Цифровой приемник оперативного измерения частоты с устройствами выборки хранения и линией задержки

Авторы патента:

G01R23/00 - Устройства для измерения частоты, анализаторы спектра частот (частотные дискриминаторы H03D)

Владельцы патента RU 2724139:

Аткишкин Сергей Федорович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты непрерывных и импульсных сигналов СВЧ. Цифровой приемник оперативного измерения частоты состоит из синфазного делителя мощности, второй выход которого соединен с входом линии задержки, первого и второго АЦП, выходы которых соединены с вычислительным устройством тактового генератора, тактирующего первый и второй АЦП. Дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем первый выход синфазного делителя мощности соединен со входом первого устройства выборки-хранения, выход линии задержки соединен со входом второго устройства выборки-хранения, выходы первого и второго устройств выборки-хранения соединены со входами первого и второго АЦП соответственно, сигнал тактирования на устройства выборки хранения поступает от тактового генератора, тактирующего АЦП. Техническим результатом изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника. 1 ил.

Известен цифровой приемник оперативного измерения частоты [1]. Недостатками устройства являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку на трех различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине. Кроме того, потери в смесителе ограничивают чувствительность цифрового приемника.

Также известен цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией комплексного сигнала [2]. Недостатками данного метода являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку синфазного и квадратурного сигналов на двух различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине и широкополосном фазовращетеле с низкой фазовой ошибкой. Кроме того, потери в смесителях ограничивают чувствительность цифрового приемника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией задержанного в линии задержки и незадержанного действительного сигнала [3]. Входной сигнал делится на две равные части, первая часть задерживается в линии задержки на некоторое время τ и подается на первый АЦП (аналого-цифровой преобразователь), вторая часть подается на второй АЦП непосредственно. По полученным на первом и втором АЦП цифровым отсчетам вычисляются амплитудный и фазовый спектры задержанного и незадержанного входного сигнала.

Недостатком данного приемника является узкая полоса рабочих частот, которая ограничивается аналоговой полосой пропускания АЦП.

Техническим результатом изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника. Целью изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника.

Заявленный достигается тем, что в цифровой приемник оперативного измерения частоты, состоящий из синфазного делителя мощности, второй выход которого соединен со входом линии задержки, первого и второго АЦП, выходы которых соединены с вычислительным устройством, тактового генератора, тактирующего первый и второй АЦП, дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем первый выход синфазного делителя мощности соединен со входом первого устройства выборки-хранения, выход линии задержки соединен со входом второго устройства выборки-хранения, выходы первого и второго устройств выборки-хранения соединены со входами первого и второго АЦП соответственно, сигнал тактирования на устройства выборки хранения поступает от тактового генератора, тактирующего АЦП.

На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового приемника оперативного измерения частоты с устройством выборки хранения и линией задержки. Устройство содержит: синфазный делитель СВЧ мощности 1, устройство тактирования 2, линию задержки 3, устройства 4 и 5 выборки-хранения, АЦП 6 и 7, вычислительное устройство 8.

Цифровой приемник оперативного измерения частоты с устройствами выборки-хранения и линией задержки работает следующим образом. Входной сигнал делится на две равные по мощности части в синфазном делителе СВЧ мощности 1. Первая часть поступает в устройство выборки-хранения 4. Вторая часть сигнала поступает в линию задержки 3, где задерживается на время τ. С выхода линии задержки 3, сигнал поступает на устройство выборки-хранения 5. Устройства выборки хранения 4 и 5 по фронту тактового сигнала с частотой f_s от устройства тактирования 2 производят выборку входного сигнала, по срезу тактового сигнала переходят в режим хранения и хранят выбранное значение до поступления очередного фронта тактового сигнала от устройства тактирования 2. Напряжения на выходе устройств выборки-хранения 4 и 5 поступают на входы АЦП 6 и 7 соответственно. По срезу тактового сигнала АЦП 6 и 7 начинают преобразование. Цифровые отсчеты от АЦП 6 и 7 поступают в вычислительное устройство 8, которое вычисляет амплитудный спектр сигнала, осуществляет поиск максимума и по нему оценивает частоту входного сигнала. При этом если частота входного сигнала превышает половину частоты следования тактовых импульсов от устройства тактирования 2, происходит наложение спектров [4] и сигнал преобразуется в первую зону Найквиста-Котельникова. Возникает неоднозначность измерения частоты, которая может быть разрешена с помощью способа, описанного в [3]. Для этого по отсчетам АЦП 6 и 7 вычислительное устройство 8 вычисляет фазовый спектр входного сигнала, находит разность фаз ∆φ между фазовыми спектрами от АЦП 6 и 7 на частоте, соответствующей положению максимума на амплитудном спектре. Далее по выражению f_ph=∆φ/τ определяется оценка частоты входного сигнала [3], где τ – время задержки линии задержки. Из полученной оценки f_ph следует несколько раз последовательно вычесть f_s, пока f_ph не станет меньше f_s/2. Действительное значение частоты входного сигнала можно вычислить по выражению f_corr=f+nf_s, где f – частота, соответствующая максимуму на амплитудном спектре сигнала, n – число произведенных вычитаний. Если для f_ph получено отрицательное значение, то действительное значение частоты входного сигнала можно вычислить по выражению f_corr=−f+nf_s.

Введение устройств выборки-хранения перед АЦП позволяет существенно расширить диапазон измеряемых устройством частот. Диапазон входных частот современных устройств выборки-хранения простирается как минимум до 27 ГГц [5].

Список использованных источников

1. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of real signals. Патент США на изобретение №5099194.

2. Tsui J.B.Y., Sanderson R.B. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of complex signals. Патент США на изобретение №5099243.

3. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Instantaneous frequency measurement receiver with bandwith improvement through phase shifted sampling of real signals. Патент США на изобретение №5109188.

4. Elbornsson, J. Blind Equalization of Time Errors in a Time-Interleaved ADC System/J. Elbornsson, F. Gustafsson, J. -E. Eklund//IEEE Transactions on signal processing. – 2005. - №4. – VOL53. – pp. 1413 – 1424

5. Lin, Y. -A. A 27-GHz 45-dB SFDR track-and-hold amplifier using modified Darlington amplifier and cascoded SEF in 0.18-um SiGe process/Y. –A. Lin, Y. –C. Yeh, H. –Y. Chang// IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). – 2017. – pp. 137 - 140

Цифровой приемник оперативного измерения частоты, состоящий из синфазного делителя мощности, второй выход которого соединен со входом линии задержки, первого и второго АЦП, выходы которых соединены с вычислительным устройством тактового генератора, тактирующего первый и второй АЦП, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем первый выход синфазного делителя мощности соединен со входом первого устройства выборки-хранения, выход линии задержки соединен со входом второго устройства выборки-хранения, выходы первого и второго устройств выборки-хранения соединены со входами первого и второго АЦП соответственно, сигнал тактирования на устройства выборки хранения поступает от тактового генератора, тактирующего АЦП.

Устройство измерения несущей частоты с использованием паразитных гармоник рлс // 2724119

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного измерения несущей частоты непрерывных и импульсных сигналов СВЧ в широком диапазоне частот.

Измеритель частоты свч сигналов на линиях задержки с отрицательным временем групповой задержки // 2723983

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного измерения частоты непрерывных СВЧ сигналов в широком диапазоне частот. Техническим результатом является снижение погрешности измерения частоты.

Широкополосный измеритель частоты свч сигналов с многоотводной линией задержки // 2710096

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного измерения частоты непрерывных СВЧ сигналов в широком диапазоне частот. Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов состоит из последовательно включенных входного усилителя-ограничителя, полосно-пропускающего СВЧ фильтра, синфазного делителя СВЧ мощности на N+1 (N принимает значения из ряда 2,3,4,5 и так далее), а также N линий задержки, N фазовых корреляторов, выходы которых подключены к вычислительному устройству.

Широкополосный измеритель частоты радиосигналов // 2708678

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты непрерывных радиосигналов в широком диапазоне частот. Устройство состоит из двух АЦП, работающих на частотах Fs1 и Fs2 соответственно, входы которых соединены вместе, и решающего устройства.

Способ регистрации микроволновой электромагнитной активности головного мозга человека // 2708040

Изобретение относится к медицинской технике и используется для проведения нейрофизиологических исследований микроволновой электромагнитной активности разных участков головного мозга (ГМ) человека путем транскраниальной регистрации амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) слабых электромагнитных волн (сЭМВ) в диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот от 1,5 до 5,0 ГГц.

Способ измерения разности фаз // 2691372

Изобретение может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой и для измерения разности фаз между сигналами. Техническим результатом является повышение точности измерения за счет компенсации постоянного смещения после демодуляции сигналов и за счет использования обратной функции, близкой к линейной, вместо функции arctg.

Способ измерения резонансной частоты // 2691291

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения резонансной частоты различного типа резонаторов. Способ измерения резонансной частоты содержит этапы, на которых осуществляют режим поиска резонансной частоты, в котором на каждой i-й итерации на вход резонатора последовательно подают сигналы с частотами ƒi-b и ƒi+b, находящимися в диапазоне изменения измеряемой резонансной частоты, измеряют амплитуды сигналов на выходе резонатора и , соответствующие указанным частотам, затем вычисляют частоту ƒi+1, а также определяют знак разности напряжений и при изменении этого знака осуществляют режим слежения за резонансной частотой, в котором сравнивают частоты ƒi+1 и ƒi, и если на i-й итерации модуль разности этих частот меньше, чем величина, определяемая заданной погрешностью измерения резонансной частоты, то на всех последующих итерациях фиксируют частоты ƒi и резонансную частоту определяют как среднее значение этих зафиксированных частот.

Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка // 2687884

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах одночастотной передачи данных, а также в системах радиозондирования для измерения доплеровского смещения несущей частоты сигнала в информационно-измерительных устройствах без априорной информации о модулирующем сообщении.

Радио-шариковый первичный преобразователь расхода жидкости // 2685798

Изобретение относится к измерительной технике и радиоэлектронному приборостроению и может использоваться в расходометрии любых электропроводных и неэлектропроводных, прозрачных и непрозрачных жидкостей, в химической, нефтеперерабатывающей, фармацевтической промышленности, в энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве в составе систем учета жидкостей.