных характеристик рааиоустройств и в анализаторах спектра

Известен генератор качающейся частоты (ГКЧ), содержащий поспедоватепыню соединенные перестраиваемый ЖИГ-гене ратор, аттенюатор на р- - М диодах, усипитепь мощности, широкопопосный

умножитель частоты с перестраиваемыми фильтрами на основе резонаторов из жепезоиттриеврго граната, направленный отватвитель, детектор и дискриминаторусилитель разностного сигнала, а также блок управления частотой, блок компараторов, управляемый усилитель и источник опорного сигнала JY .

Недостатком ГКЧ является трудность обеспечения сопряжения перестройки пере страиваемого ЖИГ генератора и щирокополосного умножителя частоты с перестраиваемыми фильтрами на основе резонаторов из жепеэоиттриевого граната (ЖИГ фильтрами).

Наиболее близким по технической сущности является генератор качающейся частоты (ГКЧ), содержащий последовательно соединенные блок компараторов, управляемый усилитель, перестраиваемый генератор, усилитель мощности, перестраиваемый умножитель частоты, направленный ответвитель, амплитудный детектор и амплитудный дискриминатор, к другому входу которого подключен ,выход источника опорного сигнала, а также сумматор и блок управления частотой, выход которого подключен к управляющим. входам блока компараторов, управляемого усилителя и к одному из входов сумматора 2.

Однако известному ГКЧ присуши недостаточно высокие помехоустойчивость и быстродействие.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и увеличение быстродействия.

Указанная пепь достигается тем, что в ГКЧ, содержащий последовательно соединенные блок компараторов, управляемый усилитель, перестра шаемый генератор, усилитель мощности, перестраиваемый умножитель частоты, направленный ответвитель, амплитудный детектор и амплитудный дискриминатор, к другому входу которого подключен выход источника опорного сигнала, а также сумматор и блок управления частотой, выход

которого подключен к. управляющи у( входам блока компараторов, управляемого усипитепя и к одному из входов сумматора, между выходом амплитудного дио кримин 1тора и другим входом сумматора введень последовательно соединенные выпрямитель, блок выборки и запомина- ния, стробируемый компаратор, управляемый ключ, счетный триггер, реверсивный счетчик и цифроаналоговый щэеобразователь, а также введены поспедова« тельно соединенные генератор тактовых импульсов и кольцевой счетчик, первый выход которого подключен к входу стро бирования стробируемого компаратора, второй выход - к управляющему входу управляемого ключа и к управляющему входу бпока выборки и запоминания, а третий выход - к счетному входу реверсивного счетчика, при этом выход выпрямителя подключен также к другому г сигнальному входу стробир емого компаратора.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема генератора качающейся частоты (ГКЧ); на фтл. 2 и 3 эпюры сигналов, поясняющие работу ГКЧ

ГКЧ содержит перестраиваемый генератор 1, усилитель 2 мощности, перестраиваемый умножитель 3 частоты, направленный ответБитель 4, амплитудный детектор 5, амппитудный дискриминатор 6, источнш 7 опорного сигнала, бпок 8 управления частотой, блок 9 компарагоров, управляемый усипитепь 10, сумматор 11, выпрямитель 12, бпок 13 выборки и запоминания, стробируемый компаратор 14j, управляемый ключ 15, счетный триггер 16, генератор 17 тактош 1Х щл пульсов, кольцевой счетчик 18, реверсивный счетчик 19, дифроанапоговый преобразователь (ЦАП) 20.

. ГКЧ работает следующим-образом. Упр шпяющее напряжение с первогхэ выхода блока управления чистотой через управляемый усилитель 1О перестраивает частоту перестраиваемого генератора 1 и через сумматор 11 - ЖИГ-фильтр пере страиваемого умножителя 3. Блок 9 компараторов . срабатывает на таких уровнях управляющего напряжен1Ю, при которых заканчивается рабочий диапазон частот перестраиваемого генератора 1. Сигналы управления бпока 9 компараторов пе1эекпючают коэффициент усиления и сигналы смещения управляемого усилителя 10 таким образом, что перестройка переctpaивaeмoгo генератора 1 начинается с начапьиых частот диапазона генератор Однако уруправпяющее напряжение из блока 8 управления частотой, продоткае нарастать и через сумматор 11 перестраивает ЖИГ-фильтр в перестраиваеMOM умножитепе 3, на выходе которого выделяется сигнал с частотой, соответст вующей бопее высокому номеру гармоники сигнала перестраиваемоготейератора I,поступатацему на перестраиваемый умножитель 3 через усилитель 2 мощности. После достижения границы выставпе ного диапазона частот управляющее напряжение возвращается к начальнсялу уровню и процесс :Т1ерестройки частоты повторяется сначала. Направленный ответвитель 4 отбирает небольщую часть выходной мощности ГКЧ, которая изменяется в диагюзоне частот ГКЧ, и направляет ее на амплитудный детектор 5, на выходе которого получается сигнал постоянного напряжения, пропориионал уный отобранной части выходной мощност ГКЧ. Данный сигнал подается на амплитудный дискриминатор. 6, где сравнивает ся с сигналом от источника 7 опорного сигнала, пропорциональным желаемому уровню мощности ва выходе ГКЧ. Разностный сигнал с выкода амплитудного дискриминатора 6 поступает на выпрям№ тепь 12. Узлы 12 - 20 совместно с узлами II,3 - 7 образуют систему автоматической подстройки частоты перестраиваемого умножителя 3 и стабилизации мощности ГКЧ (система АР), Очевидно, что при работе системы АР в режиме стабилизации мощности по заданному опорному уровню от источника 7 опорного сигнала 7 по мере приближения к установившемуся режиму сигнал ощибки на выходе амплитудного дискриминатора 6 приближается к нулю, начиная от такого уровня сигнала ошибки, который был в начальном моменте работы системы АР и который может быть какч.отрицательным, так и положительным, в зависимоо ти от того, превыщает опорный уровень сигнал с амплитудного детектора 5 или наоборот. На выходе выпрямителя 12 этот.сигнал ошибки всегда будет одной полярности и по мере приближения сж темы АР к установившемуся режиму будет приближаться к минимальной велвн чине по абсолютному значению. На фиг. 2 приведены эпюры сигналов в различных точках системы АР при работе в режиме стабилизации выходной мощности ГКЧ. Числовыми индексами к напряжению { U ) обозначены, номера узлов, на выходах которых имеют место показанные сигналы. Для наглядности шаг изменения напряжений lj(, , и,,и. увеличен по сравнению с реально необходимым для обеспечения требуемой точности стабилизации мощности. Пусть в начальный момент ig работы системы АР положение амплитудночастотной характеристики (АЧХ) фильтра в перестраиваемом умножителе 3, выполненного на основе резонаторов из железоиттриевого граната (ЖИГ-фильтра) теисое, что при установленной выходной частоте ГКЧ выходной сигнал амплитудного детектора 5 равен U U (фиг.2а, точка на штриховой АЧХ). Уровень опорного напряжения от источника 7 опорного сигнала U Сигнал ошибки с выхода амплитудного дискриминатора 6 равен и U и в является положительным. Выпрямитель 12 преобразует сиг нал ошибки в сигнал Отрицательной полярности, который подается на первый вход стробируемого кo шapaтopa 14 и на вход блока 13 вь борки-запоминания, с выхода которого подается на второй вход стробируемого компаратора 14. Стробируемый компаратор 14 работает таким образом, что когда на его первом входе напряжение U цч положительно по отношению к напряжению U на входе, на его выходе получается логический О, а. когда напряжение на первом входе отрицательно по отношению к напряжению на втором входе, на выходе получается логическая . Далее система АР работает в следующей последовательности. В момент t (фиг.2) импульс с выхода кольцевого счетчика О g q j опрашивает стробируемый компаратор 14. Допустим, что напряжение и j было отрицательным по отношению к напряжению It/ij . Тогда на выходе стробируемого компаратора 14 появляется логическая , которая открывает управляемый ключ 15. В момент Ij импульс стробирует блок 13 выборки запоминания и этим выравнивает напряже- . кие на входах стробируемого компаратора 14 (фиг.Зв). Од временно этот же импульс проходит через управляемый ключ 15 и изменяет состояние счетного триггера 16, выходной сигнал которого становится логическим нулем и переводит реверсивный счетчик 19 в режим счета вверх. В момент 2 импульс 1 Ц-аЛ увепичивает содержимое реверсивного счетчика 19 на единицу, выходное напряжение ЦАП 20 также попучает шаговое приращение и через сумматор 11 перестраивает ЖИГ-фипьтр в перестраиваемом умножителе 3. Вспедсгвие этого выходное напряжение амппи.тудного дис. криминатора 6 изменяется (в данном случае падает). Выходное напряжение выпрямитепя 12 действует на первом входе стробйруемого компаратора 14 и становится положитепьвым по отношению к напряжению. на втором входе. Поспе .прихода импульса UIQ Q в момент з вы ходной сигнал стробйруемого компаратора 14 изменяется к -погк ескому О и запирает управляемый кпюч 15, Импупьс в моме.нт t4 выравнивает напряжения на входах стробйруемого компаратора 14. Импупьс в момент 15 увепичивает содержимое реверсивного счетчика 19 на единицу, выходное напряжение ПАП 20 увеличивается на следующую ступеньку и через сумматор 11 сно ва перестраивает ЖИГЙИльтр в перестра иваемом умнежитепе 3. Выходное напряжение амплитудного дискриминатора 6 снова падает. Процесс продолжается до момента, когда АЧ-Х ЖИГ-фильтра в перестраиваемом y нoжитeпe 3 смещается по положения, в котором напряжение на выходе амплитудного детектора 5 приближается вплотную до УОП (фиг. 2а, точка tj(2 иа сплошной АЧХ). Следующее приращение выходного напряжения ЦАП 20 смещает АЧХ ЖИГ-фильтра в перестраиваемом умножителе 3 так, что выходное напряжение выпрямителя 12 вместо приближения к нулю удаляется от него (фиг. 2б,в момент времени t« ). Тогда после при-и хода импульса igQ. в момент t на выходе стробйруемого компаратора 14 появляется логическая 1, которая.открывает управляемый ключ 15. Следующий импульс Ufjcjrt в момент t изменяет состояние счетного триггера 16 на логическую 1 и переводит реверсивный Импульс UIPQ, в момент-i 4 уменьшае содержимое реверсивного счетчика 19 ни еди{гацу, напряжение ЦАП 20 ступеньчато падает и через сумматор 11 перестра1шает в перестраиваемом умножителе 3 в другую сторону. Выходное напряжение амплитудного дискриминатора 6 снова становится положительным, выходное напряжение выпрямитепя 12

ра, причем по своему дискретному характеру является устойчивой к действию помех на выходе амплитудного дискрим 61Фснова приближается к- нулю, Лроиесс в системе АР продолжается аналогичшлм образам (фиг. 2, моменты i - ,), Так как система АР достигает своего установившегося значения, выходное напряжение амплитудного детектора 5 У 5 равно и оп с флюктуацией 8U , которая является сиг налом ошибки данной системь АР,, и может быть сделана сколь угодно малой с помощью увелугчения разрядности реверсивного счетчика 19 и ЦАП 20, т.е. уменьшением значения шага изменения выходного напряжения ЦАП 2О. Работа системы АР на вершине резонансной АЧХ ЖИГ-фильтра в перестраиваемом умножителе 3, т.е. по максимуму выходной мощности ГКЧ, Б принципе не отличается от описанной и графически представлетта на фиг. 3. Пучть в начальный момент to работы системы АР положение АЧХ ЖИГ-фипьтра такое, что при установленной выходной частоте ГКЧ выходной сигнал амплитудного детектора 5 равен IJ U (фиг. За, точка на штриховой АЧХ), опорш 1й сигнал с выхода источника 7 опорного сигнала ,|V (jp| и выше максимально возможных зкаченй выходного сигнала амплитудного детектора 5. Сигнал ошибки с выхода амплитудного дискрШДинагора 6 U равен д и и является отрицательным. При работе системы АР (фиг. 3, моменты i. - ) АЧХ ЖИГ-фипьтра в перестраи-ваемом умножителе 3 смещается в -положение, при котором выходной сигнал ампритудного детектора 5 равен Uf; 7 (фиг. За; точка на сплошной АЧХ), Сигнал ошибки yUo остается ив установившемся режиме работы системы АР, а его флюктуации 6 и о могут быть уменьшены . до скопь угодно малой величины с помощью увелшекия разрядности реверсивного счетчшса 19 и ЦАП 20, т.е., ytvisHbшением значения шага изменения выходного напряжения ЦАП 20. При этом на выходе ГКЧ будет присутствовать максимально возможная дпя данной частоты выходного сигнала мощность. I.-. Положительный эффект в предлагаемом генераторе качающейся частоты достигается за счет того, что введенная цепь обеспечивает работу системы автоматической подстройки частоты перестраиваемого умножителя и стабилизации мощнооц-и 1КЧ на любом склоне АЧХ ЖИГ-фильтнатора, а также пвпяется бопее быстрюдейсгвующей по сравнегтю с извест тм устройством, так как нет необходимостиработать топько на одном склоне ЛЧХ ЖИГ-фипьтра и пользоваться медпенной системой поиска, проходящей все возможные уровни выходной мощности ГКЧ до того, как система входит в синхронизм, что имеет месуо в -известном ГКЧ. Одновременно обеспечивается работоспособность ГКЧ в режиме автоматической перестройки частоты при максимальной нестабипиаированной выходной мощности ГКЧ для достижения максимальной фипьт-iрации паразитных сигналов на выходе ГКЧ, в то время как в известном ГКЧ такой режим невозможен из-за необходимости ручной подрегулировки опорного

Напряжения для каждого, отпичаюшегося друг от друга значения максимальной выходной мощности ГКЧ.

Предлагаемый генератор качающейся частоты имеет помехоустойчивость в 18 раз, а быстродействие - в 6 раз больше, чем известный. ГКЧ устойчиво работает в режиме автоматического качания частоты ГКЧ в диапазоне 3-18 ГГц при максимальной нестабилизированной выходной мощности без какого-либо М1Югократного регулирования опорного напряжения от источника опорного сигнала, при этом обеспечивается максимальное подавпение паразитных сигналов на выходе ГКЧ, так как полностью используется характеристика фильтрации ЖИГ-фильтра из-за работы на его верщине.

ГЕНЕРАТОР КАЧАЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ, содержащий поспеаоватепьно соединенные блок ксмпараторов, управляемый усипитепь, перестраиваетлый генератор, усипитепь мощности, перестраиваемый умножитель частоты, направленный ответвитель, амплитудный детектор и амплитудный дискриминатор, к другому входу которого подключен выход источника опорного сигнала, а также сумматор и бпок /управления частотой, выход которого подключен к управретющим входам блока компараторов, управляемого усилителя и к одному нз входов сумматора, отличающийся тем, что, с цепью повышения помехоустойчивости и увеличения быстродействия, между выходом амплитудного дискриминатора и дру гим входом сумматора введены последовательно соединенные выпрямитель, бпок вь1борки и запоминания, стробируемый компаратор, управляемый ключ, счетный триггер, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, а также введены последовательно соединенные генератор тактовых 11мпульсов и кольцевой счетчик, первый выход которого подклк чен к входу стробирования стробируемого S компаратора, второй выход - к управля(Л ющему входу управляемого ключа и к управляющему входу блока выборки и запоминания, а третий выход -- к счетному входу реверсивного-; счетчика, г-при этом выход выЯрямителя подключен тгасже к другому сигнальному входу стробируемого компаратора.