Формирователь линейно-частотно-модулированных колебаний

 

ОП ИСАНИЕ

И ЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЙЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистичесмик

Респубпим ()938359 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26. 12. 80 (21) 3227288/18-09 (5! )М. Кл. с присоединением заявки М

Н 03 С 3/06 енеуднрстеенннй камнтет

CCCP но JLelaN нэе4ретеннй н етнрмтнй (23) Приоритет

ОпУбликовано 23.06. 82. Бюллетень М 23

Дата опубликованмя описания 23.06.82 (53) УДК 621.376..3(088.8) (72} Авторы изобретения

В.И.Елфимов и Г.В.Чирков

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.И. Кирова (71) Заявитель. (54 ) ФОРИИРОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНОИОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для формирования линейно-частотно-модулированных колебаний в радиолокации радиовысотометрии, системах связи, 5 измерительной технике.

Известен формирователь линейночастотно-модулированных (ЛЧИ), колебаний, содержащий генератор пилообразного напряжеттия, сумматор, а также последовательно соединенные генератор высокой частоты, первый элемент задержки, смеситель., второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель, т5 фазовый детектор, к другому входу . которого подключен выход опорного генератора и фильтр нижних частот 1 1);

Однако данное устройство оказывает дестабилизирующее влияние на выходной 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 модуляции случайным образом изменяется в зависимости, от начальной частоты колебания с ли-) 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 следующего периода модуляции. Отмеченные недостатки приводят к заметному дополнительному фазовому рассогласованию между сиг,налом биений И опорным колебанием

I в начале каждого периода модуляции, а это в свою очередь, значительно увеличивает длительность переходного режима в сист.еме линеари- зации и, в конечном итоге, понижает точность формирования колебания с линейной частотной модуляцией. где Ч

Н Н

3 938359

Цель изобретения — уменьшение искажений выходных ЛЧИ колебаний путем уменьшения длительности переходных процессов.

Цель достигается тем, что в формирователе ЛЧИ колебаний, содержащем генератор пилообразного напряжения, сумматор, а также последовательно соединенные генератор высокой частоты, первый элемент задержки, 10 смеситель, второй вход которого сое- динен с выходом генератора высокой частоты, усилитель, фазовый детектор к другому входу которого подключен выход опорного генератора, и фильтр нижних частот, между выходом усилителя 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 соединенные интегратор и управляемый элемент задержки, между выходом опор- 5 ного генератора и входом управляемого элемента задержки введены последовательно соединенные второй формирователь импульсов и счетчик импуль; сов, между выходом фазового детектора и общей шиной введен клю управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора.пилообразного напряжения, между выходом счетчика импульсов и вторым входом

35 сумматора введены последовательно соединенные второй элемент задержки, второй триггер и второй блок совпадения, при этом выход счетчика импульс ов соединен также с вторыми входа40 ми первого и второго триггеров, вторые выходы первого и второго триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго и первого блоков совпадения, выход фильтра нижних ча° 5 стот соединен .с управляющим входом .генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к входу генератора высокой частоты.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенно50 го устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Формирователь ЛЧИ колебания содержит генератор 1 пилообразного напряжения, генератор 2 высокои частоты, м 55 . первый элемент 3 задержки, смеситель

:4, усилитель 5, фазовый детектор 6, фильтр 7 нижних частот (ФНЧ), опор 4 ный генератор 8, ключ 9, второй формирователь 10 импульсов, счетчик.

l 1 импульсов, управляемый элемент

l2 задержки, первый формирователь

13 импульсов, первый триггер 14, первый блок 15 .совпадения, сумматор

16, интегратор 17, второй элемент

18 задержки, второй триггер 19, вторсй блок 20 совпадения.

Формирователь ЛЧИ колебаний работает следующим образом.

С выхода опорного генератора 8 синусоидальное напряжение постоянной частоты (фиг. За) поступает на вход второго формирователя 10 импульсов, на выходе которого образуются короткие импульсы с периодом опорного колебания Т „для запуска счетчика

11 импульсов. На выходе счетчика 11 импульсов выделяются импульсы (фиг.36) с периодом модуляции T и поступают через управляемый элемент 12 задержки на вход синхронизации генератора

1 пилообразного напряжения в момент начала модуляции Фн для 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

I за время рабочего хода Т . По окончании времени рабочего хода То выходная частота генератора 2 высокой частоты принимает первоначальное значение ГН и сохраняет его на время паузы Тд до следующего прихода импульса йнщразрешения начала частотной модуляции на синхронизирующий вход генератора I пилообразного напряжения (фиг. 36). 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 С, На один вход смесителя 4 подает— ся напряжение генератора 2 высокой частоты. амплйтуда выходного напряжения генератора 2 высокой частоты1 начальная частота колебания с линейной частотной модуляцией; крутизна изменения частоты, начальная фаза, 938359 а на другой вход, соответственно, напряжение, прошедшее через элемент

3 задержки.

0 (1)=ЦСОБ(Ю (-C>)-Чо(-Г ) /2 »j>j

Поскольку смеситель 4 выполняет функцию перемножителя входных сигналов И (г.) и u () и отфильтровывает составляющую суммарной частоты, в результате на выходе смесителя 4

»о образуется сигнал биений

U И) U СОЯ ((ЮБ +(або)! где U — амплитуда сигнала биений

+=Vol. — частота биений, которая 15 постоянна в случае иде-д „. - ально линейного закона о изменения частоты

О 3 . — начальная фаза биений.

Ввиду значительного затухания в 20 элементе 3 задержки необходимо напряжение биений (»5.(:г.), 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. Зг. Как следует из выражения для 0 (г.), сигнал биений даже при идеальйо линей- 30 ном законе изменения частоты имеет начальную фазу (О, определяемую величинами Г,Ф,, VО . Кроме того, усилитель 5 сигнала биений имеет orраниченную полосу пропускания поэтому сигнал на выходе усилителя 5 приобретает дополнительный фазовый сдвиг

Ю»с, вызванный фазо-частотной характеристикой усилителя 5. Нупи выходного колебания опорного генератора

8 (фиг. За ) совпадают с нулями синусоидального напряжения на выходе усилителя 5 (фиг. Зг) при условии равенства нулю Ч =0 и И» =0 и постоянства крутизны сигнала с линейной частотной модуляцией и равенства ее среднему значению

55 о - Ль| IТР, Поэтому наличие Ч@, 0 и фазового сдвига в усилителе 5 Ь%» 70 приводит к появлению сигнала рассогласования на выходе фазового детектора 6 даже при идеально линейном законе частотной модуляции.

В случае нелинейного закона изменения частоты на выходе фазового детектора 6 будет выделяться сигнал ошибки в соответствии с фазовой модуляцией биений, так как выходное колебание опорного генератора 8 имеет линейное во времени нарастание фазового набега, и, кроме того, дополнительный сигнал ошибки, вызванный начальным ФаэОВым сдвиГОм (Ч О +

+Ь с) 0.- Сигнал ошибки с выхода фазового детектора 6 через фильтр 7 нижних частот поступает на управляющий вход генератора 1 пилообраэного напряжения где суммируется с пилообразным напряжением и изменяет частоту на выкоде генератора 2 высокой частоты таким образом, чтобы закон изменения частоты 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 причины обуславливают появление дополнитсльного, 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 выходе фазового детектора 6 к началу следующего периода модуляции исключается путем обнуления сигнала ошибки в паузе Т>. Для этого между выходом фазового детектора 6 и общей шиной включен ключ 9, на управляющий вход которого подается сигнал со второго выхода генератора l пило« образного напряжения, вид которого представлен на фиг. Зд., 9383

Введение. синхр.онизации между опорным генератором 8 и генератором

1 пилообразного напряжения уменьшает дестабилиэирующее влияние кольца автоподстройки закона изменения частоты, но не устраняет фазовое рассогласование (о + фу ).. Для устранения дополнительного фазового рассогласования (.7@ + А Vy<) ме кду сигналом биений и опорным колебани- !0 ем (фиг. За и г) необходимо сдвинуть во времени момент начала модуляции н (фиг. 36) таким образом, чтобы первый нуль сигнала биений (фиг.Зг) с начала модуляции совпал с нулем !5 опорного колебания (фиг. За). Для этого между выходом счетчика 11 импульсов и входом синхронизации генератора 1 пилообразного напряжения введен управляемый элемент 12 . ze задержки, выполненный, например, в виде мультивибратора задержки, который управляет началом Ф запуска генератора 1 пилообразного напряжения, а время задержки элемента !2 25 определяется величиной управляющего напряжения, поступающего с выхода интегратора f7 Величина выходного напряжения интегратора 17 однозначно связана со значением фа- рО зового рассогласования Я о

С,! (фиг Зи ) иипуль сами Для фор ми рования сигнального импульса (фиг. Зи) включен первый триггер 14 с раздельными входами, на один вход которого поступают импульсы биений (фиг. 3e), прошедшие от усилителя 5 сигнала 4О биений через первый формирователь, 13 импульсов, а на второй вход — выходные импульсы счетчика 11 импуль сов (фиг. Зб). На выходе триггера

14 выделяется сигнальный импульс

45 (фиг. Зи) длительностью В;,, который сформирован с учетом начальной фазы биений (Сьо + n9 ). Эталонный импульс (фиг. Зз) образуется в результате запуска второго триггера 19 с раздельными входами выходными импульсами счетчика импульсов 11 (фиг. Зб) непосредственно и поступающими через второй элемент задержки 18 (фиг. Зж), который осуществляет задержку выходных импульсов счетчика 11 (фиг. Зб)

55 на величину Т = С +Т /2, как показано на фиг. Зж . Поэтому длительность эталонного импульса (фиг. Зз) на вы59 8 ходе триггера 19 составляет

=Т. =г.„+ „/2.

Для сравнения временного положее ния эталонного (фиг. Зз)и сигнального (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 (,"„с (фиг. Зк сплошлая линия) и на выходе блока

15 совпадения в случае С Я.(фиг. Зк

g пунктирная линия). На выходе сумма.тора 16 (фиг. Зк) образуется суммарный с блоков 15 и 20 совпадения сигнал ошибки при произвольном рассогласовании между сигнальным и эталонным импульсами, причем интегратор

17 формирует выходное напряжение как по знаку, так и по величине, в зави-: симости от знака и длительности временного рассогласования а на выходе сумматора 1б (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 опорным колебанием путем временного смещения момента запуска генератора 1 пилообразного напряжения.

Предлагаемое устройство для получения линейно частотно-модулированного колебания существенно повышает точность работы цепи обратной связи путем минимизации длительности переходных процессов в кольце автоподстройки sa счет устранения дополнительного фазового рассогласования в начале периода модуляции. Минимизация времени переходных процессов е 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 возрастает в 510 раз, а также увеличивается полезное время рабочего хода Тр исполь59

Формула изобретения

9 9383 зуемого при обработке информации в

° радиолокационных системах, что повыша ет точность работы радиолокационных систем.

Формирователь линейно-частотномодулированных колебаний, содержащий 1О 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, о т л и ч а ю щ и й- 2О с 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 формироват ль импульсов, первый триггер, первый блок совпадения, между выходом сумматора и входом синхронизации генератора пилообразного на-. ЗО пряженйя введены последовательно соединенные интегратор и управляемый элемент задержки, между выходом опорного генератора и входом управляемого 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 счетчика импульсов и вторым входом сумматора вверены последовательно соединенные второй элемент задержки, второй триггер и второй блок совпадения, при этом выход счетчика импульсов соединен также с вторыми входами первого и второго триггеров, вторые выходы первого и второго триггеров соединены соответственно с вторыми входами 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

Ф 448565, кл. H 03 С 3/06, 1973 (про отип) .