РЕЗОНАНСНЫЙ ИНТЕГРАТОР СО СБРОСОМ

Изобретение относится к радиоприемной технике корреляционно-фильтровой обработки импульсно-доплеровских сигналов для их когерентного интегрирования (накопления) на промежуточных частотах, сохранения накопленной величины до момента использования и быстрого сброса накопленных колебаний для восстановления работоспособности интегратора, и может быть применено в радиолокационных системах в каналах обзора и сопровождения сигналов, а также в панорамных приемниках и в измерительной технике для корреляционного и спектрального анализа.
Известен интегратор промежуточной частоты, содержащий частотно-избирательную цепь, соединенную через фазорасщепитель и ключ со входом устройства и через эмиттерный повторитель и буферный каскад с выходом устройства, усилитель, фазовращатель, формирователь и второй ключ, при этом частотно-избирательная цепь выполнена в виде емкостного моста, в одно плечо которого включен кварцевый резонатор, а в выходную диагональ - индуктивность; выход эмиттерного повторителя через последовательно соединенные усилитель, фазовращатель и второй ключ подключен ко входу фазорасщепителя; управляющий вход второго ключа соединен с одним из выходов формирователя, второй выход которого подключен к управляющему входу первого ключа [SU №359668, 1972, G 06 G 7/18]. Данное устройство по своей сущности является резонансным интегратором со сбросом, обладающим достаточной стабильностью и помехоустойчивостью.
Причины, препятствующие достижению указанного ниже технического результата при использовании известного резонансного интегратора со сбросом, заключаются в следующем. За счет конечной добротности частотно-избирательной цепи и проникновения части колебаний отрицательной обратной связи при накоплении и памяти интегратора вследствие большого и постоянного усиления в цепи отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно включенных усилителя, фазовращателя и второго ключа, дополнительно снижается добротность частотно-избирательной цепи, что приводит к неидеальности интегрирования. Кроме того, частотно-избирательная цепь требует наличия отдельного фазорасщепителя, а в цепи отрицательной обратной связи - отдельного фазовращателя, что усложняет устройство в целом.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задачей изобретения является повышение идеальности интегрирования и упрощение частотно-избирательной цепи резонансного интегратора со сбросом.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный резонансный интегратор со сбросом, содержащий первый ключ, первый вход которого является входом устройства, второй ключ, частотно-избирательную цепь, усилитель, буферный каскад,
выход которого является выходом устройства, согласно изобретению введены резонансный усилитель и усилитель-аттенюатор; частотно-избирательная цепь выполнена в виде дифференциально-мостовой схемы с автотрансформатором, в одно плечо которой в виде первой индуктивности автотрансформатора включен кварцевый резонатор, в другое плечо в виде второй индуктивности автотрансформатора включена емкость, компенсирующая емкость кварцедержателя, а в диагональ, соединяющую первую обкладку кварцевого резонатора со средней точкой автотрансформатора, включена емкость, резонирующая с первой индуктивностью автотрансформатора; усилитель выполнен в виде коммутируемого усилителя, а первый и второй ключи - в виде электронных ключей; при этом первый электронный ключ, частотно-избирательная цепь, резонансный усилитель и буферный каскад включены последовательно; выход резонансного усилителя также соединен с входом усилителя-аттенюатора, выход которого соединен с первым входом первого электронного ключа; к выходу буферного каскада подключены последовательно соединенные коммутируемый усилитель и второй электронный ключ, вторые (управляющие) входы которых и первого электронного ключа объединены и подключены к выходу источника импульсов стробирования, а выход второго электронного ключа соединен с выходом первого электронного ключа.
При прямом включении частотно-избирательной цепи ее входом, подключенным к объединенному выходу первого и второго электронных ключей, является общая точка соединения первых обкладок кварцевого резонатора, компенсирующей и резонирующей емкостей, а выходом, подключенным к входу резонансного усилителя, - общая точка соединения второй обкладки кварцевого резонатора с началом первой индуктивности автотрансформатора.
При инверсном включении частотно-избирательной цепи ее входом, подключенным к объединенному выходу первого и второго электронных ключей, является общая точка соединения второй обкладки кварцевого резонатора с началом первой индуктивности автотрансформатора, а выходом, подключенным к входу резонансного усилителя, -общая точка соединения первых обкладок кварцевого резонатора, компенсирующей и резонирующей емкостей.
Заявленная структура резонансного интегратора со сбросом позволяет получить линейное (идеальное) интегрирование входного сигнала вместо экспоненциального и отсутствие затухания колебаний на интервале памяти за счет включения только на этих интервалах положительной обратной связи, компенсирующей собственное и вносимое затухания частотно-избирательной цепи. Кроме того, существенно снижается эффект отрицательной обратной связи за счет запирания коммутируемого усилителя этой цепи (помимо запирания второго электронного ключа) на интервалах интегрирования и памяти. Упрощается
частотно-избирательная цепь, не требующая отдельного фазорасщепителя, и достигается универсальность цепи, позволяющая ее инверсное включение в схему резонансного интегратора со сбросом.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - функциональная схема резонансного интегратора со сбросом; фиг.2, фиг.3 - осциллограммы, поясняющие работу устройства.
Резонансный интегратор со сбросом (фиг.1) содержит последовательно включенные первый электронный ключ 1, первый вход которого является входом устройства, частотно-избирательную цепь 3, резонансный усилитель 4 и буферный каскад 5, выход которого является выходом устройства. Устройство содержит также цепь положительной обратной связи в виде усилителя-аттенюатора 6, вход которого соединен с выходом резонансного усилителя 4, а выход - с первым входом первого электронного ключа 1, и цепь отрицательной обратной связи в виде последовательно включенных коммутируемого усилителя 7 и второго электронного ключа 2. При этом первый вход коммутируемого усилителя 7 соединен с выходом буферного каскада 5, а второй (управляющий) вход - с выходом источника импульсов стробирования «ИС», с которым также соединены вторые (управляющие) входы первого 1 и второго 2 электронных ключей. Выход второго электронного ключа 2 соединен с выходом первого электронного ключа 1 и, соответственно, с входом частотно-избирательной цепи 3. При отсутствии импульса стробирования первый электронный ключ 1 открыт, а второй электронный ключ 2 и коммутируемый усилитель 7 заперты, а при наличии импульса стробирования - наоборот.
К
К
Д
Д
Д
К
Частотно-избирательная цепь 3 содержит дифференциально-мостовую схему с автотрансформатором, в одно плечо которой в виде первой индуктивности L1 автотрансформатора включен кварцевый резонатор КР, в другое плечо в виде второй индуктивности L2 автотрансформатора включена компенсирующая емкость кварцедержателя С, а в диагональ схемы - резонирующая емкость С1. При этом вторая обкладка резонирующей емкости С1 соединена с точкой соединения конца первой индуктивности L1 автотрансформатора и начала второй индуктивности L2 автотрансформатора, а вторая обкладка компенсирующей емкости кварцедержателя С соединена с концом второй индуктивности L2 автотрансформатора. Эквивалентная схема кварцевого резонатора КР содержит две параллельные ветви, одна из которых состоит из статической емкости Со электродов кварца, а другая - из последовательного соединения динамической емкости С, динамической индуктивности L и динамического сопротивления R кварца. При прямом включении частотно-избирательной цепи 3 ее входом, подключенным с объединенному выходу первого 1 и второго 2 электронных ключей, является общая точка соединения первых обкладок кварцевого резонатора КР, резонирующей емкости С1 и компенсирующей емкости С,
К
а выходом, подключенным к входу резонансного усилителя 4, - общая точка соединения второй обкладки кварцевого резонатора КР с началом первой индуктивности L1 автотрансформатора. При инверсном включении частотно-избирательной цепи 3 ее входом, соответственно, является общая точка соединения второй обкладки кварцевого резонатора КР с началом первой индуктивности L1 автотрансформатора, а выходом - общая точка соединения первых обкладок кварцевого резонатора КР, резонирующей емкости С1 и компенсирующей емкости С.
Резонансный интегратор со сбросом работает следующим образом.
ПЧ
П
П
На первый вход первого электронного ключа 1 поступает входной сигнал в виде одиночного радиоимпульса (фиг.2а) или пачки когерентных радиоимпульсов промежуточной частоты f длительностью Т. Одновременно с этим на вторые (управляющие) входы первого 1 и второго 2 электронных ключей и коммутируемого усилителя 7 подается нижний уровень импульса стробирования «ИС» (фиг.26) длительностью Т+Т, где Т - длительность памяти резонансного интегратора со сбросом. В этом случае первый электронный ключ 1 отпирается, а второй электронный ключ 2 и коммутируемый усилитель 7 запираются, поэтому цепь прямой передачи сигнала и цепь положительной обратной связи оказываются замкнутыми, а цепь отрицательной обратной связи - разомкнутой. Коэффициент усиления в замкнутой цепи положительной обратной связи подбирается близким к 1, при этом усиление усилителя-аттенюатора б может быть меньше 1 и он выполняет роль буферного каскада, если резонансный усилитель 4 имеет достаточное усиление.
ПЧ
0
Д
Д
ПЧ
0
1
1/2
При прямом включении частотно-избирательной цепи 3, если частота входного сигнала f совпадает с резонансной частотой кварцевого резонатора КР f=1/(LС)=f, на выходе частотно-избирательной цепи 3 выделяются линейно нарастающие колебания за счет высокой добротности кварца и дополнительной подкачки по цепи положительной обратной связи, компенсирующей собственные и вносимые потери в схему включения КР, и накапливаемый сигнал на частоте f, снимаемый с первой индуктивности L автотрансформатора дифференциально-мостовой схемы, через резонансный усилитель 4 и буферный каскад 5 проходит на выход резонансного интегратора со сбросом (фиг.2в, осциллограмма 1). При инверсном включении частотно-избирательной цепи 3 этот сигнал снимается с резонирующей емкости С1. Для примера на фиг.2в (осциллограмма 2) показаны экспоненциально нарастающие колебания, которые выделяются на выходе частотно-избирательной цепи 3 при отсутствии положительной обратной связи, при этом неидеальность интегрирования очевидна.
К
Дифференциально-мостовая схема частотно-избирательной цепи 3 обеспечивает компенсацию прямого прохождения сигнала через статическую емкость кварца Со за счет подбора величины компенсирующей емкости С кварцедержателя; минимальное влияние
Д
Д
0
на добротность кварцевого резонатора КР выходных сопротивлений первого 1 и второго 2 электронных ключей и входного сопротивления резонансного усилителя 4 за счет неполного включения кварцевого резонатора КР с коэффициентами включения С/С1≪1 и L1/L≪1; минимальное влияние на частоту настройки кварцевого резонатора КР за счет настройки емкости С1 и первой индуктивности L1 автотрансформатора на частоту f. Отсутствие резонирующей емкости С1 привело бы к ухудшению добротности схемы 3 и, соответственно, - к более нелинейному экспоненциальному интегрированию входного сигнала и потере сигнала за время памяти. На фиг.3 показаны осциллограммы работы резонансного интегратора со сбросом при наличии положительной обратной связи (осциллограмма 1 - линейное интегрирование) и при ее отсутствии (осциллограмма 2 - экспоненциальное интегрирование при наличии резонирующей емкости С1, осциллограмма 3 -экспоненциальное интегрирование при отсутствии резонирующей емкости С1), из которых видно, что необходимость емкости С1 очевидна.
П
П
СБР
СБР
СБР
По окончании времени Т входной сигнал прекращается, колебания на выходе устройства достигают максимального значения и за счет высокой добротности кварца и положительной обратной связи сохраняются постоянными на всем протяжении времени памяти Т, необходимого для дальнейшего использования накопленного сигнала (например, для последовательного опроса интеграторов в многоканальных системах). Затем по окончании времени Т+Т нижний уровень импульса стробирования ИС переходит в верхний (фиг.26), первый электронный ключ 1 запирается, а второй электронный ключ 2 и коммутируемый усилитель 7 отпираются, вследствие чего цепь прямой передачи сигнала и цепь положительной обратной связи размыкаются, а цепь отрицательной обратной связи замыкается. При этом сохранившиеся колебания с выхода частотно-избирательной цепи 3 через резонансный усилитель 4, буферный каскад 5, коммутируемый усилитель 7 и второй электронный ключ 2 в противофазе поступают на ее вход, что приводит к резкому уменьшению добротности кварца и тем самым - к быстрому затуханию колебаний на интервале сброса Т (фиг.2в). Длительность интервала сброса Т тем меньше, чем больше коэффициент усиления в цепи отрицательной обратной связи, определяемый в основном коммутируемым усилителем 7, и лучше фазировка в этой цепи, подбираемая подстройкой резонансного усилителя 4. Запирание коммутируемого усилителя 7 предотвращает проникновение через второй электронный ключ 2 (с практически ограниченным подавлением в запертом состоянии) противофазных колебаний в частотно-избирательную цепь 3 на интервалах интегрирования и памяти и тем самым позволяет увеличить усиление коммутируемого усилителя 7 на интервале сброса для достижения минимального времени сброса Т.