Формирователь частотно-модулированных сигналов

Формирователь частотно-модулированных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающих и радиоприемных устройствах, в измерительной технике и связи. Целью изобретения является увеличение девиации частоты и уменьшение уровня модуляционных искажений формируемых частотно-модулированных сигналов (ЧМ). Формирователь ЧМ-сигналов содержит счетчик 1, первый, второй, третий блоки постоянного запоминания (ПЗУ) 2. 6, 8, первый , второй, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 10,12, 17, 3, первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ) 21, 4. регистр 5 памяти, делитель 7 частоты, опорный генератор 11, комбинационный сумматор 9, блок 13 памяти , первый и второй балансные модуляторы 14, 16, формирователь 15 квадратурных составляющих опорного сигнала, аналоговый сумматор 18, второй смеситель 19, первый смеситель 23, первый, второй и третий полосовые фильтры 26, 22, 20, регулируемый усилитель 24 и перестраиваемый генератор 25. Цель достигается использованием двойного преобразования частоты, а также модуляцией огибающей формируемых ЧМ-сигналов в аналоговом виде на промежуточной частоте.2 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (51)5 Н 03 С 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И СТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ы

Ю фь

М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4783441/09 (22) 17.01.90 (46) 07.05.92. Бюл. М 17 (72) Н.Г.Батурин, Н.В.Горшков, И.Н.Попатенко и Ю.М. Романов (53) 621.376.3(088.8) (56) Рабиновитц С.Дж., Гейджер Ч.Х., Брукнер Э., Мюэ Ч.Э. и Джонсон Ч,M. Цифровые методы в радиолокации. — ТИИЭР, т.73, М 2, февраль 1985, с 182-186.. (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающих и радиоприемных устройствах, в измерительной технике и связи. Целью изобретения является увеличение девиации частоты и уменьшение уровня модуляционных искажений формируемых частотно-модулированных сигналов (ЧМ).

« Ж» 1732420А1

Формирователь ЧМ-сигналов содержит счетчик 1, первый, второй, третий блоки постоянного запоминания (ПЗУ) 2, 6, 8, первый, второй, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

10, 12, 17, 3, первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ) 21, 4, регистр 5 памяти. делитель 7 частоты, опорный генератор 11, комбинационный сумматор 9, блок 13 памяти, первый и второй балансные модуляторы

14, 16, формирователь 15 квадратурных составляющих опорного сигнала, аналоговый сумматор 18, второй смеситель 19, первый смеситель 23, первый, второй и третий полосовые фильтры 26, 22, 20, регулируемый усилитель 24 и перестраиваемый генератор

25. Цель достигается использованием двойного преобразования частоты, а также модуляцией огибающей формируемых

ЧМ-сигналов в аналоговом виде на промежуточной частоте. 2 ил.

1732420

10

30

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в радиопередающих.и радиоприемных устройствах, в измерительной технике и связи.

Известен цифровой синтезатор линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, содержащий последовательно соединенные первый накопитель, комбинационный сумматор, второй накопитель, блок постоянного запоминания (ПЗУ), первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), первый фильтр, первый перемножитель, блок аналогового суммирования и полосовой фильтр, а также последовательно соединенные второй ЦАП, второй фильтр и второй перемножитель.

Недостатком устройства является высокий уровень паразитных сосгавляющих в спектре выходного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой генератор сигналов, содержащий первый, второй и третий блоки

ПЗУ, первый и второй цифровые перемножители, первый и второй ЦАП, первый и второй балансные преобразователи, опорный генератор и формирователь квадратурных составляющих опорного сигнала, Основными недостатками этого устройства являются малое значение девиации частоты и высокий уровень модуляционных искажений выходных сигналов, Целью изобретения является увеличение девиации частоты и уменьшения уровня модуляционных искажений формируемых

ЧМ сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой генератор сигналов, содержащий последовательно соединенные первый блок постоянного запоминания и второй блок постоянного запоминания, последовательно соединенные первый цифроаналоговый. преобразователь, первый балансный преобразователь и блок аналогового суммирования, последовательно соединенные опорный генератор и формирователь квадратурных составляющих опорного сигнала, последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и второй балансный преобразователь, а также третий блок постоянного запоминания, при этом первый выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом третьего блока постоянного запоминания, первый выход формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соединен с другим входом первого балансного преобразователя, второй выход формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соединен с другим входом второго балансного преобразователя, выход которого соединен с другим входом блока аналогового суммирования, дополнительно введены делитель частоты и счетчик, выход которого соединен с входом первого блока постоянного запоминания, последовательно соединенные первый полосовой фильтр, первый смеситель, узкополосный фильтр, регулируемый усилитель, второй смеситель и sTopoA полосОВОЙ фильтр, ВыхОд которого является выходом устройства, последовательно соединенные третий цифроаналоговый преобразователь и первый фильтр нижних частот, выход которого подключен к другому вхсду регулируемого усилителя, последовательно соединенные peI истр памяти, комбинационный сумматор, блок памяти, четвертый цифроаналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот и перестраиваемый генератор, выход которого соединен с другими входами первого и второго смесителей, при этом первый выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом регистра памяти и с другим входом комбинационного сумматора, другой выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом третьего цифроаналогового преобразователя, выход второго блока постоянного запоминания соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход третьего блока постоянного запоминания соединен с входом второго цифроаналогового п реобразователя, другой выход опорного генератора соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с тактовыми Входами счетчика, первого, второго и третьего блоков постоянного запоминания, регистра памяти, блока памяти, первого, второго, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей, кроме того, выход блока аналогового суммирования соединен с Входом nepaoro полосового фильтра.

На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя частотно-модулированных сигналов; на фиг. 2 — графики законов изменения частоты, поясняющие принципы работы устройства.

На схеме изображены счетчик 1, первый блок ПЗУ 2, третий ЦАП 3, первый фильтр 4 нижних частот (ФНЧ), регистр 5, второй блок 6 ПЗУ, делитель 7 частоты, третий блок

8 ПЗУ, комбинационнь1й сумматор 9, первый ЦАП 10, опорный генератор 11, второй

ЦАП 12, блок 13 памяти, первый балансный преобразователь 14, формирователь 15 квадратурных составляющих опорного сигнала, второй балансный преобразователь

16, четвертый ЦАП 17, блок 18 аналогового суммирования, первый смеситель 19, узкополосный фильтр 20, второй ФНЧ 21, пер1732420

20 вый полосовой фильтр 22, второй смеситель

23, регулируемый усилитель 24, перестраиваемый генератор 25, второй полосовой фильтр 26.

Устройство работает следующим образом, При включении питания счетчик 1 находится в нулевом состоянии, Гармонические колебания частотой 10г опорного генератора

11 поступают на делитель 7 частоты, в котором частота колебаний уменьшается до fT u колебания преобразуются в последовательность импульсов с амплитудой, определяемой используемой элементной базой. С выхода делителя 7 частоты тактовые импульсы поступают на тактовые входы счетчика 1, регистра 5 памяти, первого 2, второго 6 и третьего 8 блоков ПЗУ первого

10, второго 12, третьего 3, и четвертого 17

ЦАП, а также на тактовый вход блока 13 памяти. С приходом каждого импульса тактовой частоты f на вход счетчика 1 его содержимое увеличивается на единицу и используется для адресации первого блока

2 ПЗУ, Параллельный двоичный код с выхода счетчика 1 поступает на вход адреса первого блока 2 ПЗУ, обеспечивая выборку из первого блока 2 ПЗУ параллельного двоичного кода фазы и параллельного двоичного кода огиба1ощей формируемого ЛМЧ сигнала. Считываемые коды фазы и коды огибающей соответствуют мгновенным значениям фазы и огибающей формируемого ЛМЧ сигнала с начальной частотой Рч и скоростью частотной модуляции P . .Расчет кодов фазы и огибающей формируемых сигналов и запись их в первый блок 2 ПЗУ осуществляется до начала работы устройства. Коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока

2 ПЗУ поступают на вход блока 6 ПЗУ, в котором осуществляется преобразование кодов фазы в коды амплитуды синусоидального напря>кения, Коды амплитуды синусоидального напряжения поступают с выхода блока 6 ПЗУ на вход ЦАП 10, в котором осуществляется преобразование кодов в, аналоговую величину. Синусоидальная составляющая ЛЧМ сигнала с выхода ЦАП 10 поступает на вход балансного преобразователя 14. Кроме того, двоичные коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока

2 ПЗУ поступают на вход блока 8 ПЗУ; в котором осуществляется преобразование кодов фазы в коды амплитуды косинусоидального напряжения, Коды амплитуды косинусоидального йапряжения поступают с выхода блока 8 ПЗУ, на вход .ЦАП 12, в котором осуществляется преобразование кодов в аналоговую величину, Косинусоидальная составляющая ЛЧМ сигнала с выхо25

55 да ЦАП 12 поступает на вход балансного преобразователя 16, Опорная частота 1>г генератора 11 поступает на формирователь 15 квадратурных составляющих, с выходов которого квадратурные составляющие поступают на входы первого 14 и второго 16 балансных преобразователей, в которых происходит перенос квадратурных составляющих формируемого ЛЧМ сигнала на ча-, стоту опорного генератора, С выходов балансных преобразователей 14 и 16 квадратурные составляющие формируемого

ЛЧМ сигнала поступают на блок 18 аналогового суммирования, на выходе которого формируется ЛЧМ сигнал с одной боковой полосой, Сформированный ЛЧМ сигнал с выхода блока 18 аналогового суммирования поступает на полосовой фильтр 22, который подавляет паразитные спектральные составляющие вне полосы частот формируемого

ЛЧМ сигнала. На выходе полосового фильтра

22 формируется ЛЧМ сигнала (фиг. 2,а) Мпфтк) = 0пф1 сов(2>т(4г — F,, )t + — j3 t +

2

+j j цс(t)dt) 0 т то, о где Uny> — амплитуда сигнала на выходе полосового фильтра 22; (цс (т) — внутриимпульсные частотные искажения закона изменения частоты сигнала на выходе полосового фильтра 22; т, — длительность формируемого сигнала.

С выхода полосового фильтра 22 ЛЧМ сигнал поступает на вход смесителя 19. На другой вход смесителя 19 поступает второй

ЛЧМ сигнал, формируемый перестраиваемым генератором 25. Управление перестраиваемым генератором осуществляется следующим способом. Двоичные коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока

2 ПЗУ поступа1от на регистр 5 памяти и на комбинационный сумматор 9. С приходом каждого тактового импульса на регистр 5 памяти и счетчик 1 текущий код фазы с выхода блока 2 ПЗУ записывается в регистр 5 памяти и появляется на его выходе. Одновременно увеличивается на единицу содер>кимое счетчика 1, используемое для адресации блока 2 ПЗУ, и на его первом выходе формируется очереднсй код фазы формируемого ЛЧМ сигнала, который поступает на регистр 5 и на второй вход комбинационного сумматора 9. В регистре 5 происходит инвертирование записанного кода. Таким образом, в течении каждого периода тактовой частоты на первый вход комбинационного сумматора 9 поступает

1732420

10

19 и второй 23 смесители поступает ЛЧМ сигнал (фиг, 2,6) 45

Ugr(t) = Опг coal(2 Л for -Рн- Fy<)t + — В+

+ J Ô „(t)dt) О» t< tp о

50 где Опг — амплитуда сигнала перестраиваемого генератора 25; g «(t) — внутриимпульсные частотные искажения закона изменения частоты сигнала перестраиваемого генератора 25; туф — частота настройки узкополосного фильтра 20.

Начальная частота сигнала перестраиваемого генератора 25 for = for - уф - н выбирается несколько меньше начальной чаСтОты Ьф1= for F< сигнала, формируемого инверсный код фазы формируемого ЛЧМ сигнала для предыдущего такта, а на другой вход — код фазы для текущего такта. На выходе комбинационного сумматора 9 формируется код суммы инверсного кода фазы для предыдущего такта и кода фазы для текущего такта. Полученный код суммы эквивалентен разности двух последовательных кодов фазы формируемого ЛЧМ сигнала и эквивалентен текущему коду частоты. Код частоты формируемого ЛЧ М сигнала с выхода комбинационного сумматора 9 поступает в блок 13 памяти, В блоке 13 памяти записаны коды управляющего напряжения для управления частотой перестраиваемого генератора 25. Каждому коду частоты, поступающему на вход блока 13 памяти, соответствует поступающий с выхода блока

13 памяти код управляющего напряжения. Коды управляющего напряжения расчитаны и введены в блок 13 памяти до начала работы устройства (при измерении частотной настроечной характеристики перестраиваемого генератора 25). Коды управляющего напряжения введены в блок

13 памяти с поправкой, обеспечивающей изменение частоты колебаний формируемых перестраиваемым генератором 25 на заданную величину. Коды управляющего напряжения с выхода блока 13 памяти поступают на ЦАП 17, в котором преобразуются в аналоговую величину. С выхода ЦАП 17 управляющее напряжение (для ЛЧМ сигнала оно имеет пилообразную форму) поступает на вход ФНЧ 21, в котором происходит сглаживание управляющего напряжения. С выхода ФНЧ 21 управляющее напряжение поступает на перестраиваемый генератор

25 и изменяет его частоту по закону, соответствующему закону изменения частоты формируемого сигнала (например, по линейному закону). Таким образом, с выхода перестраиваемого генератора 25 на первый

35 на выходе полосового фильтра 22, что необходимо дlA реализации селективных свойств узкополосного фильтра 20, На выходе смесителя 19 формируется демодулированная составляющая UcM1(t) (фиг, 2, в)

РЭЭНОСТНОЙ ЧВСтотЫ 1ом1 = 1пф1 for СИГHBJlOB, поданных на его ВхОды

UcM1(t).= UcM1 СОЗ(2Л |уфт + ((цо (t)dto

- J ф or(t)dt) 0 < t

Uyg(t)=0уфсоз(2лfy4t-3 (пг (t)dt) 0 о

< <, где 0уф — амплитуда сигнала на выходе узкополосного фильтра 20.

Сигнал Uy4(t) с Узкополосного фильтРа

20 поступает на регулируемый усилитель 24.

На другой вход регулируемого усилителя 24, На другой вход регулируемого усилителя 24 поступаетуправляющий сигнал R(t) с выхода

ФНЧ 4, Сигнал R(t) модулирует огибающую формируемого ЛЧМ сигнала по закону, обеспечивающему минимизацию уровня боковых лепестков при обработке. Управляющий сигнал R(t) рассчитывается до начала работы устройства и хранится в блоке 2 ПЗУ.

Одновременно с формированием ЛЧМ сигнала двоичные коды управляющего сигнала

R(t) с блока. 2 ПЗУ поступают на ЦАП 3, в котором преобразуются в аналоговый управляющий сигнал. С выхода ЦАП 3 управ- ляющий сигнал поступает на ФНЧ 4, в котором происходит сглаживание управляющего сигнала. С выхода ФНЧ 4 отфильтро1732420

10 ванный управляющий сигнал R(t) поступает на управляющий вход регулируемого усилителя 24. Огибающая сигнала на выходе регулируемого усилителя 24 оказывается промодулированной управляющим сигна- 5 лом R(t)

Upy(l) = R(l) Uyg соз(2л fygt — Г (, (t)dtj о

0 т т,.

Сигнал Upy(t) регулируемого усилителя

24 поступает на вход смесителя 23. На другой вход. смесителя 23 поступает сигнаг, Unr(t) перестраиваемого генератора 25. На выходе смесителя формируется суммарный

Л Ч М СИГНаЛ ОсH2(t) ЧаСтотЫ fc»2 = fr>r + 1уф

0см2{С) = R(t)UcM2 COS(2it (for Рн - пуф)1 +

+ — Pt2+ Г (пг (С)бЕ+2Л1уф t Г (лг (t)dt) 20 о о

=- R(t)UcM2 соз(2л (for — FB)t + — /3 1 0

1 2

«1 <о, который поступает на полосовой фильтр 26. 25

Полосовой фильтр 26 подавляет паразитные составляющие спектра вне полосы частот формируемого сигнала. На выходе полосового фильтра 26 формируется выходной

ЛЧМ сигнал (фиг. 2,б „который в результате 30 двойного преобразования частоты обладает существенно меньшими частотными иска>кениями, уровень которых определяется селективными свойствами и полосой пропускания узкополосного фильтра 20, 35

Низкочастотные модуляционные искажеt ния J ф nr (t)dt компенсируются при втором о преобразовании частоты в смесителе 23. При- 40 менение узкополосного фильтра 20 с полосой пропускания в 10 — 100 кгц позволяет подавлять высокочастотные модуляционные искажения (ц, (t) более, чем в 5-10 раз, Формула изобретения 45

Формирователь частотно-модулированных сигналов, содержащий первый, второй и третий блоки постоянного запоминания, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразо- 50 ватель, первый балансный преобразователь и аналоговый сумматор, последовательно соединенные опорный генератор и формирователь квадратурных составляющих опорного сигнала, последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и второй балансный модулятор, при этом первый выход блока постоянного запоминания соединен с первым входом третьего блока постоянного запоминания, первый и второй выходы формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соединены с другими входами соответственно первого и второго балансных модуляторов, выход которого соединен с другим входом аналогового сумматора, о т л— и ч а ю шийся тем, что, с цель>о увеличения девиации частоты и уменьшения уровня модуляционных искажений формируемых частотно-модулированных сигналов, введены последовательно соединенные регистр памяти, комбинационный сумматор, блок памяти, гретий цифроаналоговый преобразователь, первый фильтр нижних частот, перестраиваемый генератор, первый смеситель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные делитель частоты, четвертый цифроаналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот и регулируемый усилитель, выход которо>-о подключен к другому входу первого смесителя, последовательно соединенные второи полосовой фильтр, второй смесител ь l1 третий полосовой фильтр, выход которого подключен к другому входу регулируемого усилителя, а также счетчик, выход которого соединен со входом первого блока постоянного запоминания, первый выход которого соединен со входом регистра памяти с ":— дом второго блока псстоянного запоминания и с другим входом комбинационного сумматора, второй выход пеовога блока постоянного запоминания соединен с входом четвертого цифроаналогового преобразователя, выход второго блока псстоянного запоминания соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход третьего блока постоянного запоминания соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, другой выход опорного генератора соединен с входом делителя частоты, выход которо> О соединен с тактовыми входами счетчика, первого, второго и третьего блоков постоянного запоминания, регистра памяти. блока. памяти, первого, второго, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей, выход аналогового сумматора соедине: с входом второго полоcoBol фильтра, а другой вход втдрого смесителя подключен к выходу перестраиваемого генератора, а выход первого полосового фильтра является выходом частотно-модулированных сигналов, 1732420

fur. Fs Ьг

4ъа я

Составитель Н.Чеканова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Малец

Редактор Г.Гербер

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1587 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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