Формирователь частотно-модулированных сигналов Советский патент 1992 года по МПК H03C3/00 

VI

со ю

Јь

ю о

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в радиопередающих и радиоприемных устройствах, в измерительной технике и связи.

Известен цифровой синтезатор линей- но-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, содержащий последовательно соединенные первый накопитель, комбинационный сумматор, второй накопитель, блок постоянного запоминания (ПЗУ), пер- вый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), первый фильтр, первый перемножитель, блок аналогового суммирования и полосовой фильтр, а также последовательно соединенные второй ЦАП, второй фильтр и второй перемножитель.

Недостатком устройства является высокий уровень паразитных составляющих в спектре выходного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется цифровой генератор сигналов, содержащий первый, второй и третий блоки ПЗУ, первый и второй цифровые перемножители, первый и второй ЦАП, первый и второй балансные преобразователи, опор- ный генератор и формирователь квадратурных составляющих опорного сигнала.

Основными недостатками этого устройства являются малое значение девиации частоты и высокий уровень модуляционных искажений выходных сигналов.

Целью изобретения является увеличение девиации частоты и уменьшения уровня модуляционных искажений формируемых ЧМ сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой генератор сигналов, содержащий последовательно соединенные первый блок постоянного запоминания и второй блок постоянного запоминания, последова- тельно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь, первый балансный преобразователь и блок аналогового суммирования, последовательно соединенные опорный генератор и формирователь квад- ратурных составляющих опорного сигнала, последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и второй балансный преобразователь, а также третий блок постоянного запоминания, при этом первый выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом треть- его блока постоянного запоминания, первый выход формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соеди- нен с другим входом первого балансного преобразователя, второй выход формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соединен с другим входом второго балансного преобразователя, выход которого соединен с другим входом блока аналогового суммирования, дополнительно введены делитель частоты и счетчик, выход которого соединен с входом первого блока постоянного запоминания, последовательно соединенные первый полосовой фильтр, первый смеситель, узкополосный фильтр, регулируемый усилитель, второй смеситель и второй полосовой фильтр, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные третий цифроаналоговый преобразователь и первый фильтр нижних частот, выход которого подключен к другому входу регулируемого усилителя, по следовательно соединенные решстр памяти, комбинационный сумматор, блок памяти, четвертый цифроаналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот и перестраиваемый генератор, выход которого соединен с другими входами первого и второго смесителей, при этом первый выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом регистра памяти и с другим входом комбинационного сумматора, другой выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом третьего цифроаналогового преобразователя, выход второго блока постоянного запоминания соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход третьего блока постоянного запоминания соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, другой выход опорного генератора соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с тактовыми входами счетчика, первого, второго и третьего блоков постоянного запоминания, регистра памяти, блока памяти, первого, второго, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей, кроме того, выход блока аналогового суммирования соединен с входом первого полосового фильтра.

На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя частотно-модулированных сигналов; на фиг. 2 - графики законов изменения частоты, поясняющие принципы работы устройства.

На схеме изображены счетчик 1, первый блок ПЗУ 2, третий ЦАП 3. первый фильтр 4 нижних частот (ФНЧ) , регистр 5, второй блок 6 ПЗУ, делитель 7 частоты, третий блок 8 ПЗУ, комбинационный сумматор 9, первый ЦАП 10, опорный генератор 11, второй ЦАП 12, блок 13 памяти, первый балансный преобразователь 14. формирователь 15 квадратурных составляющих опорного сигнала, второй балансный преобразователь 16, четвертый ЦАП 17, блок 18 аналогового суммирования, первый смеситель 19, узкополосный фильтр 20, второй ФНЧ 21, первый полосовой фильтр 22, второй смеситель 23, регулируемый усилитель 24. перестраиваемый генератор 25, второй полосовой фильтр 26.

Устройство работает следующим обра- зом,

При включении питания счетчик 1 находится в нулевЪм состоянии. Гармонические колебания частотой for опорного генератора 11 поступают на делитель 7 частоты, в кото- ром частота колебаний уменьшается до fr и колебания преобразуются в последовательность импульсов с амплитудой, определяемой используемой элементной базой. С выхода делителя 7 частоты тактовые им- пульсы поступают на тактовые входы счетчика 1, регистра 5 памяти, первого 2, второго 6 и третьего 8 блоков ПЗУ первого 10, второго 12, третьего 3, и четвертого 17 ЦАП, а также на тактовый вход блока 13 памяти. С приходом каждого импульса тактовой частоты fr на вход счетчика 1 его содержимое увеличивается на единицу и используется для адресации первого блока 2 ПЗУ. Параллельный двоичный код с выхо- да счетчика 1 поступает на вход адреса пер- вого блока 2 ПЗУ, обеспечивая выборку из первого блока 2 ПЗУ параллельного двоичного кода фазы и параллельного двоичного кода огибающей формируемого ЛМЧ сигна- ла. Считываемые коды фазы и коды огибающей соответствуют мгновенным значениям фазы и огибающей формируемого ЛМЧ сигнала с начальной частотой Рч и скоростью частотной модуляции /3 . Расчет кодов фазы и огибающей формируемых сигналов $ запись их в первый блок 2 ПЗУ осуществляется до начала работы устройства. Коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока 2 ПЗУ поступают на вход блока 6 ПЗУ, в котором осуществляется преобразование кодов фазы в коды амплитуды синусоидального напряжения. Коды амплитуды синусоидального напряжения поступают с выхода блока 6 ПЗУ на вход ЦАП 10, в котором осуществляется преобразование кодов в. аналоговую величину. Синусоидальная составляющая ЛЧМ сигнала с выхода ЦАП 10 поступает на вход балансного преобразователя 14. Кроме того, двоичные коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока 2 ПЗУ поступают на вход блока 8 ПЗУ, в котором осуществляется преобразование кодов фазы в коды амплитуды косинусои- дального напряжения. Коды амплитуды ко- синусоидального напряжения поступают с выхода блока 8 ПЗУ, на вход ЦАП 12, в котором осуществляется преобразование кодов в аналоговую величину. Косинусои- дальная составляющая ЛЧМ сигнала с выхода ЦАП 12 поступает на вход балансного преобразователя 16, Опорная частота for генератора 11 поступает на формирователь 15 квадратурных составляющих, с выходов которого квадратурные составляющие поступают на входы первого 14 и второго 16 балансных преобразователей, в которых происходит перенос квадратурных составляющих формируемого ЛЧМ сигнала на ча-с стоту опорного генератора. С выходов балансных преобразователей 14 и 16 квадратурные составляющие формируемого ЛЧМ сигнала поступают на блок 18 аналогового суммирования, на выходе которого формируется ЛЧМ сигнал с одной боковой полосой. Сформированный ЛЧМ сигнал с выхода блока 18 аналогового суммирования поступает на полосовой фильтр 22, который подавляет паразитные спектральные составляющие вне полосы частот формируемого ЛЧМ сигнала. На выходе полосового фильтра 22 формируется ЛЧМ сигнала (фиг. 2,а)

(t) ипф1 (for - FH)t + -/Зт.2 +

t +/ Ј цс (t)dt 0 t TO ,

о

где 11пф1 - амплитуда сигнала на выходе полосового фильтра 22;

Јuc (t) - внутриимпульсные частотные искажения закона изменения частоты сигнала на выходе полосового фильтра 22;

Т0 - длительность формируемого сигнала.

С выхода полосового фильтра 22 ЛЧМ сигнал поступает на вход смесителя 19. На другой вход смесителя 19 поступает второй ЛЧМ сигнал, формируемый перестраиваемым генератором 25. Управление перестраиваемым генератором осуществляется следующим способом. Двоичные коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока 2 ПЗУ поступают на регистр 5 памяти и на комбинационный сумматор 9. С приходом каждого тактового импульса на регистр 5 памяти и счетчик 1 текущий код фазы с выхода блока 2 ПЗУ записывается в регистр 5 памяти и появляется на его выходе. Одновременно увеличивается на единицу содержимое счетчика 1, используемое для адресации блока 2 ПЗУ, и на его первом выходе формируется очередной код фазы формируемого ЛЧМ сигнала, который поступает на регистр 5 и на второй вход комбинационного сумматора 9. В регистре 5 происходит инвертирование записанного кода. Таким образом, в течении каждого периода тактовой частоты на первый вход ком- бинационного сумматора 9 поступает

инверсный код фазы формируемого ЛЧМ сигнала для предыдущего такта, а на другой вход - код фазы для текущего такта. На выходе комбинационного сумматора 9 формируется код суммы инверсного кода фазы для предыдущего такта и кода фазы для текущего такта. Полученный код суммы эквивалентен разности двух последовательных кодов фазы формируемого ЛЧМ сигнала и эквивалентен текущему коду частоты. Код частоты формируемого ЛЧМ сигнала с выхода комбинационного сумматора 9 поступает в блок 13 памяти. В блоке 13 памяти записаны коды управляющего напряжения для управления частотой перестраиваемого генератора 25. Каждому коду частоты, поступающему на вход блока 13 памяти, соответствует поступающий с выхода блока 13 памяти код управляющего напряжения. Коды управляющего напряжения расчита- ны и введены в блок 13 памяти до начала работы устройства (при измерении частотной настроечной характеристики перестраиваемого генератора 25). Коды управляющего напряжения введены в блок 13 памяти с поправкой, обеспечивающей изменение частоты колебаний формируемых перестраиваемым генератором 25 на заданную величину. Коды управляющего напряжения с выхода блока 13 памяти поступают на ЦАП 17, в котором преобразуются в аналоговую величину. С выхода ЦАП 17 управляющее напряжение (для ЛЧМ сигнала оно имеет пилообразную форму) поступает на вход ФНЧ 21, в котором происходит сглаживание управляющего напряжения. С выхода ФНЧ 21 управляющее напряжение поступает на перестраиваемый генератор 25 и изменяет его частоту по закону, соответствующему закону изменения частоты формируемого сигнала (например, по линейному закону). Таким образом, с выхода перестраиваемого генератора 25 на первый 19 и второй 23 смесители поступает ЛЧМ сигнал (фиг, 2,6)

Unr{t) Unr я for -FH- )t + 1вЈ+

+ / | nr (t)dtj 0 , о

где Unr - амплитуда сигнала перестраиваемого генератора 25; Јпг (1)-внутриимпуль- сные частотные искажения закона изменения частоты сигнала перестраиваемого генератора 25; fy4 - частота настройки узкополосного фильтра 20.

Начальная частота сигнала перестраиваемого генератора 25 fnr for - - FH выбирается несколько меньше начальной частоты f пф1 for - FH сигнала, формируемого

на выходе полосового фильтра 22, что необходимо для реализации селективных свойств узкополосного фильтра 20. На выходе смесителя 19 формируется демодулиро- ванная составляющая UCMi(t) (фиг. 2,в) разностной частоты fCMi Тпф1 - fnr сигналов, поданных на его входы

UCMl(t)UcMi туфт + / Ј цс (t)dt о

t

- Ј пг (t)dtj о t т0 ,

где UCMI - амплитуда сигнала на выходе смесителя 19.

С выхода смесителя 19 демодулирован- ный сигнал UcMi(t) поступает на узкополосный фильтр 20. Частотные искажения Ј цс (t) носят высокочастотный характер и обусловлены ошибками дискретизации при формировании сигнала цифровым методом, а частотные искажения Ј Пг (t) носят низкочастотный характер и обусловлены нелинейностью модуляционной характеристики перестраиваемого генератора 25. Демодулированный сигнал UCMi(t) на входе узкополосного фильтра содержит как низкочастотные Јпг (t), так и высокочастотные Јцс (t) искажения. Низкочастотные искажения демодулированногосигнала UCMi(t)

проходят через узкополосный фильтр 20, а высокочастотные искажения Јцс (t) эффективно им подавляются. Следовательно, на выходе узкополосного фильтра 20 формируется сигнал иуф(1)(фиг. 2,г)

t иуф(т) иУф п Гуф1 - / Ј пг (t)dt О

о t Г0 ,

где 1)уф - амплитуда сигнала на выходе узкополосного фильтра 20.

Сигнал Ууф(1) с узкополосного фильтра 20 поступает на регулируемый усилитель 24. На другой вход регулируемого усилителя 24.

На другой вход регулируемого усилителя 24 поступаетуправляющий сигнал R(t) с выхода фНЧ 4. Сигнал R(t) модулирует огибающую формируемого ЛЧМ сигнала по закону, обеспечивающему минимизацию уровня боковых лепестков при обработке. Управляющий сигнал R(t) рассчитывается до начала работы устройства и хранится в блоке 2 ПЗУ. Одновременно с формированием ЛЧМ сигнала двоичные коды управляющего сигнала

R(t) с блока 2 ПЗУ поступают на ЦАП 3, в котором преобразуются в аналоговый управляющий сигнал. С выхода ЦАП 3 управляющий сигнал поступает на ФНЧ 4, в котором происходит сглаживание управляющего сигнала. С выхода ФНЧ 4 отфильтрованный управляющий сигнал R(t) поступает на управляющий вход регулируемого усилителя 24. Огибающая сигнала на выходе регулируемого усилителя 24 оказывается промодулированной управляющим сигналом R(t)

t Upy(t) R(t) иУф - / Ј пг Writ

о

0 t Го .

Сигнал Upy(t) регулируемого усилителя 24 поступает на вход смесителя 23. На другой вход, смесителя 23 поступает сигнал Unr(t) перестраиваемого генератора 25. На выходе смесителя формируется суммарный ЛЧМ сигнал UcH2(t) частоты гСн2 W Туф

Ucw2(t) R(t)UCM2 (for - FH - Туф) f

Ь 10 t2 I- / Ј пг (t)dt + 2ЯТУФ t -/ | пг (t)

- R(t)UCM2 (for - FH)t + 1/ t2 0

(

который поступает на полосовой фильтр 26 Полосовой фильтр 26 подавляет паразитные составляющие спектра вне полосы частот формируемого сигнала. На выходе полосового фильтра 26 формируется выходной ЛЧМ сигнал (фиг. 2,6 , который в результате двойного преобразования частоты обладает существенно меньшими частотными искажениями, уровень которых определяется се- лективными свойствами и полосой пропускания узкополосного фильтра 20. Низкочастотные модуляционные искажеtния/ Ј пг (t)dt компенсируются при втором

о

преобразовании частоты в смесителе 23 Применение узкополосного фильтра 20 с полосой пропускания в 10-100 кГц позволяет подавлять высокочастотные модуляционные искажения цс (t) более, чем в 5-10 оаз

Формула изобретения

Формирователь частотно-модулированных сигналов, содержащий первый, второй и третий постоянного запоминания, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь, первый балансный преобразователь и аналоговый сумматор1 последовательно соединенные опорный генератор и формирователь квадратурных составляющих опорного сигнала, последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и второй балансный модулятор,

при этом первый выход блока постоянного запоминания соединен с первым входом третьего блока постоянного запоминания, первый и второй выходы формирователя

квадратурных составляющих опорного сигнала соединены с другими входами соответ ственно первого и второго балансных модуляторов, выход которого соединен с другим входом аналогового сумматора, о т л имеющийся тем, что, с целью увеличения девиации частоты и уменьшения уровня модуляционных искажений формируемых частотно-модулированных сигналов, введены последовательно соединенные регистр памяти, комбинационный сумматор, блок памяти, третий цифроаналоговый преобразователь, первый фильтр ни.кнпл частот, перестраиваемый генератор, первый смеситель и первый полосовой фильтр,

последовательно соединенные делите/и частоты, четвертый цифроаналогопый преобразователь, второй фильтр нижних члсто: и регулируемый усилитель, выход ico opoio подключен к другому входу первого смесителя, последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй смеситель и третий полосовой фильтр, выход которого подключен к другому входу регулируемою усилителя, а также счетчик, выход которот

соединен со входом первого блока постоям ного запоминания, первый выход которого соединен со входом регистра памяти с г дом второго блока постоянного запоминания и с другим входом комбинационного

сумматора, второй выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом четвертого цифроаналогового преобразователя, выход второго блока постоянного запоминания соединен с входом первого

цифроаналогового преобразователя, выход третьего блока постоянного запоминания соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, другой выход опорного генератора соединен с входом

делителя частоты, выход которого соединен с тактовыми входами счетчика, пеового, второго и третьего блоков постоянного запоминания, регистра памяти, блока памяти, первого, второго, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей, выход аналогового сумматора соединен с входом второю полосового фильтра, а другой вход второго сме- ситепя подключен к выходу перестраиваемого генератор, а выход первого полосового фильтра является выходом частотно-модулированных сигналов.

V-FH

г /

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающих и радиоприемных устройствах, в изме- рительной технике и связи. Целью изобретения является увеличение девиации частоты и уменьшение уровня модуляционных искажений формируемых частотно-модулированных сигналов (ЧМ). Формирователь ЧМ-сигналов содержит счетчик 1, первый, второй, третий блоки постоянного запоминания (ПЗУ) 2. 6, 8, первый, второй, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 10,12, 17, 3, первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ) 21, 4. регистр 5 памяти, делитель 7 частоты, опорный генератор 11, комбинационный сумматор 9, блок 13 памяти, первый и второй балансные модуляторы 14, 16, формирователь 15 квадратурных составляющих опорного сигнала, аналоговый сумматор 18, второй смеситель 19, первый смеситель 23, первый, второй и третий полосовые фильтры 26, 22, 20, регулируемый усилитель 24 и перестраиваемый генератор 25. Цель достигается использованием двойного преобразования частоты, а также моду- ляцией огибающей формируемых ЧМ-сигналов в аналоговом виде на промежуточной частоте.2 ил. сл с

F f

т f

U Т

fv-Ъ