Способ аналогового формирования гармонического линейно-частотно модулированного напряжения
METHOD OF HARMONIC LINEARLY FREQUENCY-MODULATED VOLTAGE ANALOG FORMING

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для построения формирователей линейно-частотно модулированных сигналов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, заключающийся в том, что в течение времени, соответствующего длительности требуемого линейно-частотно модулированного сигнала, генерируют постоянное опорное напряжение, интегрируют постоянное опорное напряжение первый раз, интегрируют второй раз и полученным напряжением в результате повторного интегрирования управляют фазой выходного сигнала управляемого по фазе генератора (см., например, Ч. Кук, М. Бернфельд. Радиолокационные сигналы, 1971 г., стр. 161-162).
Недостатками такого способа является инерционность модуляционных характеристик и недостаточная точность формирования, обусловленная нелинейными зависимостями параметров управляемых элементов от управляющего напряжения (см., например, Кочемасов В.Н., Белов Л.А., Оконечников В.С. Формирование линейно-частотно модулированных сигналов, 1983, стр. 44, 48).
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков.
m1
m2
m1
m1
ui
i1
i2
i1
i2
m2
m1
m1
Технический результат достигается за счет того, что в известном способе аналогового формирования гармонического линейно-частотно модулированного сигнала, заключающемся в генерации опорного напряжения заданной длительности, двукратном его интегрировании, повторно интегрируемое опорное напряжение сравнивают с двумя фиксированными уровнями напряжений U и U ≈ 0.5⋅U, при этом при достижении повторно интегрируемым опорным напряжением уровня напряжения сравнения U формируют импульсы сброса, по которым осуществляют сброс до нулевого уровня результата повторного интегрирования, формируют последовательность прямоугольных импульсов с длительностью i-го импульса τ=t-t, где t, t - моменты достижения повторно интегрируемым опорным напряжением уровней U ≈ 0.5⋅U и U соответственно на i-м интервале интегрирования перед i-м сбросом, фильтруют низкочастотную составляющую спектра полученной последовательности прямоугольных импульсов.
1
ЛЧМ
2
3
4
5
6
1
2
i
m1
m2
5
u1
ui
11
12
i1
i2
2
m1
m1
mПИ
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где обозначено: u(t) - опорное напряжение с длительностью времени формирования линейно-частотно модулированного сигнала t (фиг. 1a), u(t) - проинтегрированное первый раз опорное напряжение (фиг. 1б), u(t) - проинтегрированное повторно со сбросом опорное напряжение (фиг. 1в), u(t) - импульсы сброса при повторном интегрировании (фиг. 1г), u(t) - прямоугольное линейно-нарастающее по частоте следования напряжение (фиг. 1д), u(t) - гармоническое линейно-частотно модулированное напряжение (фиг. 1e), , , , ,  - начальные уровни напряжений на 1-м, 2-м, 3-м, i-м, i+1-м соответственно интервалах повторного интегрирования, T, Т, Τ - 1-й, 2-й и i-й интервалы повторного интегрирования, U - фиксированный уровень напряжения, при достижении которого осуществляется сброс при повторном интегрировании, U - фиксированный уровень напряжения, при превышении которого формируются прямоугольные импульсы u(t), τ, τ - длительности 1-го и i-го прямоугольных импульсов соответственно, t, t, t, t - моменты достижения уровней фиксированных напряжений Um≈ 0.5⋅U и U соответственно на 1-м и i-м интервале интегрирования, U - уровень напряжения прямоугольных импульсов.
3
m1
ЛЧМ
i
3
m1
1
3
m1
3
3
12
12
2
2
3
2
1
m1
3
m2
m1
3
m2
mПИ
5
ui
i2
i1
i+1
i
5
ui+1
ui
При повторном интегрировании опорного напряжения осуществляется сброс результата интегрирования до нулевого уровня при достижении u(t) уровня фиксированного напряжения U. Это приводит к тому, что в течение существования опорного напряжения t (фиг. 1а) существуют ряд i-х интервалов повторного интегрирования T,на которых напряжение u(t) изменяется от нуля до U по квадратичному закону. Так, в начальный момент времени, определяемый началом генерации опорного напряжения, начинается 1-й интервал повторного интегрирования опорного напряжения Т, при этом начальное напряжение для повторного интегрирования . По достижению повторно интегрируемым опорным напряжением u(t) уровня U (фиг. 1в) формируют первый импульс сброса напряжения u(t) (фиг. 1г), по которому осуществляют сброс напряжения u(t) до нулевого уровня в момент времени t (фиг. 1в). С момента времени t начинается второй интервал интегрирования Т, но при этом начальный уровень линейного нарастающего напряжения u(t) при повторном интегрировании , поэтому u(t) на втором интервале интегрирования Т увеличивается быстрее по отношению к первому интервалу повторного интегрирования T и раньше достигает заданного напряжения сравнения U и т.д. Таким образом, каждый последующий интервал интегрирования короче предыдущего. Напряжение u(t) сравнивается с фиксированным уровнем напряжения U ≈ 0.5⋅U и на интервалах времени, когда u(t)>U, формируется постоянное напряжение U, в результате чего формируется нарастающее по частоте следования прямоугольное напряжение u(t) (фиг. 1д), где τ=t-t - длительность i-го импульса. В результате того, что каждый последующий интервал интегрирования короче предыдущего (Т<Т), каждый последующий импульс u(t) также по длительности меньше предыдущего, т.е. τ<τ.
5
6
Известно (см., например, Кочемасов В.Н., Белов Л.Α., Оконечников В.С. Формирование линейно-частотно модулированных сигналов, 1983, стр. 57), что прямоугольное линейно-нарастающее по частоте следования напряжение имеет повторяющийся вдоль частотной оси спектр. Поэтому согласно изобретению фильтруют низкочастотную составляющую спектра напряжения u(t), что обеспечивает формирование гармонического линейно-частотно модулированного напряжения u(t) и достижение заявленного технического результата.
m1
m2
Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг. 2, где обозначено: 1 - формирователь опорного сигнала, 2 - первый интегратор, 3 - источник генерации напряжения сравнения U, 4 - первый компаратор (схема сравнения), 5 - второй интегратор со сбросом (см., например, А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 182), 6 - второй компаратор (схема сравнения), 7 - источник генерации напряжения сравнения U, 8 - фильтр.
ЛЧМ
1
1
2
2
3
m1
m1
4
m2
m1
ui
i2
i1
m2
m1
mПИ
5
5
Схема работает следующим образом. На выходе опорного генератора 1 формируется в течение требуемого времени t постоянное напряжение u(t). В первом интеграторе 2 происходит интегрирование постоянного напряжения с выхода 1, в результате чего в течение существования u(t) на выходе 2 существует линейно возрастающее напряжение u(t). В результате интегрирования u(t) на выходе второго интегратора напряжение u(t) изменяется по квадратичному закону. Первый компаратор 4 имеет два входа, один из которых соединен с источником генерации напряжения сравнения U, а другой - с выходом второго интегратора 5. В момент превышения напряжения на выходе второго интегратора 5 напряжения сравнения U мгновенно на выходе компаратора 4 формируется напряжение логической единицы, под воздействием которого также мгновенно осуществляется сброс выходного напряжения второго интегратора 5 до нулевого уровня, что, в свою очередь, мгновенно возвращает компаратор 4 в состояние логического нуля. В результате мгновенных переключений компаратора 4 напряжение на его выходе представляет собой последовательность импульсов u(t), длительность которых стремится к нулю. Второй компаратор 6 имеет два входа, один из которых соединен с источником генерации напряжения сравнения U ≈ 0.5⋅U, а другой - с выходом второго интегратора 5. В течение интервалов времени τ=t-t, когда напряжение на выходе второго интегратора превышает U ≈ 0.5⋅U, на выходе второго компаратора 6 существует напряжение логической единицы (в рассматриваемом случае равное U). В результате работы второго компаратора 5 на его выходе формируется прямоугольное линейно-нарастающее по частоте напряжение u(t). После фильтрации в фильтре 6 напряжения u(t) из его спектра исключаются высокочастотные составляющие и формируется гармонический линейно-частотно модулированный сигнал.
Способ может быть успешно реализован на схемах с коммутируемыми конденсаторами.