УСТРОЙСТВО КОГЕРЕНТНОГО ФОРМИРОВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО СВЧ СИГНАЛА

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в качестве приемо-передающего СВЧ устройства сантиметрового диапазона длин волн формирующего импульсный сверхширокополосный зондирующий СВЧ сигнал и преобразующий принятый отраженный СВЧ сигнал в низкочастотный выходной сигнал, содержащий радиолокационную информацию для дальнейшей его обработки.
Известен формирователь сверхширокополосного импульсного СВЧ сигнала в сантиметровом диапазоне [RU №85770 U1, МПК Н03С 5/00, 2009 г.], содержащий опорный генератор, первый умножитель частоты, первый преобразователь частоты, второй преобразователь частоты, синхронизатор, делитель мощности, первый амплитудный модулятор, второй амплитудный модулятор, второй умножитель частоты, третий умножитель частоты, третий амплитудный модулятор, четвертый амплитудный модулятор, пятый амплитудный модулятор, шестой амплитудный модулятор.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство преобразования СВЧ сигналов [RU №90948 U1, МПК Н03С 5/00, 2009 г.], содержащее опорный генератор, первый умножитель частоты, первый делитель мощности, первый преобразователь частоты, второй умножитель частоты, третий умножитель частоты, первый амплитудный модулятор, второй преобразователь частоты, второй амплитудный модулятор, третий преобразователь частоты, четвертый преобразователь частоты, второй делитель мощности, третий амплитудный модулятор, синхронизатор.
Недостатками известных устройств является невозможность когерентно формировать импульсный сверхширокополосный зондирующий СВЧ сигнал в сантиметровом диапазоне длин волн с низким уровнем паразитных комбинационных спектральных составляющих используя для этой цели полосные пропускающие фильтры и импульсные усилители мощности минимально коротких импульсных сигналов и трансформировать принятый отраженный СВЧ сигнал в низкочастотный сигнал, содержащий радиолокационную информацию.
Технический результат предлагаемого формирователя заключается в возможности когерентно формировать сверхширокополосный импульсный сигнал СВЧ в сантиметровом диапазоне длин волн с использованием сверхкоротких импульсов с предельно малой длительностью фронтов, обеспечивая низкий уровень паразитных комбинационных спектральных составляющих, используя для этой цели полосные пропускающие фильтры и, вместо амплитудных модуляторов, импульсные усилители мощности минимально коротких импульсных сигналов и трансформировать принятый отраженный СВЧ сигнал в низкочастотный сигнал, содержащий радиолокационную информацию.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что устройство когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала содержит первый умножитель частоты, опорный генератор, третий умножитель частоты, второй преобразователь частоты, второй умножитель частоты, второй амплитудный модулятор, второй делитель мощности, синхронизатор, первый делитель мощности, первый амплитудный модулятор, первый преобразователь частоты, пятый амплитудный модулятор, третий преобразователь частоты. Первый выход опорного генератора соединен со вторым входом второго преобразователя частоты, второй выход опорного генератора соединен с входом первого умножителя частоты, третий выход опорного генератора соединен с входом второго умножителя частоты, выход второго амплитудного модулятора соединен со вторым входом первого преобразователя частоты, первый выход синхронизатора соединен со вторым входом второго амплитудного модулятора, третий выход синхронизатора соединен со вторым входом первого амплитудного модулятора, четвертый выход синхронизатора соединен со вторым входом пятого амплитудного модулятора, выход первого амплитудного модулятора соединен с первым входом первого преобразователя частоты, выход пятого амплитудного модулятора является третьим выходом 3U устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала. Для достижения возможности когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала дополнительно введены четвертый фильтр, шестой фильтр, устройство управления, первый фильтр, второй фильтр, третий амплитудный модулятор, пятый фильтр, четвертый амплитудный модулятор, третий делитель мощности, аттенюатор, фазовый детектор, первый усилитель, третий фильтр, второй усилитель, третий усилитель, седьмой фильтр, четвертый усилитель, причем, выход первого умножителя частоты соединен с входом первого фильтра, выход третьего умножителя частоты соединен с входом четвертого фильтра, выход четвертого фильтра соединен с первым входом второго преобразователя частоты, выход второго преобразователя частоты соединен с входом шестого фильтра, выход шестого фильтра соединен с входом второго делителя мощности, первый выход устройства управления соединен с входом синхронизатора, второй выход устройства управления соединен с первым входом аттенюатора, вход устройства управления является первым входом 1Y сигналов управления режимом работы устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала, выход первого фильтра соединен с входом первого делителя мощности, выход второго умножителя частоты соединен с входом второго фильтра, выход второго фильтра соединен с входом третьего умножителя частоты, выход третьего амплитудного модулятора соединен с первым входом второго амплитудного модулятора, первый выход второго делителя мощности соединен с первым входом третьего амплитудного модулятора, второй выход второго делителя мощности соединен со вторым входом третьего преобразователя частоты, второй выход синхронизатора соединен со вторым входом третьего амплитудного модулятора, пятый выход синхронизатора соединен со вторым входом четвертого амплитудного модулятора, первый выход первого делителя мощности соединен с первым входом фазового детектора, второй выход первого делителя мощности соединен с первым входом первого амплитудного модулятора, выход первого преобразователя частоты соединен с входом пятого фильтра, выход пятого фильтра соединен с первым входом четвертого амплитудного модулятора, выход четвертого амплитудного модулятора соединен с входом третьего делителя мощности, первый выход третьего делителя мощности является вторым выходом 2U устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала, второй выход третьего делителя мощности соединен с первым входом пятого амплитудного модулятора, выход аттенюатора соединен с входом четвертого усилителя, второй вход аттенюатора является вторым входом 2Y отраженного СВЧ сигнала устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала, выход фазового детектора является первым выходом 1U устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала, выход первого усилителя соединен со вторым входом фазового детектора, выход третьего фильтра соединен с входом первого усилителя, выход второго усилителя соединен с входом третьего фильтра, выход третьего преобразователя частоты соединен с входом второго усилителя, выход третьего усилителя соединен с первым входом третьего преобразователя частоты, выход седьмого фильтра соединен с входом третьего усилителя, выход четвертого усилителя соединен с входом седьмого фильтра.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала.
Устройство когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала содержит первый умножитель частоты 1, опорный генератор 2, третий умножитель частоты 3, четвертый фильтр 4, второй преобразователь частоты 5, шестой фильтр 6, устройство управления 7, первый фильтр 8, второй умножитель частоты 9, второй фильтр 10, второй амплитудный модулятор 11, третий амплитудный модулятор 12, второй делитель мощности 13, синхронизатор 14, первый делитель мощности 15, первый амплитудный модулятор 16, первый преобразователь частоты 17, пятый фильтр 18, четвертый амплитудный модулятор 19, третий делитель мощности 20, пятый амплитудный модулятор 21, аттенюатор 22, фазовый детектор 23, первый усилитель 24, третий фильтр 25,, второй усилитель 26, третий преобразователь частоты 27, третий усилитель 28, седьмой фильтр 29, четвертый усилитель 30.
Выход первого умножителя частоты 1 соединен с входом первого фильтра 8.
Первый выход опорного генератора 2 соединен со вторым входом второго преобразователя частоты 5.
Второй выход опорного генератора 2 соединен с входом первого умножителя частоты 1.
Третий выход опорного генератора 2 соединен с входом второго умножителя частоты 9.
Выход третьего умножителя частоты 3 соединен с входом четвертого фильтра 4.
Выход четвертого фильтра 4 соединен с первым входом второго преобразователя частоты 5.
Выход второго преобразователя частоты 5 соединен с входом шестого фильтра 6.
Выход шестого фильтра 6 соединен с входом второго делителя мощности 13.
Первый выход устройства управления 7 соединен с входом синхронизатора 14.
Второй выход устройства управления 7 соединен с первым входом аттенюатора 22.
Вход устройства управления 7 является первым входом 1Y сигналов управления режимом работы устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала.
Выход первого фильтра 8 соединен с входом первого делителя мощности 15.
Выход второго умножителя частоты 9 соединен с входом второго фильтра 10.
Выход второго фильтра 10 соединен с входом третьего умножителя частоты 3.
Выход второго амплитудного модулятора 11 соединен со вторым входом первого преобразователя частоты 17.
Выход третьего амплитудного модулятора 12 соединен с первым входом второго амплитудного модулятора 11.
Первый выход второго делителя мощности 13 соединен с первым входом третьего амплитудного модулятора 12.
Второй выход второго делителя мощности 13 соединен со вторым входом третьего преобразователя частоты 27.
Первый выход синхронизатора 14 соединен со вторым входом второго амплитудного модулятора 11.
Второй выход синхронизатора 14 соединен со вторым входом третьего амплитудного модулятора 12.
Третий выход синхронизатора 14 соединен со вторым входом первого амплитудного модулятора 16.
Четвертый выход синхронизатора 14 соединен со вторым входом пятого амплитудного модулятора 21.
Пятый выход синхронизатора 14 соединен со вторым входом четвертого амплитудного модулятора 19.
Первый выход первого делителя мощности 15 соединен с первым входом фазового детектора 23.
Второй выход первого делителя мощности 15 соединен с первым входом первого амплитудного модулятора 16.
Выход первого амплитудного модулятора 16 соединен с первым входом первого преобразователя частоты 17.
Выход первого преобразователя частоты 17 соединен с входом пятого фильтра 18.
Выход пятого фильтра 18 соединен с первым входом четвертого амплитудного модулятора 19.
Выход четвертого амплитудного модулятора 19 соединен с входом третьего делителя мощности 20.
Первый выход третьего делителя мощности 20 является вторым выходом 2U устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала.
Второй выход третьего делителя мощности 20 соединен с первым входом пятого амплитудного модулятора 21.
Выход пятого амплитудного модулятора 21 является третьим выходом 3U устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала.
Выход аттенюатора 22 соединен с входом четвертого усилителя 30.
Выход фазового детектора 23 является первым выходом 1U устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала.
Выход первого усилителя 24 соединен со вторым входом фазового детектора 23.
Выход третьего фильтра 25 соединен с входом первого усилителя 24.
Выход второго усилителя 26 соединен с входом третьего фильтра 25.
Выход третьего преобразователя частоты 27 соединен с входом второго усилителя 26.
Выход третьего усилителя 28 соединен с первым входом третьего преобразователя частоты 27.
Выход седьмого фильтра 29 соединен с входом третьего усилителя 28.
Выход четвертого усилителя 30 соединен с входом седьмого фильтра 29.
Вход аттенюатора 22 является вторым входом 2Y устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала.
Работает устройство когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала, следующим образом.
Опорный генератор 2 на трех своих выходах формирует сигнал с частотой, в нашем случае, Fоп=200 МГц. С первого выхода опорного генератора 2 сигнал с частотой Fоп поступает на второй вход второго преобразователя частоты 5. Со второго выхода опорного генератора 2 сигнал Fоп поступает на вход первого умножителя частоты 1, где умножается на коэффициент умножения равный, в нашем случае, Ку=6, до частоты Fпч=Fon×6. С третьего выхода опорного генератора 2 сигнал Fоп поступает на вход второго умножителя частоты 9, где умножается на коэффициент умножения равный, в нашем случае, Ку=10. С выхода второго умножителя частоты 9 сигнал с частотой Fоп×10, через второй полосный пропускающий фильтр 10, поступает на вход третьего умножителя частоты 3, где умножается на коэффициент умножения равный, в нашем случае, Ку=4. С выхода третьего умножителя частоты 3 сигнал с частотой (Fоп×10)×4, через четвертый полосный пропускающий фильтр 4, поступает на первый вход второго преобразователя частоты 5, на выходе которого, из сигнала Fоп, поступающем на его второй вход, и из сигала (Fоп×10)×4, на его первом входе, формируется сигнал с частотой Fгет=[(Fоп×10)×4]+Fоп. Сигнал с выхода второго преобразователя частоты 5, через шестой полосный пропускающий фильтр 6, поступает на первый вход второго делителя мощности 13, где мощность сигнала делится пополам. С первого выхода второго делителя мощности 13 сигнал Fгет последовательно поступает на первый вход третьего амплитудного модулятора 12, представляющего собой модулируемый импульсный усилитель мощности, а, с его выхода, на вход второго амплитудного модулятора 11, представляющего собой модулируемый импульсный усилитель мощности, где усиливается и модулируется по амплитуде видео импульсами, поступающими на вторые входы третьего 12 и второго 11 амплитудных модуляторов. С выхода второго амплитудного модулятора 11 радиоимпульсный сигнал Fгет поступают на второй вход первого преобразователя частоты 17. Со второго выхода второго делителя мощности 13 сигнал Fгет поступает на второй вход третьего преобразователя частоты 27. С выхода первого умножителя частоты 1 сигнал с частотой Fпч, через первый полосный пропускающий фильтр 8, поступает на вход первого делителя мощности 15, где мощность сигнала делится пополам. С первого выхода первого делителя мощности 15 сигнал с частотой Fпч поступает на первый вход фазового детектора 23. Со второго выхода первого делителя мощности 15 сигнал Fпч поступает на первый вход первого амплитудного модулятора 16, представляющего собой модулируемый импульсный усилитель мощности, где усиливается и модулируется по амплитуде модулирующими видео импульсами, поступающими на его второй вход. С выхода первого амплитудного модулятора 16 радио импульсный сигнал Fпч поступает на первый вход первого преобразователя частоты 17, в котором, из радио импульсного сигнала с несущей частотой Fпч на первом входе, и, из радио импульсного сигнала с несущей частотой Fгет на втором входе, на его выходе формируется радио импульсный СВЧ сигнал с несущей частотой Fзонд=Fпч+Fгет. С выхода первого преобразователя частоты 17 радио импульсный СВЧ сигнал Fзонд, через пятый полосный пропускающий фильтр 18, поступает на первый вход четвертого амплитудного модулятора 19, представляющего собой модулируемый импульсный усилитель мощности, где усиливается и дополнительно модулируется по амплитуде видео импульсами, поступающими на его второй вход. С выхода четвертого амплитудного модулятора 19 радио импульсный СВЧ сигнал Fзонд поступает на вход третьего делителя мощности 20, где мощность сигнала делится пополам. Первый выход третьего делителя мощности 20 является выходом 2U контрольного сигнала Fзонд устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала. Со второго выхода третьего делителя мощности 20 радио импульсный СВЧ сигнал Fзонд поступает на первый вход пятого амплитудного модулятора 21, представляющего собой модулируемый импульсный усилитель мощности, где усиливается и дополнительно модулируется по амплитуде видео импульсами, поступающими на его второй вход. Выход пятого амплитудного модулятора 21 является выходом 3U зондирующего радиоимпульсного СВЧ сигнала Fзонд устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала. Устройство управления 7 на своих первом и втором выходах формирует сигналы, управляющие работой синхронизатора 14 и аттенюатора 22. Вход устройства управления 7 является первым входом 1Y, на который поступают сигналы управления режимом работы устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала. Синхронизатор 14 на своих выходах с первого по пятый, в соответствии с сигналами управления на его входе, формирует видео импульсные сигналы, поступающие, соответственно, на вторые входы первого 16, второго 11, третьего 12, четвертого 19, пятого 21 амплитудных модуляторов. Со второго выхода устройства управления 7 на второй вход аттенюатора 22 поступают управляющие команды, устанавливающие требуемое затухание, вносимое аттенюатором 22 в радио импульсный сигнал, поступающий на его первый вход, являющийся вторым входом 2Y устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала. С выхода аттенюатора 22 радио импульсный СВЧ сигнал Fотр установленного уровня поступает на вход четвертого усилителя 30. С выхода четвертого усилителя 30 усиленный СВЧ сигнал Fотр, через фильтр зеркальной частоты 29, поступает на вход третьего усилителя 28. С выхода третьего усилителя 28 усиленный СВЧ сигнал Fотр поступает на первый вход третьего преобразователя частоты 27, в котором, из сигнала с частотой Fгет на его втором входе, и из радио импульсного СВЧ сигнал Fотр на его первом входе, формируется разностный радио импульсный сигнал F'пч=Fотр-Fгет. С выхода третьего преобразователя частоты 27, пройдя последовательно, через второй усилитель 26, через третий полосный пропускающий фильтр 25 и первый усилитель 24, усиленный по мощности и отфильтрованный после преобразования, радио импульсный сигнал F'пч поступает на второй вход фазового детектора 23. В фазовом детекторе 23, из сигнала Fпч на его первом входе и радио импульсного сигнала F'пч на его втором входе, вырабатывается разностный сигнал, поступающий на его выход, являющийся первым выходом 1U устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала.
Использование предлагаемого устройства когерентного формирования и преобразования широкополосного СВЧ сигнала в обзорных локаторных станциях позволяет формировать сверхширокополосный радио импульсный зондирующий СВЧ сигнал в сантиметровом диапазоне радиоволн и, аналогичный ему, контрольный сигнал, и преобразовывать отраженный радио импульсный СВЧ сигнал в низкочастотный сигнал, содержащий радиолокационную информацию.