СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО КОМПОЗИТНОГО РАДИОСИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF BROADBAND COMPOSITE RADIO SIGNAL GENERATING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к устройствам и способам формирования периодического широкополосного композитного радиосигнала, и может использоваться при конструировании приемопередающих устройств.
Генераторы периодических сигналов используются в телекоммуникационных системах, поскольку в большинстве случаев применяются модуляция или манипуляция исходных периодических сигналов.
В качестве аналога способа рассмотрен патент RU 2307451 C1, опубликованный 27.09.2007 [1], в котором способ получения хаотического сигнала с постоянной амплитудой состоит из следующих операций: генерирование совокупности сигналов треугольной формы с симметричными передними и задними фронтами, суммируют эту совокупность сигналов в единый композитный сигнал, состоящий из участков с линейным изменением напряжения, затем устанавливают требуемую амплитуду композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения, устанавливают среднее значение частоты композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения, с помощью полученного композитного сигнала осуществляют хаотическое изменение частоты синусоидального генератора управляемого напряжением.
В качестве аналога устройства рассмотрен патент RU 2307451 C1, опубликованный 27.09.2007 [1], в котором массив генераторов сигнала треугольной формы образован из n индивидуальных генераторов сигнала треугольной формы, где n больше единицы. Выходы каждого генератора сигнала треугольной формы соединены с входами сумматора сигналов, выход которого соединен с входом регулятора амплитуды суммарного сигнала обеспечивающего возможность управления шириной спектра, выход регулятора амплитуды суммарного сигнала соединен с входом регулятора среднего значения сигнала, обеспечивающего возможность управления центральной частотой, выход регулятора среднего значения сигнала соединен с входом синусоидального генератора, управляемого напряжением, на выходе которого и получают желаемый хаотический сигнал с постоянной амплитудой.
В качестве генераторов исходного сигнала могут быть использованы генераторы любых периодических сигналов (в частности, гармонических).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция устройства генерации хаотического сигнала, описанного в патенте RU 2298281 C1, опубликованном 27.04.2007 [2]. Данная конструкция выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.
Характеристика прототипа способа, описанного в патенте RU 2298281 C1, опубликованном 27.04.2007 [2], заключается в том, что синусоидальные генераторы включают и выключают с помощью бинарного сигнала. Выходные сигналы синусоидальных генераторов объединяют с помощью сумматора, на выходе получают хаотический сигнал.
Характеристика прототипа устройства описанного в патенте RU 2298281 C1, опубликованном 27.04.2007 [2], заключается в том, что устройство содержит массив независимых генераторов импульсов, массив независимых синусоидальных генераторов, массив логических элементов ИЛИ с числом входов, равным числу генераторов импульсов, причем число логических элементов равно числу синусоидальных генераторов, сумматор выходных синусоидальных сигналов.
Недостатками данных способа и устройства являются:
- параметры генерируемого каждым из импульсных генераторов сигнала влияют на ширину спектра сигнала и мощность сигнала вырабатываемого устройством;
- применение только синусоидальных генераторов;
- применение генераторов импульсов с разной скважностью.
Решаемая техническая задача (технический результат) предлагаемых способа формирования широкополосного композитного радиосигнала и устройства для его осуществления заключается в обеспечении независимости ширины спектра от последовательности хаотических импульсов и отсутствии импульсных генераторов, возможность применения генераторов любых периодических сигналов с симметричными фронтами решается применением некогерентных генераторов периодических сигналов различной формы с симметричными фронтами, сумматора сигналов, специальных вычислителей с заданным алгоритмом работы каждого из них.
Технический результат в способе формирования широкополосного композитного радиосигнала включающего формирование широкополосного сигнала из нескольких периодических сигналов заданной формы, достигается тем, что исходные периодические сигналы генерируют с известным начальным временным сдвигом, затем посредством вычислителей изменяют форму периодических сигналов, возводя исходные сигналы в заданные степени, затем сигналы усиливают в соответствии с их формой, далее из них формируют широкополосный сигнал, суммируя усиленные периодические сигналы, затем изменяют форму широкополосного сигнала, возводя широкополосный сигнал в заданную степень посредством результирующего вычислителя, и далее данный сигнал окончательно усиливают.
Технический результат в устройстве формирования широкополосного композитного радиосигнала, содержащем n∈N независимых генераторов исходных периодических сигналов, сумматор, достигается тем, что устройство дополнительно содержит n блоков установки начального временного сдвига исходных периодических сигналов, выходы которых соединены с входами независимых генераторов периодических сигналов соответственно, выходы которых, соответственно, соединены с входами вычислителей, изменяющих формы исходных периодических сигналов и возводящих их в заданные степени, выходы которых соединены со входами усилителей соответственно, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с входом результирующего вычислителя, изменяющего форму широкополосного сигнала и возводящего его в заданную степень, выход которого соединен с входом результирующего усилителя, а его выход является выходом устройства.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства формирования широкополосного композитного радиосигнала для реализации предлагаемого способа.
На фиг. 2 приведен алгоритм работы вычислителей изменяющих форму исходных периодических сигналов и результирующего вычислителя изменяющего форму исходного периодического сигнала.
На фиг. 3 приведены осциллограммы исходных сигналов и получаемого композитного сигнала.
На фиг. 4 приведен спектр полученного композитного сигнала.
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства формирования широкополосного композитного радиосигнала, где 1…1 - блоки установки начального временного сдвига исходных периодических сигналов, выходы которых соответственно соединены со входами независимых генераторов 2…2 периодических сигналов произвольной формы, выходы которых соответственно соединены со входами вычислителей, изменяющих форму исходных периодических сигналов 3…3, которые имеют различные исходные параметры степеней γ…γ, выходы которых соответственно соединены со входами усилителей 4…4, которые имеют коэффициенты усиления U…U, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора 5, выход которого соединен со входом результирующего вычислителя, изменяющего форму исходного периодического сигнала 6, работающего по тому же алгоритму, что и остальные вычислители, изменяющие формы исходных периодических сигналов 3…3, выход которого соединен со входом результирующего усилителя 7, а его выход является выходом устройства. Перечисленные выше блоки имеют стандартные, опубликованные в литературе схемы и имеют соответствующие системы электропитания.
1
n
На фиг. 2 представлен алгоритм работы блоков вычислителей, изменяющих форму исходных периодических сигналов 3…3, и блока результирующего вычислителя, изменяющего форму исходного периодического сигнала 6, в которых исходный аналоговый сигнал предварительно дискретизируют, а затем над его отсчетами производят операцию взятия степени по заданному алгоритму, затем полученную выборку пропускают через цифроаналоговый преобразователь.
На фиг. 3 приведены осциллограммы исходных сигналов и получаемого композитного сигнала. Из графиков видно, что исходные сигналы могут быть не синусоидальными, суммированием исходных сигналов добиваемся необходимой формы композитного сигнала.
На фиг. 4 проиллюстрирована спектральная плотность мощности получившегося периодического композитного радиоимпульса длительностью 1 мкс с наименьшей частотой исходных периодических колебаний 100 МГц, эффективная ширина спектра полученного радиоимпульса составляет 1.1 ГГц.
1
n
1
2
1
n
1
n
1
2
1
n
1
2
р
p
0
0
0
0
Рассмотрим осуществление способа формирования широкополосного композитного радиосигнала и работу устройства для его осуществления. Все блоки устройства подключаются к сети электропитания, далее вносятся значения начальных временных сдвигов исходных периодических сигналов в блоки установки начального временного сдвига исходных периодических сигналов 1…1 (в примере n=2, τ=0.47 нс - значение начального временного сдвига первого периодического сигнала, τ=4.2 нс - значение начального временного сдвига второго периодического сигнала), далее сигналы генерируются со своим значением задержки независимыми генераторами периодических сигналов 2…2, формирование сигнала заключается в изменении вычислителями, изменяющими форму исходных периодических сигналов 3…3 (в которых параметры степеней γ=7, γ=200), формы исходных периодических сигналов последующим усилением, усилителями 4…4 получившихся сигналов со своими коэффициентами усиления (U=1, U=2), суммированием получившихся сигналов сумматором 5 и изменением его формы посредством результирующего вычислителя, изменяющего форму исходного периодического сигнала 6 (для которого параметр степени γ=1), и дальнейшим усилением получившегося сигнала результирующим усилителем 7 (у которого коэффициент усиления U=1), после усиления получается требуемый композитный сигнал с эффективной шириной энергетического спектра 11f=1.1 ГГц, где f=1/Т=100 МГц, Т - период исходных периодических сигналов, для всех сигналов одинаковый.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ формирования широкополосного композитного радиосигнала и устройство для его осуществления позволяет формировать широкополосные периодические радиосигналы без применения генераторов импульсов, также возможно применение генераторов любых (не только синусоидальных) периодических сигналов, таким образом получаем независимость ширины спектра композитного сигнала от влияния последовательности хаотических импульсов от генераторов хаотических импульсов, которые имеются в прототипе.