Способ сдвига частоты @ сигнала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Л0» 138 4 (50 4 Н 03 С 3/Ооэ Н 03 К 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

l 4 с,r

Ф фЪ, 1 -, ф Щ »;.„ ч ч

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

I (21) 4089081/24-21 (22) 09.07.87 (46) 23.03.88. Бюл. N- 11 (72) А.И. Фендриков (53) 621.374.38(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 259266, кл. G 01 R 25/00, 1968.

Авторское свидетельство СССР

lI 534860, кл. H 03 К 7/00, 1975. (54) СПОСОБ СДВИГА ЧАСТОТЦ f CIIIHAJIA (57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах связи, где необходимо однополосное преобразование частоты сигнала. Целью изобретения является сохранение исходной формы сигнала с заданной частотой Е. Устройство, реализующее способ, содержит блок 1 управления, имеющий импульсные 1-1

1-6 и кодовые 1-7 — 1-9 выходы и входы, являющиеся входными шинами частот f u F устройства, два идентичных блока 2 и 2 преобразования, х

1 содержащих по два канала 2.1 и 2.2 преобразования, каждый из которых имеет сигнальные 2-1 — 2-2 и 2-3, управляющие 2-4 и 2-5, запрещающий

2-6 и кодовый 2-7 входы, сумматор 3, соединенный своими входами с выходами каналов, а выходом — через фильтр

4 с выходом устройства, и умножители 5 и 6 частоты. Способ предусматривает выполнение операций, обеспе383459 чивающих практически неискаженную передачу формы исходного сигнала, воэможность сдвига частоты до f/2 как вверх, так и вниз по отношению к частоте f исходного сигнала, и может найти применение в радиоэлектронике, связи, радиолокации и измерительной технике. Работа устройства поясняется по временным диаграммам, приведенным в описании изобретения. 6 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах связи, измерительной технике и других областях где необУ

5 ходимо однополосное преобразование частоты сигнала.

Цель изобретения — сохранение исходной формы сигнала с частотой

На. фиг. 1 показаны временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 2 — структурная электрическая схема устройства, ре,ализующего способ; на фиг. 3 структурная электрическая схема блока 15 управления (коммутатор находится в положении, соответствующем сдвигу частоты сигнала вниз; на фиг ° 4— отдельные блоки, входящие в состав устройства; на фиг. 5 и 6 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Из исходного сигнала (ИС) частоты f (фиг. 1) выделяют две последовательности периодически следующих его отРез-25 ков (сигналы ПС1 и ПС2, фиг. 1) . Длительности радиоимпульсов в прерывистых сигналах ПС1 и ПС2 выбирают кратными целому числу периодов ИС под действием вспомогательного сигнала (BC) (не показан)., Если период следования ВС составляет N периодов ИС., то длительности ПС1 и ПС2 выбирают,, например, равными (.Б 1)Х, при сдвиге частоты ИС вниз (фиг. 1а), и (N+1)f, при сдвиге частоты вверх (фиг. 16).

Сигналы ПС1 и ПС2 ")растягивают" (фиг. 1а) или "сжимают" (фиг. 16) и одновременно задерживают во времени.

В результате этого получают видоМ. М измененные сигналы ПС1 и ПС2, имеющие скважность, равную двум, при суммировании которых получают искомый

Ф непрерывный сигнал ИС сдвинутой частоты f = (¹1)f/N (знак "+" соответствует сдвигу вверх).

Способ реализуют с помощью устройства (фиг. 2), содержащего блок 1 управления, имеющий импульсные 1-1, 1-2 — 1-6 и кодовые 1-7 — 1-9 выходы и входы, являющиеся входными шинами частот f u F устройства, два идентич4. еых блока 2 и 2 преобразования, содержащих каждый по два канала 2,1 и 2.2 преобразования, каждый из которых имеет сигнальные 2-1 — 2-3, управляющие 2-4 и 2-5, запрещающий

2-6 и кодовый 2-7 входы, сумматор 3, соединенный своими входами с выходами каналов, а выходом — через фильтр

4 с выходом устройства, и умножители

5 и 6 частоты.

Умножитель 5 включен следующим образом. Его сигнальный вход соединен с шиной f устройства и вх8дами

2-1 блоков 2 и 2, а выход — с сигнальным входом умножителя 6 и входами 2-2 блоков 2 и 2 . Умножитель 6 имеет два управляющих входа, соединенных с выходами 1-7 и 1-8 блока 1.

Выход умножителя 6 соединен с входом

2-3 блоков 2 и 2 преобразования и дополнительным входом f блока 1.

Входы 2-7 обоих каналов блоков 2 и

2 объединены и подключены к выходам соответственно 1-9 и 1-7 блока 1.

Выходы блока 1 соединены с остальными входами каналов 2.1 и 2.2 в

М ф блоке 2 и каналов 2 .1 и 2 .2 в

М блоке 2 следующим образом. Выход

1-2 соединен с входами 2-5 канала

2.1 и входом 2-6 канала 2 .1, выход

l383459

1-1 с входом 2-4 канала 2.1, выход

1-4 — с входом 2-5 канала 2.2 и входом 2-6 канала 2 .2, выход 1-3 — с входом 2-4 канала 2.2 выход 1-5— с входом 2-5 канала 2 .1 и входом

2-4 канала 2".2, выход 1-6 — с входом

2-4 канала 2 .1 и входом 2-5 канала 2 .2.

Входы 2-6 каналов 2.1 и 2.2 сво- 10 ,бодны. Каждый канал содержит амплитудный 7.и частотный 8 манипуляторы, аналоговый регистр 9 сдвига, коммутатор 10 и элемент ЗАПРЕТ 11. Входы элемента 11 являются входами 2-5 и !5

2-6 канала, а его выход соединен с одним (8-1) из модулирующих входов манипулятора 8. Вход 2-4 канала соединен с модулирующими входами манипуляторов 7 и 8. Сигнальный вход 2-1 20 канала через. манипулятор 7 соединен с сигнальным входом 9-! регистра 9.

Выход манипулятора 8 соединен с тактовым входом 9-2 регистра 9, выходы которого соединены с входами 25 коммутатора 10, управляющий вход и выход которого являются входом 2-7 и выходом канала соответственно.

Блок 1 управления (фиг. 3) содержит измеритель !2 периода (1 У ) BC„ 30 формирователь 13 коротких импульсов, кодоуправляемые формирователи 14.114.4 импульсов, каждый из которых имеет три входа и один выход, арифметическое устройство 15, элемент 16 сравнения кодов, триггер 17, логические элементы И 18 и 19 и переключатель 20 (двухпозиционный на пять направлений).

Сигнальный вход частоты f блока 1 через формирователь 13 соединен с первыми входами измерителя 12 формирователей 14.1 и 14.2, а сигнальный вход частоты F — с вторым входом измерителя 12. Выход измерителя 12 представляет собой кодовую шину, ко-. торая соединена с вторыми входами формирователей 14.1 и 14 ° 2 и входом устройства l5. Первые и вторые входы формирователей 14.3 и 14.4 соединены соответственно с дополнительным сигнальным входом f блока 1 и шиной К.

Выход формирователя 14.1 и третьи входы формирователей 14.1, и 14.2 объединены и соединены с входом триггера 17 ° Входы элемента 16 (кодовые шины) соединены с выходами переключателя 20 и формирователя 14.2. Выходы триггера 17 соединены с первыми входами элементов 18 и 19, входами коммутатора 20 и с третьими входами формирователей 14.3 и 14.4. Вторые входы элементов 18 и 19 подключены к выходу элемента 16. Выходы элементов 19 и 18 являются выходами 1-1 и

1-3 блока 1. Выходы формирователей

14.3 и 14.4 соединены с коммутатором

20, выходы которого являются выходами

1-2 и 1.-4 — 1-6 блока 1. Вход и выход устройства 15 являются выходами 1-7 и 1-8 блока 1. Кроме того, выход устройства 15 соединен через коммутатор

20 с выходом 1-9 блока 1.

Манипулятор 8 (фиг. 4е) и элемент

11 (фиг. 4д) выполнены на логических элементах И и ИЛИ. Аналоговый регистр

9 сдвига реализуется на микросхеме (ПЗС-регистр сдвига) и формирователе тактовых импульсов (фиг. 4ж). Коммутатор 10 (фиг. 4з) — кодоуправляемый коммутатор. Элемент 16 (фиг. 4б) элемент сравнения кодов Л и Б. Формирователи 14.1-14.4 выполнены на счетчиках с регулируемым коэффициентом деления, либо на счетчике с предустановкой и на формирователе, установленном на выходе "V" микросхемы (фиг. 4а). Последний формирует импульс записи кода N, присутствую" щего на втором (кодовом) входе формирователя. Для формирователя 14.1 указанный формирователь-.инвертор, для формирователя 14.2 — также инвертор, последовательно с которым включается (при необходимости) регулируемый элемент задержки, а для формирователя 14.3 .(14.4) — формирователь короткого импульса, последовательно с которым включен (при необходимости) элемент регулируемой задержки.

Емкость счетчиков формирователей

14.1-14.4 выбрана не менее, чем в два раза больше максимально возможного значения числа N. Для формирователя

14.1 выходом является выход переполнения (P) микросхемы, для формирователя 14. 2 — выходы всех разрядов, для формирователей 14.3 и 14.4 — выход старшего разряда. Измеритель 12 является фактически преобразователем в код (N) периода ВС частоты . F (фиг. 4в). Код N записывается в выходном регистре памяти.

Устройство работает в двух режимах.

1383459

В первом режиме выполняется сдвиг частоты f ИС вниз, во втором — вверх.

Каждому режиму соответствует вполне определенное число и длительности выходных сигналов блока 1 управления и частоты выходных сигналов умножителей 5 и 6 частоты. Режим устанавливается внешним сигналом (не показан), который возцействует на пере- 10 ключатель 20 блока 1. Под действием

ИС частоты f и ВС частоты F в блоке

1 управления период (1/Р) второго сигнала квантуется импульсами первого (f), в результате чего формиру- 15 ется код N=f/F (где N — целое число), Кроме того, вырабатываются последовательности видеоимпульсов ВИ1 1, ВИ12, ВИ41 и ВИ42 и кодовые сигналы — коды чисел К, N =. 0-1 (либо N = И+1) и 20

N = N (ëèáî Nä -= 1) при сдвиге, частоты вниз (вверх).

С помощью умножителей 5 и 6 частоты формируют короткие импульсы, частоты которых устанавливают под дей- 25 ствием кодов К, N и И, равными

f = Kf и f = N, :E,/Б. В каждом канале устройства выполняется преобразование ИС под действием соответствующей пары выходных сигналов .30 блока 1 управления и выходных сигналов умножителей 5 и 6.

Преобразование ИС в канале, например 2.1, сводится к следующему. С

35 помощью манипулятора 7 под действием видеоимпульса на входе 2-4 (ВИ11, фиг. 5) ИС на входе 2-1 преобразуется в радиоимпульс (РИ) той же длительности и частоты следования, 40 что и видеоимпульс (ВИ1, фиг. 5).

Сформированный РИ поступает на вход

9-1 аналогового регистра 9 сдвига.

На выходе манипулятора 8 формируется частотно-манипулированный оигнал

45 (например, сигнал ЧИС1, фиг. 5) путем перемножения выходнйх импульсов умножителей 5 и 6 с соответствующим видеоимпульсом (BH11 либо ВИ12, на фиг. 5) и последующего логического суммирования результирующих сигналов.

Частотно-манипулированный сигнал (ЧМС1, фиг. 5) управляет работой регистра 9, поступая на его тактовый вход 9-2. При этом, на одном из выходов регистра 9, который через управляемый кодом.N> коммутатор 10 подключен к выходу канала, формируется РИ (РИ12, фиг. 5>, частота заполнения которого смещена относительно f. Преобразование сигнала в других каналах выполняется аналогично. На их выходах формируются также

РИ смещенной (сдвинутой) частоты заполнения и их (РИ) временное положение, задаваемое видеоимпульсами с блока управления, такое, что при последующем суммировании в сумматоре

3 и фильтрации фильтром 4 формируется непрерывный (без пропусков и наложений) сигнал.

При сдвиге частоты вниз для реализации процесса формирования сигнала сдвинутой частоты достаточно блока 2 преобразования. Причем, во втором канале 2.2 блока 2 формируется сиг-, нал РИ 12, сдвинутый во времени на длительность первого РИ12. При сдвиге вверх в процессе участвуют оба блока

2 и 2 . Причем, в канале 2.1 блока 2 формируется РИ12 (фиг. 5б), а в канале 2 .1 блока 2 " — РИ32 (фиг. 5б), которое в сумме образует сигнал ПС1

М (фиг. 1б). С помощью остальных каналов блоков 2 и 2" формируется сигнал

ПС2 (фиг. 16). Последний формируется аналогично ПС1, но под действием

4)( других пар сигналов с выходов блока

1, которые сдвинуты во времени на

N/f по отношению к первым (участвующим в формировании ПС1 ) парам.

На входы 2-6 каналов блока 2 подаются дополнительно сигналы с выходов 1-2 и 1-4 блока 1 соответственно, поскольку аигналы ВИ32 и

ВИ42 формируются в каналах узла 2

4f с помощью элементов ЗАПРЕТ 11. В остальном работа каналов 2 .1 и 2 .2

+ ,происходит аналогично каналам, 2.1 и 2.2. Элементы ЗАПРЕТ 11 необходимы лишь для общего случая выбора временного положения сигналов ВИ12 и ВИ22, а для частного случая (фиг. 5) указанные дополнительные сигналы не нужны.

В блоке 1 управления формируются первый видеоимпульсный сигнал (ВИС1), в виде коротких импульсов с помощью формирователя 13, управляющий сигнал (УС) — в виде кода N = f/F с помощью измерителя 12 и второй видеоимпульсный сигнал (ВИС2) в виде шести видеоимпульсных последовательностей — с помощью остальных узлов. Под действием ВИС1 с выхода формирователя 13 и ВС частоты F в измерителе 12 изме7 13834 ряется период 1/Г ВС.путем подсчета числа импульсов ВИС1 на одном периоде ВС. Работа остальных узлов блока. 1 осуществляется под действием

ВИС1 и кода N. На выходах 1-1

1-6 формируются соответственно сигналы ВИ11, ВИ12, ВИ21, ВИ22, ВИ31 и

ВИ41 (сигналы ВИ32 и ВИ42 формируются в каналах блока 2 из сигналов

ВИ31: и ВИ41). С помощью формирователя

14.1 и триггера 17 формируются два сигнала типа "меандр" (ВИ12 и ВИ22, фиг. 6а, или то же самое, ВИ41 и

ВИ31, фиг. 6б), которые коммутируются с помощью переключателя 20 либо на выходы 1-2 и 1-4 (при сдвиге f вниз), либо на выходы 1-5 и 1-6 блока 1. Сигналы ВИ11 и ВИ21 формируются с помощью формирователя 14 ° 2, элемен-20 та 16 и арифметического устройства 15. В устройстве 15 число N преобразуется в число N, = N + 1 (знак при сдвиге f вниз). На один вход элемента 16 (вход А) поступает код 25

М (И = N, при сдвиге f вниз и И = 1 при сдвиге f вверх) с выхода коммутатора 20. На второй вход элемента

16 (вход Б) поступает выходной код формирователя 14 ° 2. Значение последнего изменяется во времени от 0 до N под действием импульсов ВИС1. В элементе 16 выполняется сравнение кодов входных чисел, при этом на его выходе (выход Б <А микросхемы, фиг. 5б) формируется ВИ, длительность которого равна К периодам ВИС1 (т.е. ВИ длительностью Nq/f либо 1/f), а частота следования — N/f; В элементах 18 и

19 выполняется перемножение выходных 40 сигналов элемента 16 и триггера 17, в результате чего частота следования ВИ с выхода элемента 16 уменьшается вдвое, а на выходах элементов 18 и 19 (выходах 1-1 и 1-3 блока 1) формируются

45 сигналы ВИ21 и ВИ11 (фиг. 6).

Сигналы ВИ12 и ВИ22 (фиг. бб) в режиме "Сдвиг f вверх" формируются с помощью формирователей 14.3 и 14.4 соответственно, которые работают в режиме вычитания. Каждый формирова50 тель управляется сигналом с соответствующего выхода триггера и кодом К.

По окончании сигнала с выхода триггера 17 в формирователь записывается число k = f)/f. Под действием импульсов, поступающих на счетный вход, число N уменьшается до О. При этом в момент установки счетчика формиро59 8 вателя в "011 формируется срез выходного счетчика сигнала счетчика.

Сформированные таким образом ВИ12 и

ВИ22 через переключатель 20 поступают (в режиме сдвига частоты вверх) на выходы 1-4 и 1-2 блока 1 соответственно.

Процесс сдвига частоты заполнения

РИ выполняется в регистре 9 в два такта.

В течение первого такта (интервал времени между первым и вторым импульсами сигнала ВС, фиг. 5) на входы

9-1 и 9-2 регистра 9 синхронно поступают РИ1 и ЧИС1 (фиг. 5а). При этом, под действием каждого импульса ЧМС1 в первый разряд регистра 9 записывается в виде зарядового пакета мгновенное значение РИ1, соответствующее этому импульсу, а ранее записанные мгновенные значения смещаются на один разряд в направлении к концу АРС.

Таким образом, к приходу последнего импульса ЧИС1, действующего в 1-м такте в разрядах АРС, оказывается записанным весь РИ1, точнее предоставляется в виде дискретной копии, т.е. отдельными значениями, соответствующими моментам действия импульсов

ЧМС1. Кроме того, РИ1 оказывается записанным в первые n = k(N-1) разрядов регистра (здесь k = f, /f).

В течение второго такта (фиг. 5, интервал времени между вторым и третьим импульсами сигнала ВС) импульсы

ЧИС1 вновь, поступая на регистр 9, вызывают продвижение всех выборок (записанных в первом такте) к концу, т.е. с приходом каждого импульса на тактовом входе выборки РИ1 смещаются на один разряд в сторону конца регистра 9. С помощью коммутатора 10 на выход канала включается n -й разряд либо, что то же самое, N -й выход регистра 9. На этом выходе в течение второго такта поочередно возникают выборки (мгновенные значения) РИ1, начиная с 1-й и кончая последней, в результате чего формируется

РИ (РИ12, фиг. 5а). Последний имеет большую (при сдвиге частоты вниз) длительность, равную продолжительности второго такта, вследствие различия частот f, и f (f„ > f npu сдвиге частоты вниз), что равносильно сдвигу частоты.

Одним из основных преимуществ предлагаемого способа по сравнению

1383459 10

32 кГ (- 1,024 МГц. Верхняя граничная частота f „ составляет

100 МГц для современных APC. I

Таким образом, благодаря практически неискаженной передаче формы исходного сигнала, возможности сдвига частоты (до f/2) как вверх, так и вниз по отношению к частоте f исход10 ного сигнала, предлагаемый способ может найти применение в радиоэлектронике, связи, радиолокации, измерительной технике и т.п.

15 Формула изобретения с известным является то, что форма сигнала сдвинутой частоты целиком определяется формой исходного периодического сигнала. Это следует из линейности операций, выполненных под исходным сигналом, Так динамический диапазон амплитудного манипулятора,, с помощью которого выполняется опе.рация прерывания исходного сигнала,, составляет 60 дБ, если его выпол;нить на аналоговом ключе. Динамический диапазон аналогового регистра сдвига, с помощью которого выполня, ется задержка исходного сигнала, гакже составляет 60-70 дБ.

Кроме того, согласно предлагаемому способу возможен сдвиг частоты как вверх, так и вниз по отношению к частоте f .исходного сигнала. Дей-,20 ствительно, частота сигнала, полученного согласно предлагаемому способу, fg опредепена выражением f

«Н1. Я+1 f 25 — f = -=- f k = f+ — (здесь

kN kN N второе слагаемое определяет собой сдвиг частоты). Аналогичное выражение

N. для известного способа, f = f. — — . =

N-1

f + f /(N-1), показывает невоэможность сдвига частоты вниз.

Для предлагаемого способа минимальное значение N равно N „„ - 2, что соответствует максимальному сдви- 35

ry частоты, равному f/2, а максимальное значение N определяется "длиной" регистра 9, т.е. числом его разрядов (n) в соответствии с N „ „ = nik, где k - число выборок, выделяемых на 40 одном периоде исходного сигнала или, то же самое, k - =f /f. Диапазон частот исходного сигнала определяется диапазоном (Ет ми Ет м кс рабочих тактовых частот регистра в 45 соответствии c (f мии f макс (Š— Е „ „) . Для регистра

1 выполненного на основе микросхемы, (f »„„— f макс ) Способ сдвига частоты f сигнала под действием вспомогательного сигнала с частотой F, включающий формирование прерывистого сигнала, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью сохранения исходной формы сигнала с частотой f., формируют две последовательности прерывистого сигнала из сигнала с частотой Е, при этом прерывистый сигнал первой последовательности формируют начиная с момента прихода каждого нечетного импульса последовательности вспомогательного сигнала с частотой F, прерывистый сигнал второй последовательности формируют начиная с момента прихода каждого четного импульса последовательности вспомогательного сигнала с частотой F, причем длительность прерывистого сигнала в обеих последовательностях составляет либо в случае сдвига частоты f сигна» ла вверх (0+1)/f, а длительности прерывистых сигналов линейно сжимают затем до длительности 1/F, либо в случае сдвига частоты f сигнала вниз (N-1) /Е, а длительности преры„вистых сигналов линейно расширяют затем до длительности 1/F, где N— целое число, равное N = f/F, и одновременно с сжатием и расширением прерывистых сигналов их задерживают на время 1/Р, после чего последовательности суммируют. пс

2-5

М г-Р

2-7

I»

8-1 гз

1383459

Ф

М

МЗ

Зебр л

1383459

ВИ

3И

ЧИ

nc>fp» %31

Я 32

98 СЯ

РИВ2

Buf1

ВИ12 /HER

1383459 ил 1

8ык оды

Глиа1 ф. Q авяеа аю:в

Buzz С

il»l ClkC

В II

3ИЛ вЂ”вЂ”

1-2

1$

-5

1-Ч

1-2

Составитель С . Будов ич

Редактор И. Дербак Техред М.Ходанич Корректор О. Кравцова

Заказ 1299/53 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„ д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4