Устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов

 

Использование: в радиотехнике. Сущность изобретения: повышение точности формирования путем стабилизации моментов переключения частот частотно-манипулированного сигнала достигается введением пяти перемножителей 17, 18, 21, 22, 36, двух фазосдвигающих блоков 19, 20, трех блоков 23, 24, 31 задержки интегратора 34, блока 25 вычитания , блока 29 ввода поправки, делителя 30 частоты, формирователя 32 опорного сигнала, формирователя 39 команд. 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике.

Цель изобретения - повышение точности формирования путем стабилизации моментов переключения частот частотно-манипулированного (ЧМ) сигнала.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 5 - схема формирователя переключаемых частот; на фиг. 6 - схема блока подстройки гетеродина; на фиг. 7 - схема формирователя сигналов рассогласования.

Устройство содержит задающий генератор 1, первый 2 и второй 3 фазовращатели, формирователь 4 переключаемых частот, частотный манипулятор 5, формирователь 6 сигнала манипуляции, преобразователь 7 частоты, блок 8 нагрузки, первый 9 и второй 10 перемножители сигналов, формирователь 11 сигналов рассогласования, третий перемножитель 12 сигналов, первый 13 и второй 14 формирователи опорной частоты, генератор 15 опорных импульсов, блок 16 подстройки гетеродина, четвертый 17 и пятый 18 перемножители сигналов, первый 19 и второй 20 фазосдвигающие блоки, шестой 21 и седьмой 22 перемножители сигналов, первый 23 и второй 24 блоки задержки, блок 25 вычитания, генератор 26 счетных импульсов, первый ключ 27, первый интегратор 28, блок 29 ввода поправки, делитель 30 частоты, третий блок 31 задержки, формирователь 32 опорного сигнала, второй 33 и третий 34 интеграторы, инвертор 35, восьмой перемножитель 36 сигналов, второй 37 и третий 38 ключи, формирователь 39 команд.

Формирователь 4 переключаемых частот (фиг. 5) содержит формирователь 40 нижней частоты, формирователь 41 верхней частоты, генератор 42 фиксированной частоты, смесители 43 и 44 частоты.

Блок 16 подстройки гетеродина (фиг. 6) содержит фазовращатель 45, генератор 46 вспомогательного сигнала, смеситель 47 частоты, импульсно-фазовый детектор 48.

Формирователь 11 сигналов рассогласования (фиг. 7) содержит блок 49 суммирования, блок 50 вычитания, генератор 51 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал задающего генератора 1 поступает через фазовращатели 2, 3 на формирователь 4. Сформированные сигналы поступают на частотный манипулятор 5, с выхода которого ЧМ-сигнал после преобразования в рабочий диапазон в преобразователе 7 частоты поступает в блок 8 нагрузки. С выхода блока 8 нагрузки, являющегося выходом устройства, ЧМ-сигнал поступает на перемножитель 9 сигналов, на второй вход которого поступает сигнал с блока 16 постройки гетеродина. Выходной сигнал блока 16 образуется из сигнала задающего генератора 1, поступающего на сигнальный вход блока 16, и сигнала гетеродина, поступающего с второго выхода преобразователя 7 на гетеродинный вход блока 16. В результате автоподстройки выходного сигнала блока 16 относительно импульсов, поступающих с генератора 15 опорных импульсов на опорный вход блока 16, фаза выходного сигнала блока 16 становится равной нулю. В спектре выходных сигналов перемножителя 9 содержатся составляющие, частоты которых равны разности и сумме частот перемножаемых сигналов.

Опорные сигналы, сформированные из частоты задающего генератора 1 с помощью формирователей 13, 14, поступают на перемножители 12, 10 сигналов, на другие входы которых поступает сигнал с перемножителя 9 сигналов. Частоты опорных сигналов равны соответствующим разностным частотам в спектре сигнала на выходе перемножителя 9 сигналов и кратны частоте опорных импульсов, поступающих с генератора 15 опорных импульсов на установочные входы формирователей 13, 14. Начальные фазы сигналов опорных частот равны нулю.

Сигналы с перемножителей 12, 10 поступают на формирователь 11 сигналов рассогласования. С выходов последнего сигналы рассогласования поступают через ключи 37, 38 на интеграторы 33, 34, где усредняются за две элементарные посылки противоположного знака. Выходные сигналы интеграторов поступают на формирователь 39 команд, с выходов которого команды управляют фазовращателями 2, 3. Вхождение в синхронизм каналов управления фазой составляющих частот ЧМ-сигнала происходит при соответствующем выборе коэффициента передачи цепей автоподстройки. Согласование коэффициентов передачи осуществляется с помощью формирователя 39 команд. При цифровом исполнении цепей автоподстройки в формирователе 39 выбирается соотношение между частотами командных импульсов, поступающих на управляющие входы фазовращателей 2, 3.

Управление осуществляется до наступления равновесия в цепях слежения за фазой, при этом фазы составляющих частот ЧМ-сигнала на выходе блока нагрузки стабилизируются относительно сигналов опорных частот.

В положении равновесия фазы сигналов разностных частот в спектре выходного сигнала перемножителя 9, поступающего на первые входы перемножителей 17, 18 сигналов, сдвинуты на π/2 относительно фаз соответствующих опорных сигналов на выходах формирователей 13, 14. После сдвига сигналов опорных частот в фазосдвигающих блоках 19, 20 на π/2 фазы сигналов на вторых входах перемножителей 17, 18 и сигналов разностных частот выравниваются. В произведениях указанных сигналов, поступающих на первые входы перемножителей 21, 22 сигналов, содержится информация о сдвиге модулирующего сигнала на выходе блока 8 нагрузки.

На фиг. 2г изображен ЧМ-сигнал с произвольным законом манипуляции на выходе блока 8 нагрузки, задержанный на τ_з относительно подвижного сигнала манипуляции (фиг. 2в), поступающего с формирователя 6 на частотный манипулятор 5. Моменты перехода с частоты на частоту смещены на τ_см относительно выходного сигнала формирователя 32 опорного сигнала (фиг. 2д), синхронизированного опорными импульсами (фиг. 2а). Опорный сигнал (фиг. 2д) формируется из сигнала задающего генератора 1 по тому же закону, что и сигнал на выходе формирователя 6 сигнала манипуляции (фиг. 2в), т. е. представляет собой копию сигнала манипуляции. В результате фазовой автоподстройки фазы составляющих частот ЧМ-сигнала в моменты перехода через ноль опорного сигнала манипуляции (фиг. 2д) равны нулю. При τ_см, не равном нулю, имеют место скачки фазы вынужденных колебаний при переходе с частоты на частоту, вызывающие переходные процессы в сигнале (на фиг. 2г не показаны).

На вторые входы перемножителей 21, 22 сигналов поступает опорный сигнал, задержанный в блоке 23 задержки на половину длительности элементарной посылки. Сигнал рассогласования в цепи подстройки сигнала манипуляции образуется вычитанием выходных сигналов перемножителей 21, 22, представляющих собой последовательности импульсов различной длительности, соответствующих участкам совпадения (С) и несовпадения (Н) полярностей перемножаемых сигналов. Указанные последовательности поступают с перемножителей 21 и 22 на первый и второй входы блока 25 вычитания. В блоке 25 участки С и Н заполняются счетными импульсами, поступающими с генератора 26 счетных импульсов на третий вход блока 25. В результате вычитания образуются суммы С₂ + H₂ и H₁ + C₂, где цифрами 1 и 2 обозначены сигналы, относящиеся соответственно к первой и второй цепям. Сложение реализуется достаточно просто при условии, что суммируемые импульсы не совпадают между собой. Это обеспечивается использованием двухтактной последовательности счетных импульсов, причем на первую цепь поступает такт 1, а на вторую - такт 2. Усреднение результатов вычитания производится в первом интеграторе 28, на счетный вход которого поступают через первый ключ 27 счетные импульсы с выхода блока 25 вычитания.

Формирование стробов, открывающих ключи 27, 37, 38 на входах интеграторов 28, 33, 34, производится в соответствии с диаграммами на фиг. 2ж, з, и путем перемножения в восьмом перемножителе 36 инверсного опорного сигнала манипуляции (фиг. 2ж) с сигналом манипуляции, задержанным на длительность элементарной посылки (фиг. 2з). Дополнительная (к задержке в блоке 23) задержка на половину элементарной посылки опорного сигнала осуществляется во втором блоке 24 задержки. Положительные стробы с выхода перемножителя 36 (фиг. 2и) открывают ключи 27, 37, 38 после каждого фронта и спада опорного сигнала на время длительности элементарной посылки, при этом исключаются последующие участки сигнала, не содержащие перепада, т. е. не несущие информации о сдвиге сигнала манипуляции. Обнуление интеграторов 28, 33, 34 осуществляется фронтами сигнала манипуляции (фиг. 2д). За время меду обнуляющими импульсами на интеграторы поступают результаты перемножения опорных сигналов с посылками противоположного знака. Суммарное время усреднения равно удвоенной длительности элементарной посылки. Команды с выхода интегратора 28 управляют положением сигнала манипуляции.

Сигнал манипуляции в формирователе 6 формируется из импульсов делителя 30 частоты, на вход которого поступает через блок 29 ввода поправки частота задающего генератора 1. Первоначальное совмещение опорного и подвижного сигналов манипуляции в пределах длительности элементарной посылки производится установкой формирователя 6 опорными импульсами, поступающими на его установочный вход от генератора 15 через третий блок 31 задержки (фиг. 2б). Дальнейший сдвиг сигнала манипуляции осуществляется с помощью цепи автоподстройки. В результате установки задержанными импульсами (фиг. 2б) сигнал манипуляции на выходе формирователя 6 (фиг. 2в) не может сместиться под действием команд на управляющем входе блока 29 ввода поправки более чем на период выходного сигнала делителя 30 частоты, равного длительности элементарной посылки сигнала манипуляции.

Подвижный сигнал манипуляции (фиг. 2в) сдвигается в сторону опережения до наступления равновесия в цепи подстройки. Поскольку опорный сигнал манипуляции на вторых входах перемножителей 21, 22 сигналов (фиг. 2е) сдвинут на полпосылки относительно синхронизированного сигнала на выходе формирователя 32 (фиг. 2д), моменты перехода ЧМ-сигнала на выходе блока 8 нагрузки в положении равновесия (фиг. 2к) также синхронизированы с опорными импульсами генератора 15 (фиг. 2а).

По окончании автоподстройки переходы с частоты на частоту осуществляются без разрыва фазы (фиг. 2к), поэтому уменьшаются искажения выходного ЧМ-сигнала, вызванные переходными процессами по частоте.

Величина задержки опорных импульсов в блоке 31 задержки, поступающих на установочный вход формирователя 6 сигнала манипуляции, приближенно определяется как разность между половиной длительности элементарной посылки и задержкой момента переключения в блоке 8 нагрузки, при этом предполагается, что задержка в блоке нагрузки не превышает половины длительности элементарной посылки. Диаграммы фиг. 2 иллюстрируют случай подстройки сигнала манипуляции с промежуточной величиной задержки моментов переключения в блоке 8 нагрузки и соответствующей задержкой синхронизирующих импульсов в блоке 31 задержки.

На фиг. 3 и 4 приведены диаграммы работы устройства для двух крайних случаев: максимальной задержки в блоке нагрузки (фиг. 3) и нулевой задержки (фиг. 4). Последний случай имеет место также при настройке устройства без блока 8 нагрузки, т. е. при непосредственном подключении выхода преобразователя 7 частоты к перемножителю 9 сигналов. Выбор задержки блока 31 имеет значение для быстрого захвата цепи автоподстройки сигнала манипуляции с произвольным законом чередования единиц и нулей.

При задержке в блоке нагрузки, равной половине элементарной посылки (фиг. 3), задержка синхронизирующих (фиг. 3а) (опорных) импульсов генератора 15 в блоке 31 равна нулю (фиг. 3б). В положении равновесия фронты опорного сигнала манипуляции (фиг. 3д) задержаны относительно моментов перехода частоты на выходе блока 8 нагрузки (пунктирная линия на фиг. 3г) на 0,5 Т, а импульс установки (фиг. 3б) находится в середине элементарной посылки выходного сигнала формирователя 6 сигнала манипуляции (фиг. 3в). При максимальном смещении (например, при включении устройства) подстраиваемого сигнала на выходе формирователя 6 сигнала манипуляции на полпосылки вправо (фиг. 3ж) или влево (фиг. 3и) от установочного импульса (фиг. 3б), ограничивающего в этих пределах смещение подстраиваемого сигнала, имеет место соответственно полное совпадение или несовпадение сигнала манипуляции на выходе блока 8 нагрузки (фиг. 3з) или (фиг. 3к) и опорного сигнала (фиг. 3д).

При нулевой задержке в блоке 8 нагрузки (фиг. 4) задержка опорных импульсов (фиг. 4а) в блоке 31 задержки равна половине длительности элементарной посылки (фиг. 4б). В положении равновесия выходного сигнала (фиг. 4г) установочный импульс (фиг. 4б) также находится в середине элементарной посылки сигнала на выходе формирователя 6 сигнала манипуляции (фиг. 4в). При смещении подстраиваемого сигнала на полпосылки вправо (фиг. 4ж) или влево (фиг. 4и) соответствующие выходные сигналы (фиг. 4з или 4к) полностью совпадают либо не совпадают с опорным сигналом (фиг. 4д). В обоих случаях (фиг. 3, 4) несовпадение опорного и подвижного (на выходе блока 8 нагрузки) сигналов манипуляции не превышает длительности элементарной посылки. Поскольку время накопления результатов суммирования в интеграторе 28 определяется неподвижными стробами (фиг. 3е, 4е), отпирающими ключ 27, при больших сдвигах сигнала манипуляции сигналы рассогласования на выходе интегратора 28 поочередно меняют знак, что ведет к флюктуациям неподстроенного сигнала вдали от положения устойчивого равновесия и увеличению времени вхождения в синхронизмы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее задающий генератор, выход которого соединен с входами первого и второго фазовращателей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя переключаемых частот, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами частотного манипулятора, к управляющему входу которого подключен выход формирователя сигнала манипуляции, а выход частотного манипулятора соединен с последовательно соединенными преобразователем частоты, блоком нагрузки, первым перемножителем сигналов и вторым перемножителем сигналов и формирователем сигналов рассогласования, к второму входу которого подключен выход третьего перемножителя сигналов, первый вход которого соединен с первым входом второго перемножителя сигналов, а к второму входу третьего перемножителя сигналов подключен выход первого формирователя опорной частоты, сигнальный вход которого соединен с выходом задающего генератора, сигнальным входом второго формирователя опорной частоты соединенного выходом с вторым входом второго перемножителя сигналов, и с входом генератора опорных импульсов, выход которого соединен с установочными входами первого и второго формирователей опорной частоты и опорным входом блока подстройки гетеродина, сигнальный и гетеродинный входы которого соединены соответственно с выходом задающего генератора и вторым выходом преобразователя частоты, а выход блока подстройки гетеродина подключен к второму входу первого перемножителя сигналов, а также два интегратора, генератор счетных импульсов, инвертор и три ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности формирования путем стабилизации моментов переключения частот частотно-манипулированного сигнала, в него введены пять перемножителей сигналов, два фазосдвигающих блока, три блока задержки, третий интегратор, блок вычитания, блок ввода поправки, делитель частоты, формирователь опорного сигнала и формирователь команд, причем выход задающего генератора соединен с входами формирователя опорного сигнала и блока ввода поправки, выход первого перемножителя сигналов - с первыми входами четвертого и пятого перемножителей сигналов, к вторым входам которых подключены соответственно выходы первого и второго фазосдвигающих блоков, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей опорной частоты, а выходы четвертого и пятого перемножителей сигналов - с первыми входами соответственно шестого и седьмого перемножителей сигналов, вторые входы которых соединены с выходом и входом соответственно первого и второго блоков задержки, а выходы - соответственно с первым и вторым входами блока вычитания, третий вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, а выход соединен через первый ключ со счетным входом первого интегратора, соединенного с управляющим входом блока ввода поправки, выход которого соединен через делитель частоты с входом формирователя сигнала манипуляции, к установочному входу которого подключен выход третьего блока задержки, вход которого соединен с выходом генератора опорных импульсов, установочным входом формирователя опорного сигнала, выход которого соединен с установочными входами первого - третьего интеграторов и с входами первого блока задержки и инвертора, выход которого соединен с первым входом восьмого перемножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго блока задержки, а выход - с управляющими входами первого - третьего ключей, к сигнальным входам второго и третьего ключей подключены соответственно первый и второй выходы формирователя сигналов рассогласования, а выходы второго и третьего ключей соединены со счетными входами соответственно второго и третьего интеграторов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя команд, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами соответственно первого и второго фазовращателей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7