ЦИФРОВОЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиолокационных системах с непрерывным излучением линейно-частотно-модулированных радиосигналов, а также в различных измерительных приборах.
Из существующего уровня техники известен формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, основу которого составляют устройство прямого цифрового синтеза сигналов и схема фазовой автоподстройки частоты (Косов А.С., Зотов В.А. Генератор с линейной цифровой перестройкой частоты ММ диапазона волн // Материалы XIX международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». - 2009, стр. 85). В данном формирователе устройство прямого цифрового синтеза генерирует линейно-частотно-модулированный радиосигнал, являющийся опорным для схемы фазовой автоподстройки частоты, которая играет роль умножителя частоты с высокой кратностью умножения.
T
T
Достоинством указанного формирователя является широкий диапазон возможных значений девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, верхняя граница которого определяется величиной (0,4…0,45)·f·(M/N), где f - тактовая частота устройства прямого цифрового синтеза, M - коэффициент деления выходной частоты схемы фазовой автоподстройки частоты, N - коэффициент деления выходной частоты устройства прямого цифрового синтеза.
Недостатком указанного формирователя является возрастание уровня фазовых шумов на выходе схемы фазовой автоподстройки частоты, по сравнению с уровнем шума на выходе устройства прямого цифрового синтеза. Кроме того нелинейные эффекты схемы фазовой автоподстройки частоты приводят к нарушению линейности перестройки частоты формируемого линейно-частотно-модулированного радиосигнала.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, основу которого составляют устройство прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурный модулятор и задающий генератор немодулированного радиосигнала (Кочемасов В.Н., Голубков А.В., Голубков В.Г., Черкашин В.Г., Янковский Е.В. Методы формирования сверхширокополосных линейно-частотно-модулированных сигналов // Материалы IV общероссийской научно-технической конференции «Омск СВЧ 2012». - 2012, стр. 121).
н
н
н
дев
дев
T
дев
T
Работа указанного устройства заключается в формировании устройством прямого цифрового синтеза двух квадратурных колебаний с линейно изменяющейся частотой, которые подаются на низкочастотные входы квадратурного модулятора. Одновременно на высокочастотный вход квадратурного модулятора подается гармоническое колебание на частоте f от задающего генератора. В результате на выходе квадратурного модулятора формируется радиосигнал, частота которого изменяется от величины f до f+F. При этом F≤(0,4…0,45)·f, где F - девиация частоты, f - тактовая частота устройства прямого цифрового синтеза сигналов.
Достоинством указанного устройства является высокая линейность и стабильность изменения частоты, возможность перестройки несущей частоты радиосигнала путем изменения частоты задающего генератора.
T
Недостатком указанного устройства является невозможность формирования широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов с девиацией частоты, превышающей величину (0,4…0,45)·f.
T
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении диапазона значений девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, генерируемых формирователем широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, построенным на базе синтезатора прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурного модулятора и задающего генератора, до величины (0,8…0,9)·f.
Решение данной задачи достигается за счет того, что цифровой формирователь широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов содержит опорный генератор, выход которого соединен с тактовыми входами микроконтроллера и синтезатора прямого цифрового синтеза, информационный вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, при этом первый выход синтезатора прямого цифрового синтеза соединен с первым низкочастотным входом квадратурного модулятора, высокочастотный вход которого подключен к выходу задающего генератора, согласно полезной модели, в него введены делитель мощности, инвертор синусоидального сигнала и управляемый ключ, при этом второй выход синтезатора прямого цифрового синтеза подключен к входу делителя мощности, второй выход которого соединен со вторым входом управляемого ключа, первый вход которого соединен с первым выходом делителя мощности через инвертор синусоидального сигнала, третий вход управляемого ключа соединен со вторым выходом микроконтроллера, а выход управляемого ключа соединен со вторым низкочастотным входом квадратурного модулятора.
Решение данной задачи также достигается за счет того, что в качестве инвертора синусоидального сигнала использован интегральный фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы входного синусоидального сигнала на 180 градусов.
Решение данной задачи также достигается за счет того, что в качестве управляемого ключа использован аналоговый однополюсный ключ на два направления или аналоговый двухканальный мультиплексор.
Технический результат полезной модели заключается в удвоении девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов, генерируемых формирователем широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, построенным на базе синтезатора прямого цифрового синтеза сигналов, квадратурного модулятора и задающего генератора.
Работа предлагаемого цифрового формирователя широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов, структурная схема которого представлена на фиг. 1, поясняется с помощью временных диаграмм, изображенных на фиг. 2.
Устройство на фиг. 1 содержит опорный генератор 1, синтезатор прямого цифрового синтеза 3, микроконтроллер 2, делитель мощности 4, инвертор синусоидального сигнала 5, управляемый ключ 6, квадратурный модулятор 7 и задающий генератор 8.
Выход опорного генератора 1 соединен с тактовым входом синтезатора прямого цифрового синтеза 3 и входом микроконтроллера 2. Первый выход микроконтроллера подключен к информационному входу синтезатора прямого цифрового синтеза 3, а второй выход - к управляющему входу управляемого ключа 6.
Первый выход синтезатора прямого цифрового синтеза 3 соединен с первым низкочастотным входом квадратурного модулятора 7. Второй выход синтезатора 3 подключен к входу делителя мощности 4, первый выход которого через инвертор синусоидального сигнала 5 подключен к первому информационному входу управляемого ключа 6.
Второй выход делителя мощности 4 соединен со вторым информационным входом управляемого ключа 6. Выход задающего генератора 8 подключен к высокочастотному входу квадратурного модулятора 7.
Практическая реализация элементов схемы цифрового формирователя широкополосных линейно-частотно-модулированных радиосигналов может быть осуществлена на базе широко распространенных электронных компонентов компаний Analog Devices, STMicroelectronics, Hittite, Mini-Circuits Laboratory, Maxim, Vishay.
c
s
dds
дев
м
Предлагаемое в настоящей заявке устройство работает следующим образом. Синтезатор прямого цифрового синтеза 3 на основе полученной от микроконтроллера 2 информации (время запуска, начальное и конечное значение синтезируемой частоты, шаг и время перестройки по частоте) формирует два квадратурных частотно-модулированных сигнала u(t) и u(t) с симметричным треугольным законом изменения частоты f(t), девиацией F и периодом T (фиг. 2а). Опорный генератор 1 вырабатывает тактовый сигнал, обеспечивающий синхронную работу синтезатора прямого цифрового синтеза 3 и микроконтроллера 2, выполняющего функцию управления работой синтезатора 3 и управляемого ключа 6.
c
s
s
s
упр
Синфазный сигнал u(t) поступает на первый низкочастотный вход квадратурного модулятора 7, а квадратурный сигнал u(t) - на вход делителя мощности 4, распределяющего мощность сигнала на два выхода. Сигнал с первого выхода делителя мощности 4 после прохождения инвертора синусоидального сигнала 5 поступает на первый аналоговый вход управляемого ключа 6, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода делителя мощности 4. В результате формируются два дифференциальных сигнала u(t) и -u(t), которые поступают на информационные входы управляемого ключа 6. Ключ 6 осуществляет коммутацию одного из входных сигналов на второй низкочастотный вход квадратурного модулятора 7 в моменты времени, определяемые управляющим сигналом u(t), поступающим от микроконтроллера 2 (фиг. 2б):
н
На высокочастотный вход квадратурного модулятора 7 подается от задающего генератора 8 радиосигнал частотой f.
лчм
В результате на выходе квадратурного модулятора 7 формируется линейно-частотно-модулированный радиосигнал u(t), описываемый выражением:
вых
дев
Частота радиосигнала (2) изменяется по закону несимметричной пилообразной функции f(t) (фиг. 2в), девиация частоты равна удвоенному значению девиации 2F низкочастотного модулирующего сигнала, генерируемого синтезатором прямого цифрового синтеза. При этом период несимметричной пилообразной модуляции формируемого линейно-частотно-модулированного радиосигнала равен периоду симметричной треугольной модуляции модулирующего сигнала.
Таким образом, заявляемое устройство по сравнению с известным устройством (прототипом) позволяет в два раза расширить диапазон возможных значений девиации частоты линейно-частотно-модулированных радиосигналов.