Формирователь линейно-частотно-модулированных колебаний Советский патент 1982 года по МПК H03C3/06 

(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНОШДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ

1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для формирования линейно-частотно-модулированных колебаний в радиолокации радиовысотометрии, системах связи, , измерительной технике.

Известен формирователь линейно- частотно-модулфованных СЛЧМ) колебаний, содержащий генератор пилообразного напряжения, сумматор, а jg также последовательно соединенные генератор высокой частоты, первый элемент задержки, смеситель, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель, is фазовый детектор, к другому входу которого подключен выход опорного генератора и фильтр нижних частот l.

Однако данное устройство оказывает дестабилизирующее влияние на вы- 20 ходной сигнал с линейной частотной модуляцией даже при идеальной линейности закона частотной модуляции, из-за отсутствия синхронизирующей

связи между опорным генератором и генератором пилообразного напряжения, величина фазового рассогласования биений и опорного -генератора в начале периода модуляц 1и случайным образом изменяется в зависимости I от начальной частоты колебания с ли-i нейной частотной модуляцией и времени задержки в линии, выходное напряжение фазового детектора в конце любого (с момента наблюдения) периода модуляции является сигналом ошибки в начале следукяцего периода модуляции. Отмеченшле недостатки приводят к заметному дополнительному фазовому рассогласованию между сиг.налом биений и опорным колебанием в начале каждого периода модуляции, а это, в свою очередь, значительно увеличивает длительность переходного режима в системе линеаризации и, в конечном итоге понижает точность формирования колебания с линейной частотной модуляцией. 39 Цель изобретешя - уменьшение искажений выходных ЛЧМ колебаний путем уменьшения длительности переходных процессов, Цель достигается тем, что в формирователе ЛЧМ колебаний, содержащем генератор пилообразного напряжения, сумматор, а также последовательно соединенные генератор высокой частоты, первый элемент задержки, смеситель, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель, фазовый детектор к другому входу которого подключен выход опорного генератора, и фильтр нижних частот, между выходом усилите ля и первым входом сумматора введены последовательно соединенные первый формирователь импульсов, первый триг гер, первый блок совпадения, между выходом сумматора и входом синхронизации генератора пилообразного напряжения введены последовательно сое диненные интегратор и управляемый элемент задержки, между выходом опор ного генератора и входом управляемого элемента задержки введены последовательно соединенные второй формирователь импульсов и счетчик импульсов, между выходом фазового детектора и общей пшной введен клю$ управлякяций вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, между выходом счетчика импульсов и вторым входом сумматора введены последовательно соединенные второй элемент задержки, второй триггер и второй блок совпадения, при этом выход счетчика импул сов соединен также с вторыми входами первого и второго триггеров, вторые выходы первого и второго триггеров соединены соответственно с вто-. рыми входами второго и первого блоко совпадения, выход фильтра нижних частот соединен с управлякицим входом .генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к входу генератора высокой частоты. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Формирователь ЛЧМ колебания содер жит генератор 1 пилообразного напряжения, генератор 2 высокой частоты, первый элемент 3 задержки, смеситель :4, усилитель 5, фазовый детектор 6, фильтр 7 нижних частот ( ФНЧ), опорный генератор 8, ключ 9, второй формирователь 10 импульсов, счетчик 11импульсов, управляемый элемент 12задержки, первый формирователь 13импульсов, первый триггер 14, первый блок 15 совпадения, сум матор 16, интегратор 17, второй элемент 18 задержки, второй триггер 19, второй блок 20 совпадения. Формирователь ЛЧМ колебаний работает следующим образом. С выхода опорного генератора 8 синусоидальное напряжение постоянной частоты (фиг. За) поступает на вход второго формирователя Ю импульсов, на выходе которого образуются короткие импульсы с периодом опорного колебания запуска счетчика 11 импульсов. На выходе счетчика 11 импульсов вьзделяются импульсы (фнг.Зб) с периодом модуляции Т и поступают через управляемой элемент 12 задержки на вход синхронизации генератора 1 пилообразного напряжения в момент начала модуляции запуска генератора 1. В этом случае частота на выходе генератора 2 высокой частоты изменяется по линейному закону, как показано на фиг. Зв, от f до fj. за время рабочего хода Тр. По окончании времени рабочего хода Тр ш кодная частота генератора 2 высокой частоты принимает первоначальное значение fn и сохраняет его на время паузы Tq до следующего прихода импульса 1 разрешения начала частотной модуляции на синхронизирукмций вход генератора 1 пилообразного напряжения (. Зб). Выходное напряжение генератора 2 высокой частоты с изменяющейся по линейному закону частотой поступает на входы смесителя 4 как непосредственно, так и задержанное в элементе 3 задержки на время t, На один вход смесителя 4 подает ся напряжение генератора 2 высокой частоты. (t)(u; 4 -Uoi /2fYo), где у - амплитуда выходного напряжения генератора 2 высокой частотыО н н начальная частота колебания с линейной частотной модуляцией, V крутизна изменения частоты, начальная фаза. а на другой вход, соответственно, напряжение, прошедшее через элемент 3 задержки. u,,C-fe)-UiCo ( ) Поскольку смеситель 4 выполняет функцию перемножителя входных сигналов U(t) и ) и отфильтровыв составляющую суммарной частоты, в результате на выходе смесителя 4 образуется сигнал биений UpШ--UpCo C в FЫ- feo), где Ug - амплитуда сигнала биений частота биений, которая постоянна в случае идеfg - ально линейного закона - изменения частоты -УрС,,/2.{ начальная фаза биений. Вв1оду значительного затухания в элементе 3 задержки необходимо напр жение биений Ug.(t), формируемое на выходе смесителя 4, усилить для обеспечения нормальной работы фазового детектора 6, что и осуществляется усилителем 5 сигнала биений, выходное напряжение которого имеет вид, представленный на фиг.. 3г. Как следует из выражения для U.-(t), сиг нал биений даже при идеально линейном законе изменения частоты имеет начальную фазу во , определяемую величинами Г-,,,HJ, Vo . Кроме того, усилитель 5 сигнала биений имеет ог раниченную полосу пропускания поэто му сигнал на выходе усилителя 5 при обретает дополнительный фазовый сдв , вызванный фазо-частотной харак теристикой усилителя 5. выходного колебания опорного генератора 8 (,фиг. За) совпадают с нулями сину соидального напряжения на выходе ус лителя 5 (фиг. Зг) при условии раве ства нулю SFO 0 и и постоянства крутизны сигнала с линейной ча стотной модуляцией и равенства ее среднему значению . Поэтому наличие Sfo О и фазового сдвига в усилителе 5 Л(. приводит к появлегшю сигнала рассогласования на выходе фазового детектора 6 даже при идеально линейном законе частотHoii модуляции. В случае нелинейного закона изме нения частоты на выходе фазового детектора 6 будет выделяться сигнал ошибки в соотцетствии с фазовой модуляцией бие1Шй, так как выходное колебание опорного генератора 8 имеет линейное во времени нарастание фазового набега, и, кроме того, дополнительный сигнал ошибки, вызванный начальным фазовым сдвигом (Уро , Сигнал ошибки с выхода фазового детектора 6 через фильтр 7 нижних частот поступает на управляющий вход генератора 1 пилообразного напряжения где суммируется с пилообразным напряжением и изменяет частоту на выкоде генератора 2 высокой частоты таким образом, чтобы закон изменения ча.стоты оставался строго линейным. Система линеаризации формирует сигнал управления законом изменения частоты по каждому линейно частотно-модулированному импульсу (фиг.Зв) на выходе генератора 2 высокой частоты. Поэтому после окончания первого импульса с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией на выходе фазового детектора 6 запомнится напряжение, равное сигналу ошибки в конце первого периода частотной модуляции. И к следующему периоду модуляции это остаточное напряжение на выходе фазового детектора 6 будет являться ошибочным, искажающим информацию о фазовом рассогласовании в начале второго периода модуляции. Таким образом все перечисленные причи№1 обуславливают появление дополнительного, в начале периода модуляции, сигнала рассогласования на выходе фазового детектора 6, а это, в свою очередь, увеличивает время переходного процесса в системе автоподстройки закона изменения частоты. Время переходного режима существенно влияет на среднеквадратичную ошибку в законе линейной частотной модуляции и его увеличение значительно снижает точность формирования колебания с линейной частотной модуляцией. Наличие ненулевых начальных условий на вь 1ходе фазового детектора 6 к началу следукицего периода модуляции исключается путем обнуления сигнала ошибки в паузе Tj,. Дпя этого между выходом фазового детектора 6 и общей шиной включен ключ 9, на управляющий вход которого подается сигнал . со второго выхода генератора I пилообразного напряжения, вид которого представлен на фиг. Зд. 79 Введение синхррнизации между опорным генератором 8и генератором 1 Пилообразного напряжения уменьшает дестабилиэи5)ующее влияние кольца автоподстройки закона изменения частоты, но не устраняет фазовое рассогласование ( Чро +Afvc) устранения дополнительного фазового рассогласования СТбЬ + &-)межцу сигналом биений и опорным колебанием (фиг. За и г) необходимо сдайнуть во времени момент начала модуля Ц1Ш 1у(фиг. Зб) таким образом, чтобы первый нуль сигнала биений (фиг.З с начала модуляции совпал с нулем опорного колебания (фиг. За;). Для этого между выходом счетчика 11 импульсов и входом синхронизации генератора 1 пилообразного напряжения введен управляемый элемент 12 задержки, выполненный, например, в виде мультивибратора задержки, который управляет началом запуска генератора 1 пилообразного напряжения, а время задержки элемента 12 определяется величиной управлянадего напряжения, поступакщегр с выхода интегратора Г7. Величина выходного напряжения интегратора 17 однозначно связана со значением фазового рассогласования СЧро uVyc) которое эквивалентно временному рас согласованию ДТ (фиг. Зк) между эталонным (фиг. Зз) и сигнальным t (фиг. Зи) импульсами. Для формирования сигнального импульса (фиг.З включен первый триггер 14 сраздельными входами, на один вход которого поступают импульсы биений (фиг. Зе), прошедшие от усилителя 5- сигнала биений через первый формирователь, 13импульсов, а на второй вход - выходные импульсы счетчика П импульсов (фиг. Зб). На выходе триггера 14вьщеляется сигнальный импульс (фиг. Зи) длительностью Т , который сформирован с учетом начальной фазы биений (%о + Эталонный импульс (фиг. Зз) образуется в результате за пуска второго триггера 19 с раздельными входами выходными импульсами счетчика импульсов 11 (фиг. Зб) непосредственно и поступакнцими через второй элемент задержки 18 (фиг. Зж) который осуществляет задержку выходных импульсов счетчика 11 (фиг. Зб) на величину Т5 Гз+1 2, как показано на фиг.Зж. Поэтому длительность эталонного импульса (фиг. Зз) навы98ходе триггера 19 составляет Сз Для сравнения временного полржения зталонного (фиг, Зз)и сигнальнрго (фиг. Зи) импульсов первый выход триггера 14 соединен с первым входом первого блока 15 совпадения, а второй выход триггера 19 - со вторым входом блока 15 совпадения. Также первый выход триггера 19 подключен к первому входу второго блока 20 совпадения, а второй выход триггера 14 к второму входу блока 20 совпадения, В результате сравнения получают сигнал рассогласования на выходе блока 20 совпадения в случае с7(фиг. Зк сплошдая линия) и на выходе блоки 15 совпадения в случае : (4мг. Зк пунктирная линия). На выходе сумматора 16 (фиг. Зк) образуется суммарный с блоков 15 и 20 совпадения сигнал ошибки при произвольном рассогласовании между сигнальным и эталон- ным импульсами, причем интегратор 17 формирует выходное напряжение как по знаку, так и по величине, в зави-:симости от знака и длительности временного рассогласования ДС на выходе сумматора 16 (фиг. Зк). Таким образом, в предлагаемом устройстве имеется два кольца автоподстройки. Первое кольцо призвано подстраивать закон изменения частоты и поддерживать его строго линейным. Второе кольцо обеспечивает устранение дополнительного фазового рассогласования между сигналом биений и опорньм колебанием путем временного смещения момента запуска , генератора 1 пилообразного напряжения. Предлагаемое устройство для получения линейно частотно-модулированного колебания суще:ственно повышает точность работы цепи обратной связи путем минимизации длительности переходных процессов в кольце автоподстройки за счет устранения дополнительного фазового рассогласования в начале периода модуляции. Шнимизация времени переходных процессов приводит к тому, что уменьшаются искажения выходного ЛЧМ колебания и что точность формирования выходного сигнала с линейной частотной модуляцией в зависимости от конкретных параметров сигнала возргУстает в 5Ш раз, а также увеличивается полезное время рабочего хода Тр, использубмого при обработке информации в «радиолокационных системах, что повышает точность работы радиолокационных

систем.

Формула изобретения

Формирователь линейно-частотномодулированных колебаний, содержащий генератор пилообразного напряжения, сумматор, а также последовательно соединенные генератор высокой частоты, nepBbtfi элемент задержки, смеситель, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель, фазовый детектор, к другому входу которого подключен выход опорного генератора, и фильтр нижних частот, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения искажений выходных колебаний путем уменьшения длительности переходных процессов, между выходом усилителя и первым входом сумматора введены последовательно соединенные первый формироватрль импульсов, первый триггер, первый блок совпадения, между выходом сумматора и входом синхронизации генератора пилообразного напряжения введены последовательно

соединенные интегратор и управляемый элемент задержки, между выходом опорного генератора и входом управля емого, элемента задержки введены последовательно соединенные второй формирователь импульсов и счетчик импульсов, между выходом фазового детектора и общей шиной введен ключ управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, между выходом счетчик, импульсов и вторым входом сумматора введены последовательно соединенные второй элемент задержки второй триггер и второй блок совпадения, при этом выход счетчика импусов соединен также с вторыми входами первого и второго триггеров, вторые выходы первого и второго триггеров соединены соответственно с вторыми входаьм второго и первого блоков совпадения, выход фильтра нижних частот соединен с управляющим входом генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к входу генератора высокой частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 448565, кл. Н 03 С 3/06, 1973 (прогртип).