ПЕРЕДАТЧИК СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ

Предполагаемая полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использована в качестве эталонного генератора сложных радиосигналов для проверки устройств анализа параметров сложных сигналов в широкополосных системах связи, пеленгации и пассивной радиолокации.
Известно устройство для преобразования одиночного электрического импульса в последовательность фазоманипулированных радиоимпульсов (А. с. СССР №337930, М. Кл. Н 03 k 11/00, опуб. БИ №15, 1972) в состав которого входят рециркулятор со сдвигом частоты, состоящий из включенных в кольцо линии задержки, частотосдвигающего преобразователя, усилителя и сумматора, к которому также подсоединены входные зажимы системы, соединенный через набор канальных частотных полосовых фильтров число которых равно числу дискрет обрабатываемой последовательности, с первыми входами соответствующих канальных преобразователей частоты, каждый из которых через собственный фазовращатель соединяется с выходным сумматором, а фильтр первого частотного канала соединен с выходным сумматором непосредственно, при этом выход сумматора является выходом всей системы, а на вторые входы частотосдвигающего преобразователя и канальных преобразователей частоты с блока гармоник, имеющего число выходов, равное числу канальных преобразователей частоты, поступает гетеродинирующий сигнал.
Известен также частотный модулятор (Пат. РФ №2012150, М. Кл. Н 04 L 27/12, опуб. 30.04.1994), включающий в своем составе формирователь сигналов, выходы которого через первый и второй фильтры нижних частот соединены соответственно с первым и вторым перемножителями, при этом на второй вход первого перемножителя сигнал с генератора поступает через фазовращатель, а на второй вход второго перемножителя непосредственно, выходы первого и второго перемножителей соединены соответственно с первым и вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства.
Основным недостатком первого и второго аналога является то, что оба эти устройства одноканальные, а при такой структуре очень сложно построить их многооктавными, так как многие СВЧ - устройства - смесители, усилители, сумматоры не работают в сверхширокой полосе частот.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство-прототип: двухтактный частотный модулятор с двойным преобразованием частоты (Соколинский В.Г., Шейнкман В.Г. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы.
М.: Радио и связь, 1983 - 192 с. на стр.74). Устройство-прототип содержит первый и второй генераторы частотно-модулированных сигналов, первый и второй смесители, первый и второй фильтры, первый гетеродин, причем первый генератор частотно - модулированных сигналов и первый гетеродин соединены со входами первого смесителя, выход первого смесителя через последовательно соединенные первый фильтр, второй смеситель и второй фильтр соединен с выходом устройства, а гетеродинный вход второго смесителя соединен с выходом второго генератора частотно-модулированных сигналов.
Признаками, общими с заявляемой полезной моделью, являются: первый и второй генераторы частотно-модулированных сигналов, первый и второй смесители, первый и второй фильтры и первый гетеродин.
Недостатком является наличие только одного канала, а при такой структуре построения очень сложно построить его многооктавным, так как многие СВЧ - устройства - смесители, усилители, сумматоры не работают в сверхширокой полосе частот. Последняя особенность является принципиальной, поскольку она положена в основу улучшения характеристик прототипа.
Задачей, на решение которой направленно предполагаемая полезная модель, является расширение диапазона рабочих частот при формировании сложных сигналов.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предполагаемой полезной модели, заключается в формировании сложных сигналов в широком диапазоне частот.
Технический результат достигается тем, что в двухтактный частотный модулятор с двойным преобразованием частоты, содержащий первый и второй генераторы частотно-модулированных сигналов, первый и второй смесители, первый и второй фильтры, первый гетеродин, причем первый генератор частотно-модулированных сигналов и первый гетеродин соединены со входами первого смесителя, выход которого через первый фильтр с первым входом второго смесителя, соединенного выходом со входом второго фильтра, а вторым гетеродинным входом-с выходом второго генератора частотно-модулированных сигналов, введены фильтры с третьего по двенадцатый, третий и четвертый смесители, второй, третий и четвертый гетеродины, а также 11 усилителей, 11 антенн и блок управления, при этом выход первого смесителя через третий фильтр и первый усилитель соединен с первой антенной, выход первого смесителя через четвертый фильтр и второй усилитель соединен со второй антенной, выход первого смесителя через пятый фильтр и третий усилитель соединен с третьей антенной, выход второго смесителя через шестой фильтр и четвертый усилитель соединен с четвертой антенной, выход второго смесителя через седьмой фильтр и пятый усилитель соединен с пятой антенной, выход второго смесителя через восьмой фильтр и седьмой усилитель соединен с седьмой антенной, выход второго
смесителя через второй фильтр и шестой усилитель соединен с шестой антенной, второй фильтр через третий смеситель, девятый фильтр и восьмой усилитель соединен с восьмой антенной, выход третьего смесителя через десятый фильтр и девятый усилитель соединен с девятой антенной, выход третьего смесителя через одиннадцатый фильтр и десятый усилитель соединен с десятой антенной, выход восьмого фильтра через четвертый смеситель, двенадцатый фильтр и одиннадцатый усилитель соединен с одиннадцатой антенной, опорный вход второго смесителя соединен со вторым гетеродином, опорный вход третьего смесителя соединен с третьим гетеродином, опорный вход четвертого смесителя соединен с четвертым гетеродином, выходы блока управления соединены со всеми гетеродинами, со всеми усилителями и с первым и вторым генераторами частотно-модулированных сигналов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлена структурная схема заявляемого передатчика сложных сигналов;
гчмс1
гчмс2
c вх1,
c вх2
c вх3
гет1,
гет2,
гет3,
гет4
- на фиг.2 изображено какие частоты и каким образом получаются на выходе устройства из частот первого f и второго Г генераторов частотно-модулированных сигналов, промежуточных сигналов f f и f а также частот четырех гетеродинов f f f f
- на фиг.3 представлен пример выполнения блока управления. Предлагаемый передатчик сложных сигналов (Фиг.1) содержит первый генератор 1 частотно-модулированных сигналов, первый смеситель 2, первый гетеродин 3, третий фильтр 4, четвертый фильтр 5, первый фильтр 6, пятый фильтр 7, третий усилитель 8, третью антенну 9, первый усилитель 10, первую антенну 11, второй усилитель 12, вторую антенну 13, второй генератор 14 частотно-модулированных сигналов, второй смеситель 15, второй гетеродин 16, двенадцатый фильтр 17, одиннадцатый усилитель 18, одиннадцатую антенну 19, шестой фильтр 20, седьмой фильтр 21, второй фильтр 22, восьмой фильтр 23, четвертый смеситель 24, четвертый гетеродин 25, четвертый усилитель 26, четвертую антенну 27, пятый усилитель 28, пятую антенну 29, шестой усилитель 30, шестую антенну 31, третий смеситель 32, третий гетеродин 33, седьмой усилитель 34, седьмую антенну 35, девятую антенну 36, девятый усилитель 37, восьмую антенну 38, восьмой усилитель 39, девятый фильтр 40, десятый фильтр 41, одиннадцатый фильтр 42, десятый усилитель 43, десятую антенну 44, блок управления 45.
Первый генератор частотно-модулированных сигналов 1 и первый гетеродин 3 соединены со входами первого смесителя 2, выход которого через первый фильтр 6 с первым входом второго смесителя 15, соединенного выходом со входом второго фильтра 22,
а вторым гетеродинным входом - с выходом второго генератора частотно-модулированных сигналов 14, выход первого смесителя 2 соединен соответственно через третий фильтр 4 и первый усилитель 10 с первой антенной 11, через четвертый фильтр 5 и второй усилитель 12 со второй антенной 13, через пятый фильтр 7 и третий усилитель 8 с третьей антенной 9, выход второго смесителя 15 соединен соответственно через шестой фильтр 20 и четвертый усилитель 26 с четвертой антенной 27 через седьмой фильтр 27 и пятый усилитель 28 с пятой антенной 29, через восьмой фильтр 23 с объединенным входом седьмого усилителя 34 и первым входом четвертого смесителя 24 и седьмой усилитель 34 с седьмой антенной 35, выход второго фильтра 22 соединен соответственно через шестой усилитель 30 с шестой антенной 31, а также с первым входом третьего смесителя 32, выход которого соединен соответственно через девятый фильтр 40 и восьмой усилитель 39 с восьмой антенной 38, через десятый фильтр 41 и девятый усилитель 37 с девятой антенной 36, через одиннадцатый фильтр 42 и десятый усилитель 43 с десятой антенной 44, выход четвертого гетеродина 25 соединен со вторым входом четвертого смесителя 24, выход которого через двенадцатый фильтр 17 и одиннадцатый усилитель 18 соединен с одиннадцатой антенной 19, третий гетеродин подключен ко второму опорному входу третьего смесителя, выход второго гетеродина подключен к опорному входу второго смесителя.
На фиг.2 изображены значения частот генераторов частотно-модулированных сигналов и гетеродинов, а также формулы работы устройств (смесителей), осуществляющих соответствующий перенос частот в необходимые для излучения диапазоны частот, задаваемые с помощью устройства управления в соответствии с требованиями заказчика предлагаемого устройства.
Пример блока управления на фиг.3 содержит: мультиплексор 46, дешифратор двоичного кода 47, запоминающее устройство 48, инверторы с повышенной нагрузочной способностью 49, 50, 51, реле 52-62 с нормально разомкнутыми контактами (на фиг.3 не показаны), четырехгалетный переключатель на 12 положений S4 "Частота", канал связи с ПЭВМ для автоматического задания кода частоты от ПЭВМ, тумблера включения передатчика сложных сигналов в исходное состояние S1.
Заявляемый передатчик сложных сигналов работает следующим образом. Принцип работы описывается по схеме фиг.1 с помощью диаграмм преобразований частот на фиг.2.
гчмс1
гчмс2
Первый генератор 1 частотно-модулированных сигналов обеспечивает формирование узкополосного частотно-модулированного сигнала f с девиацией частоты не более 5 МГц и центральной частотой 12,5 МГц. Второй генератор 14 частотно-модулированных сигналов обеспечивает формирование широкополосного частотно-модулированного сигнала f с девиацией частоты не более 100 МГц и центральной
гчмс2
гет1
c вых
ванного сигнала f с девиацией частоты не более 100 МГц и центральной частотой 150 МГц. Первый смеситель 2 переносит сигнал с частотой 12,5 МГц с помощью частоты f первого гетеродина 3, переключаемой устройством управления на одно из трех значений 50 МГц; 137,5 МГц; 237,5 МГц, на частоты 62,5 МГц; 125 МГц; 150 МГц; 250 МГц метрового диапазона длин волн. Эти сигналы фильтруются соответственно третьим фильтром 4, четвертым фильтром 5, первым фильтром 6 и пятым фильтром 7. Сигналы f с частотами 62,5 МГц; 125 МГц 250 МГц усиливаются соответственно в первом усилителе 10, втором усилителе 12 и третьем усилителе 8 и излучаются в эфир соответственно первой антенной 11, второй антенной 13 и третьей антенной 9.
c вх1
гет2
гет2
Сигнал f с частотой 150 МГц, отселектированный первым фильтром 6, поступает на вход второго смесителя 15, где с помощью переключаемой частоты f второго гетеродина 16 он переносится на одну из частот 500 МГц, 1000 МГц, 1750 МГц, 2000 МГц дециметрового диапазона длин волн. При этом частоты f второго гетеродина 16, переключаемые устройством управления на одно из четырех значений, равны 650 МГц, 850 МГц, 1900 МГц, 1850 МГц (см. диаграмму преобразования частот на фиг.2). Сигналы с частотами 500 МГц, 1000 МГц, 1750 МГц и 2000 МГц фильтруются соответственно шестым фильтром 20, седьмым фильтром 21, вторым фильтром 22 и восьмым фильтром 23, усиливаются соответственно в четвертом усилителе 26, пятом усилителе 28, шестом усилителе 30, седьмом усилителе 34 и излучаются в эфир соответственно четвертой антенной 27, пятой антенной 29, шестой антенной 31 и седьмой антенной 35.
с вх1
гчмс2
гчмс2
c вх1
Вместо узкополосного частотно-модулированного сигнала f=150±5 МГц с выхода первого фильтра 6 на первый вход второго смесителя 15 может поступать широкополосный частотно-модулированный сигнал f go второго генератора частотно-модулированных сигналов 14, девиация частоты этого сигнала может достигать 100 МГц, а несущая частота имеет значение 150 МГц. При этом широкополосный частотно-модулированный сигнал f проходит через те же цепи, что и узкополосный сигнал f.
c вх2
гет3
С выхода второго фильтра 22 сигнал f с несущей частотой 2000 МГц также подается на первый вход третьего смесителя 32, на второй вход которого подается сигнал f с частотой 10 ГГц от третьего гетеродина 33. На выходе третьего смесителя 32 получаются сигналы с тремя частотами 8 ГГц, 12 ГГц и 18 ГГц, которые выделяются соответственно девятым фильтром 40, десятым фильтром 41 и одиннадцатым фильтром 42, усиливаются соответственно восьмым усилителем 39, девятым усилителем 37 и десятым усилителем 43 и излучаются в пространство соответственно восьмой антенной 38, девятой антенной 36 и десятой антенной 44.
c вх3
гет4
С выхода восьмого фильтра 23 сигнал f с несущей частотой 1750 МГц также подается на первый вход четвертого смесителя 24, на второй вход которого подается сигнал f четвертого гетеродина 25 с частотой 2250 МГц. Сигнал с выхода четвертого смесителя 24 фильтруется двенадцатым фильтром 17, усиливается одиннадцатым усилителем 18 и излучается в пространство одиннадцатой антенной 19.
Для обеспечения переключения излучаемых частот служит блок управления 45, который коммутирует питание выходных усилителей с первого по одиннадцатый. Отключение питания любого усилителя запрещает прохождение сигнала через него и излучения через соответствующую усилителю антенну не происходит. Кроме того, блок управления выдает соответствующие коды для управления синтезаторами частоты-гетеродинами 3, 16, 33, и 25, а также потенциалы для включения генераторов частотно модулированных сигналов 1 и 14.
Таким образом, работая по описанному выше принципу, предлагаемый передатчик сложных сигналов формирует выходные сигналы в различных частотных диапазонах, что позволяет получить положительный эффект.
Предлагаемый передатчик сложных сигналов может быть выполнен на основе следующих элементов. Первый и второй генераторы частотно - модулированных сигналов могут быть выполнены так, как описано в книге [В.Г.Соколинский, В.Г.Шейнкман. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. М., Радио и связь, 1983, стр.94, рис.3.36]. Реализованные при этом характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование параметра
ЧМГ1
ЧМГ2
Несущая частота
12,5 МГц
150 МГц
Максимальная девиация частоты
5 МГц
100 МГц
Уровень выходного сигнала на нагрузке 50 Ом
100 мВ
100 мВ
Усилители все покупные, сведения о них приведены в таблице 2.
Таблица 2
Обозначение
Тип прибора
№ технических условий
Частота
У1
М42121
6Ш2.030.150ТУ
62,5 МГц
У2
М42121
6Ш2.030.150ТУ
125 МГц
У3
М42121
6Ш2.030.150ТУ
250 МГц
У4
М42121
6Ш2.030.150ТУ
500 МГц
Продолжение таблицы 2
У5
М42121
6Ш2.030.150ТУ
1000 МГц
У6
М42141
6Ш2.030.157ТУ
2000 МГц
У7
М42140
6Ш2.030.181ТУ
1750 МГц
У8
М42195
6Ш2.030.229ТУ
12 ГГц
У9
М42195
6Ш2.030.229ТУ
8 ГГц
У10
М421102-2
6Ш2.030.220ТУ
18 ГГц
У11
М42164-2
6Ш2.030.195ТУ
4 ГГц
Полосовые фильтры Ф1-Ф12 реализованы следующим образом. Фильтры Ф1, Ф3-Ф5 выполнены на сосредоточенных элементах так, как описано в книге: Ханзел Г. Справочник по расчету фильтров. М.: Советское радио, 1974. Фильтр Ф6 на частоту 500 МГц выполнен гребенчатого типа и содержит четыре резонатора с укорачивающими подстраиваемыми емкостями. Фильтры Ф2, Ф7, Ф8, Ф12 выполнены на четвертьволновых резонаторах воздушно-полосковой конструкции (на встречных стержнях). Фильтры Ф9-Ф11 выполнены микрополосковыми на полуволновых резонаторах с четвертьволновыми связями на мягком диэлектрике типа ФАФ или ФЛАН. реализованные при этом параметры приведены в таблице 3.
Таблица 3
Тип
Несущая частота
Δf<sub>П</sub>
Ф1
150 МГц
10 МГц
Ф2
2000 МГц
Ф3
62,5 МГц
5 МГц
Ф4
125 МГц
6 МГц
Ф5
250 МГц
12 МГц
Ф6
500 МГц
14 МГц
Ф7
1000 МГц
100 МГц
Ф8
1750 МГц
100 МГц
Ф9
12 ГГц
Ф10
8 ГГц
Ф11
18 ГГц
Ф12
4 ГГц
Антенны A1-A3 - вибраторного типа, A3-A11 - щелевые антенны, выполненные на одностороннем фольгированном стеклотекстолите толщиной 2,5 мм.
Смеситель СМ1 выполнен на микросхеме 174ПС4, СМ2 - на микросхеме IAM81008 фирмы Agilent Technologies, СМ3 и СМ4 выполнены на диодах с барьером Шоттки типа 2А125А-3.
Гетеродины на все рабочие частоты выполнены по схеме синтезатора частоты на БИС синтезатора частоты типа LMX2325 фирмы International Semiconductor, кроме гетеродина на частоту 10 ГГц. Этот гетеродин состоит из задающего генератора-синтезатора частоты на 2 ГГц, умножителя частоты на варакторе типа 2А609Б и усилителя мощности типа М42195.
Блок управления реализован на микросхемах средней интеграции и галетных переключателях П2Г3 так, как показано на фиг.4. Переключатель S4 "Частота" представляет собой четырехгалетный переключатель на 12 положений типа П2Г3 12П4Н, на который набирается 4-х разрядный двоичный код частоты, а надписи на передней панели вокруг ручки управления переключателем соответствуют излучаемым частотам: 62,5; 125; 250; 500 МГц; 1; 1,75; 2; 4; 8; 12; 18 ГГц. Этот код в режиме ручного управления частот через мультиплексор 46 (ИМС КР 1533 КПП А) поступает на дешифратор двоичного кода в позиционный (ИМС К155ИД3). Далее позиционный код через инверторы с повышенной нагрузочной способностью (ИМС К155ЛА12) поступает на реле типа РЭС10. Каждое из этих реле через контакты, на фиг.3 не показанные, подает напряжение питания на соответствующий реле выходной усилителей мощности, в результате чего происходит излучение сигнала на определенной для данного усилителя мощности частоте. Поступающий от тумблера S1 потенциал устанавливает мультиплексор в исходное состояние при котором реле обестачиваются и излучение прекращается. Для автоматического управления передатчиком, в устройстве управления целесообразно предусмотреть канал связи с ПЭВМ.
Представленные чертежи и описание передатчика сложных сигналов позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить его промышленным способом и использовать по своему прямому назначению, что позволяет сделать вывод о промышленной применимости предлагаемой полезной модели.