УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И КОРРЕКЦИИ ЗАКОНА ПЕРЕСТРОЙКИ СВЧ-ГЕНЕРАТОРОВ
DEVICE FOR MONITORING AND CORRECTION OF LAW OF RECONFIGURATION OF MICROWAVE OSCILLATOR

Предлагаемое изобретение относится к области контроля СВЧ-генераторов радиолокационной и радиоразведывательной аппаратуры.
Выполнение заданного закона перестройки необходимо при программном выводе генератора на заданную частоту. Для этой цели в радиотехнических системах с электронной перестройкой генераторов используется дискретное (ступенчатое) или аналоговое (непрерывное) управляющее напряжение. Необходимость выполнения периодического контроля и коррекции закона перестройки вызвана разбросом соответствующих характеристик генераторных приборов, нестабильностью характеристик в условиях эксплуатации и при изменении питающих напряжений.
Анализ характеристик электровакуумных приборов типа ламп обратной волны (ЛОВ) показывает, что в диапазоне частот от 2,5 до 3,6 ГГц крутизна перестройки ЛОВ типа ОВС-3-1 может меняться от 1 МГц/В до 4 МГц/В. Крутизна характеристики ЛОВ типа ОВС-1 в диапазоне от 8,3 до 9,6 ГГц может изменяться от 2 МГц/В до 6 МГц/В. Для выполнения заданного закона перестройки частоты необходимо соответствующим образом откорректировать закон изменения управляющего напряжения, для чего необходимо знать крутизну характеристики перестройки в выбранных точках на интервале коррекции.
Известен модуляционный метод оценки крутизны перестройки в выбранных точках, заключающийся в том, что производят частотную модуляцию генератора, осуществляют спектральный анализ на СВЧ полученных в результате модуляции сигналов, вычисляют крутизну в выбранной точке, анализируют изменение крутизны от точки к точке и определяют закон перестройки.
По этому способу, частотную модуляцию осуществляют синусоидальным напряжением и анализируют спектр модулированного сигнала. Так при модуляции синусоидальным напряжением с индексом γ=2,4 спектральная составляющая на несущей частоте уменьшается до нуля. Заметив значение модулирующего напряжения и решая уравнение, связывающее индекс модуляции, уровень модулирующего напряжения и крутизну характеристики, определяют фактическое значение крутизны в данной точке.
Высокая точность оценки крутизны определяется в значительной степени точностью и разрешающей способностью анализатора спектра. Используемые для этой цели анализаторы спектра последовательного типа обеспечивают необходимую высокую точность измерения и выполняют анализ на несущей частоте сигнала. Поэтому этот способ выбран в качестве прототипа. Указанный способ обеспечивает высокую точность, однако его применение для автоматического контроля и коррекции закона перестройки затруднено в связи с необходимостью выполнения большого числа ручных операций для настройки анализатора спектра и трудностями автоматической оценки взаимного уровня спектральных составляющих.
Целью предлагаемого изобретения является расширение возможностей модуляционного метода для применения в системах автоматического контроля и коррекции при сохранении его положительных качеств, в частности, высокой точности.
В соответствии с предлагаемым способом указанная цель достигается следующим образом:
модулированные сигналы СВЧ-генератора преобразуют в реализации нормального случайного процесса при помощи обеляющего вобулированного СВЧ фильтра. Производят корреляционный анализ огибающих преобразованных сигналов путем оценки ширины корреляционной функции огибающих каждой реализации на заданном уровне (интервал корреляции) и выполняют статистическую обработку оценок по ансамблю реализаций, сформированных при вобуляции фильтра, а полученный результат используют для автоматического контроля закона перестройки и коррекции управляющего напряжения СВЧ генератора на участке анализа. Корреляционный анализ при практической реализации может быть заменен эквивалентным ему спектральным анализом.
Применение предлагаемого способа позволяет выполнить быстродействующий автоматический контроль и коррекцию заданного закона перестройки при использовании как аналогового, так и дискретного (ступенчатого) управляющего напряжения.
Результаты экспериментальной проверки варианта устройства по предлагаемому способу подтвердили положительный эффект способа.
В реализованном для проверки предлагаемого способа макете в качестве обеляющего СВЧ-фильтра был использован неперестраиваемый эхорезонатор с вобуляцией. В качестве СВЧ-генератора использовалась ЛОВ типа OBC-1. Коррекция проводилась в диапазоне от 8,3 до 9,6 ГГц. В качестве модулирующего напряжения использовалось ступенчато изменяющееся напряжение, вырабатываемое 7-разрядным счетчиком и цифроаналоговым преобразователем. Это же напряжение использовалось и для перестройки СВЧ-генератора во всем рабочем диапазоне. Для измерения интервала корреляции был использован знаковый коррелометр. Результаты оценки усреднялись за два периода вобуляции фильтра. Точность оценки нелинейности закона перестройки после коррекции на интервале измерения порядка 10-20 МГц была не менее 5%.
Материалы заявки были рассмотрены на заседании НТС. Заключение о полезности прилагается.
Детальное описание
По предлагаемому способу производят модуляцию частоты сигналов контролируемого генератора ступенчато изменяющимся напряжением, а затем преобразуют модулированный сигнал в реализации нормального случайного процесса при помощи обеляющего СВЧ-фильтра с вобуляцией. Корреляционный анализ и обработку полученных реализаций ведут не на несущей частоте, а на видеочастоте, обрабатывая огибающие полученных реализаций. Для уменьшения дисперсии оценки производят статистическую обработку результатов для каждой реализации, а полученное напряжение используют для контроля крутизны и коррекции управляющего напряжения.
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, схема которого представлена на рис. 1. Ниже приводится описание такого устройства с широким использованием элементов и узлов цифровой техники как для формирования управляющего напряжения, так и для выполнения вычислительных операций.
Это устройство содержит СВЧ генератор с перестройкой по частоте 1, который через ответвитель 2 подключен к обеляющему фильтру 3, соединенному с вобулятором 4 и датчиком периода вобуляции 5. Выход обеляющего фильтра 3 соединен со входом детектора 6, выход которого подключен ко входу цифрового корреляционного процессора 7, соединенного с одним из входов схемы сравнения 8, на другой вход которой подается код порога. Выход схемы сравнения подключен к одному из входов цифрового интегратора 9, другой вход которого соединен с датчиком периода вобуляции 5. Выход интегратора 9 соединен со входом корректора 10, подключенного своим выходом ко входу схемы управления перестройкой 11. Выход последней соединен с входом СВЧ-генератора 1.
Взаимодействие функциональных узлов приведенной блок-схемы в режиме автоматического контроля происходит следующим образом:
для контроля и коррекции закона перестройки СВЧ-генератор 1 модулируют по частоте изменяющимся напряжением (таком). Это напряжение вырабатывается в схеме управления перестройкой 11 при помощи счетчика, младшие разряды которого периодически обнуляются, что дает возможность вырабатывать модулирующее ступенчато изменяющееся напряжение с фиксированным размахом относительно любой опорной ступеньки управляющего напряжения. Амплитуда модулирующего напряжения определяется числом управляющих импульсов, формирующих ступенчато возрастающее напряжение и приращением напряжения на каждой ступеньке. Модулированные по частоте сигналы СВЧ-генератора 1 подают на обеляющий фильтр 3, который выполняет преобразование частотно-модулированных колебаний в реализации нормального случайного процесса, а периодическое воздействие вобулятора 4 позволяет получить представительный ансамбль реализаций процесса для повышения точности измерения путем усреднения результатов анализа за m периодов вобуляции.
3
В качестве фильтра целесообразно использовать многорезонансный объемный фильтр, разработанный авторами. Фильтр в диапазоне 2-3 см имеет объем порядка 40000 см и нагруженную добротность порядка 100000.
Далее выполняют корреляционный анализ продетектированных детектором 6 реализаций с целью определения ширины корреляционной функции на выбранном уровне (интервал корреляции).
Такая обработка может выполняться как во временной, так и в частотной плоскости. В устройстве по предлагаемому способу использовались временные методы. Для этого огибающие реализации процесса дифференцировались, преобразовывались в знакопеременные последовательности и подавались на вход цифрового корреляционного процессора. Вычисленная процессором оценка ширины корреляционной функции одной реализации имеет большую дисперсию ошибки. Для повышения точности оценки использовалось усреднение результатов вычислений по n-реализациям (за m периодов вобуляции). Значение ширины корреляционной функции при помощи схемы сравнения 8 сравнивается с порогом, величина которого задана или определена по результатам априорных измерений.
Сравнение может производиться как в цифровом, так и в аналоговом виде в зависимости от формы задания порога. В первом случае схему сравнения выполняют в виде цифрового анализатора кода (например, реверсивного сумматора). Во втором случае, когда значение порога задано в аналоговом виде, схему сравнения целесообразно выполнить в виде дифференциального каскада. При этом код интервала корреляции преобразуется в соответствующую аналоговую величину при помощи цифроаналогового преобразователя.
После сравнения с порогом значение ошибки поступает на цифровой интегратор 9, производящий усреднение ошибки за m периодов вобуляции. Усредненная ошибка попадает в цифровой корректор 10, где записывается в запоминающее устройство в соответствии с адресом, определенным схемой управления перестройкой 11. В рабочем режиме, когда СВЧ-генератор 1 модулируется по частоте ступенчато изменяющимся напряжением, требуемый закон перестройки обеспечивается автоматической коррекцией управляющего напряжения путем введения необходимой поправки на каждой ступеньке.