СХЕМЫ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛА КАЧАЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ
SWEEP SIGNAL GENERATION CIRCUITS

Область техники
Варианты осуществления настоящего изобретения в основном относятся к микроволновой технике, в частности к схемам формирования сверхширокополосного сигнала качающейся частоты с быстрым свипированием, который характеризуется спектром высокой чистоты.
Уровень техники
Сигнал качающейся частоты обычно используется в системах телерадиовещания и связи. Сигнал качающейся частоты обычно генерируется с использованием источника эталонной частоты, управляемого напряжением генератора, фазового детектора и схемы фазовой автоподстройки частоты, содержащей контур обратной связи с фильтром; при этом все эти четыре компонента, соединенные вместе, называются синтезатором частот. Ширина полосы качания в схеме ФАПЧ ограничена диапазоном рабочих частот генератора, управляемого напряжением. Шум в сигнале качающейся частоты зависит от времени качания частоты. Для уменьшения уровня шума необходима длительная автоподстройка, а выходной сигнал с быстрым свипированием частоты будет характеризоваться высоким уровнем шума.
Система формирования изображений в миллиметровом диапазоне волн предъявляет к сигналу качающейся частоты три требования, а именно: широкополосность, быстрота свипирования и высокая чистота спектра на выходе (т.е. низкий уровень шума на выходе). Современный уровень техники отличается тем, что сигнал качающейся частоты генерируется сумматором частоты сигналов. Иногда для увеличения скорости свипирования могут использоваться два сумматора частот с одинаковым частотным диапазоном. Такой способ свипирования комбинированного типа может лишь увеличить скорость свипирования, но он не в состоянии обеспечить расширения полосы качания или улучшить спектр сигнала качающейся частоты (т.е. снизить уровень шума). Он не может обеспечить быстрое свипирование в широком частотном диапазоне, выдавая сигнал со спектром высокой чистоты (т.е. с низким уровнем шума).
Сущность изобретения
Принимая во внимание проблемы известного уровня техники, предлагается схема для генерации сигнала качающейся частоты, выполненная с возможностью обеспечивать быстрое свипирование в широком диапазоне частот с выдачей сигнала, характеризующегося спектром высокой чистоты.
Одним объектом настоящего изобретения является схема для генерации сигнала качающейся частоты, содержащая источник эталонной частоты, генерирующий опорный сигнал; первую цепь комбинирования частот со входом, подключенным к выходу источника эталонной частоты, которая работает в первом частотном диапазоне и выполнена с возможностью формирования на выходе сигнала качающейся частоты в первом частотном диапазоне, на основании опорного сигнала; вторую цепь комбинирования частот со входом, подключенным к выходу источника эталонной частоты, которая работает во втором частотном диапазоне, отличающемся от первого частотного диапазона, и выполнена с возможностью формирования на выходе сигнала качающейся частоты во втором частотном диапазоне, на основании опорного сигнала; многоуровневый переключатель со входом, подключенным к выходу первой цепи комбинирования частот и выходу второй цепи комбинирования частот; и цепь управления, подключенную к первой цепи комбинирования частот, второй цепи комбинирования частот и многоуровневому переключателю и управляющую этими цепями и переключателем с попеременной выдачей сигнала качающейся частоты в первом частотном диапазоне и во втором частотном диапазоне на выходе многоуровневого переключателя.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения обе первая полоса частот и вторая полос частот лежат в диапазоне миллиметровых волн.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения многоуровневый переключатель содержит множество коммутационных каналов, в каждом из которых предусмотрено три уровня последовательно подключенных коммутационных блоков; при этом каждый коммутационный блок содержит первый переключатель и второй переключатель, при этом первая клемма первого переключателя соединена с первой клеммой второго переключателя, а вторая клемма второго переключателя заземлена.
Еще одним объектом настоящего изобретения является схема для генерации сигнала качающейся частоты, содержащая источник эталонной частоты, генерирующий опорный сигнал; N-e количество цепей комбинирования частот, со всеми входами, подключенными к выходу источника эталонной частоты, которые работают в разных частотных диапазонах и выполнены с возможностью формирования на соответствующих выходах сигналов качающейся частоты в соответствующих частотных диапазонах, на основании опорного сигнала, и где число N равно или больше трех; многоуровневый переключатель со входом, подключенным к выходу нескольких цепей комбинирования частот; и цепь управления, подключенную к N-му числу цепей комбинирования частот и многоуровневому переключателю и управляющую этими цепями и переключателем с последовательной выдачей сигнала качающейся частоты на первой частоте в первом частотном диапазоне, сигнала качающейся частоты на первой частоте во втором частотном диапазоне,…,сигнала качающейся частоты на первой частоте в N-ом частотном диапазоне, сигнала качающейся частоты на второй частоте в первом частотном диапазоне,…, сигнала качающейся частоты на второй частоте в N-ом частотном диапазоне,… на выходе многоуровневого переключателя.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения скорость свипирования увеличена, полоса качения расширена, а сигнал качающейся частоты характеризуется спектром высокой чистоты (т.е. низким уровнем шума).
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности настоящего изобретения варианты его осуществления описаны со ссылками на чертежи, перечисленные ниже, где:
на Фиг. 1 показана структурная схема схемы для генерации сигнала качающейся частоты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на Фиг. 2 показано устройство многоуровневого переключателя согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; а
на Фиг. 3 показана структурная схема схемы для генерации сигнала качающейся частоты согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На чертежах не показаны все схемы или структуры вариантов осуществления настоящего изобретения. На всех чертежах одинаковые или подобные компоненты или элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Подробное описание изобретения
Ниже подробно описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что представленные в настоящем документе варианты осуществления изобретения носят исключительно иллюстративный характер, и не ограничивают объем настоящего изобретения. В описании ниже разъясняется ряд конкретных особенностей с тем, чтобы обеспечить лучшее понимание сущности настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано и без этих конкретных деталей. В прочих примерах осуществления настоящего изобретения не описаны широко используемые схемы, материалы или способы, что сделано специально для того, чтобы не затруднять понимание сути изобретения.
Встречающиеся по всему описанию настоящего изобретения ссылки на «один из вариантов», «вариант», «один из примеров» или «пример» означают, что характерные признаки, конструкции или свойства, описанные в отношении какого-либо варианта или примера осуществления настоящего изобретения, включены, по меньшей мере, в один из вариантов осуществления настоящего изобретения. Следовательно, фразы «согласно одному из вариантов», «в одном из вариантов», «в одном из примеров» или «в примере», разбросанные по всему описанию настоящего изобретения, могут не относиться к одному и тому же варианту или примеру осуществления настоящего изобретения. Кроме того, характерные признаки, конструкции или свойства могут быть объединены в один или несколько вариантов или примеров осуществления настоящего изобретения любым приемлемым способом. Помимо этого, специалистам в данной области техники понятно, что представленные в этой заявке чертежи носят исключительно иллюстративный характер, и они необязательно вычерчены в масштабе. Следует понимать, что если какой-либо элемент «соединен с» каким-либо другим элементом или «подключен к» какому-либо другому элементу, это означает, что указанный элемент соединен с другим элементом напрямую или через промежуточный элемент. И наоборот, если написано, что какой-либо элемент «напрямую соединен» с другим элементом или «напрямую подключен» к другому элементу, это означает, что такое соединение выполнено без каких бы то ни было промежуточных элементов. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций. Термин «и/или», используемый в настоящей заявке, означает любые возможные комбинации одной или нескольких перечисленных позиций.
С учетом требований к скорости свипирования, чистоте спектра и ширине полосы частот предлагается схема для генерации сигнала качающейся частоты. На Фиг. 1 показана структура схемы для генерации сигнала качающейся частоты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как показано на Фиг. 1, схема включает в себя источник 110 эталонной частоты, первую цепь 121 комбинирования частот, вторую цепь 122 комбинирования частот, многоуровневый переключатель 130 и цепь 140 управления.
Источник 110 эталонной частоты представляет собой, например, источник высокостабильной опорной частоты, генерирующий опорный сигнал. Обе цепи комбинирования частот - как первая цепь 121, так и вторая цепь 122 - реализованы на базе технологии фазовой автоподстройки частоты, и включают в себя генератор, управляемый напряжением; фазовый детектор; и контур обратной связи с фильтром. Первая цепь 121 комбинирования частот функционирует в первом частотном диапазоне и формирует на выходе сигнал качающейся частоты в первом частотном диапазоне, соотнесенный с опорным сигналом; при этом ее вход подключен к выходу источника 110 эталонной частоты.
Вторая цепь 122 комбинирования частот функционирует во втором частотном диапазоне, отличном от первого частотного диапазона, и формирует на выходе сигнал качающейся частоты во втором частотном диапазоне, на основании опорного сигнала; при этом ее вход подключен к выходу источника 110 эталонной частоты.
Вход многоуровневого переключателя 130 подключен к выходу первой цепи 121 комбинирования частот и к выходу второй цепи 122 комбинирования частот. Цепь 140 управления подключена к первой цепи 121 комбинирования частот, второй цепи 122 комбинирования частот и многоуровневому переключателю 130 и управляет этими цепями и переключателем с попеременной выдачей сигнала качающейся частоты в первом частотном диапазоне и во втором частотном диапазоне на выходе многоуровневого переключателя 130.
На Фиг. 2 показано устройство многоуровневого переключателя согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Многоуровневый переключатель содержит множество коммутационных каналов, в каждом из которых предусмотрено три уровня последовательно подключенных коммутационных блоков. Каждый коммутационный блок содержит первый переключатель и второй переключатель, при этом первая клемма первого переключателя соединена с первой клеммой второго переключателя, а вторая клемма второго переключателя заземлена.
Как показано на Фиг. 2, в каждом коммутационном канале предусмотрено три уровня коммутационных блоков; при этом на каждом уровне предусмотрено два переключателя. Сигналы по двум коммутационным каналам, пройдя через многоуровневый переключатель, объединяются в единый сигнал с помощью схемы комбинирования мощности. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором используется две схемы комбинирования частот, многоуровневому переключателю достаточно иметь два коммутационных канала. Если используется множество схем комбинирования частот (например, в случае, когда используется N-e количество схем комбинирования частот, где число N равно или больше трех), то многоуровневый переключатель может содержать большее количество коммутационных каналов.
Термин «многоуровневый», используемый в этой заявке, означает, что в одном коммутационном канале последовательно подключено множество коммутационных блоков. Например, каждый коммутационный канал может содержать три уровня коммутационных блоков, как это показано на Фиг. 2. Так как согласно вариантам осуществления настоящего изобретения схема работает на высокой частоте, коммутационный блок сохраняет определенную связь даже в случае отключения. Следовательно, когда коммутационные блоки отключены, многоуровневый переключатель ослабляет сигнал постепенно, уровень за уровнем. Специалистам в данной области техники очевидно, что при построении коммутационной схемы можно использовать и большее количество уровней коммутационных блоков.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения источник эталонной 110 частоты представляет собой единый высокостабильный источник опорной частоты. Две схемы 121 и 122 комбинирования частот работают в разных частотных диапазонах. Многоуровневый переключатель 130 представляет собой двухуровневую коммутационную систему. Таким образом достигается увеличение скорости свипирования, расширение полосы качения и высокая чистота спектра (т.е. низкий уровень шума) сигнала качающейся частоты, что удовлетворяет требованиям, которые система формирования изображения в миллиметровом диапазоне волн предъявляет к сигналу качающейся частоты.
В вариантах осуществления настоящего изобретения, как это показано на Фиг. 1, две цепи 121 и 122 комбинирования частот работают в разных частотных диапазонах. Например, первая цепь 121 комбинирования частот генерирует сигнал качающейся частоты в диапазоне f1-f2, а вторая цепь 122 комбинирования частот генерирует сигнал качающейся частоты в диапазоне f3-f4.
Когда первая схема 121 комбинирования частот стабильно выдает сигнал на частоте f1-1, вторая схема 122 комбинирования частот находится в состоянии готовности к выдаче сигнала на следующей частоте f2-1. Когда вторая схема 122 комбинирования частот стабильно выдает сигнал на частоте f2-1, первая схема 121 комбинирования частот находится в состоянии готовности к выдаче сигнала на третьей частоте f1-2. Таким способом осуществляется регулирование первой и второй схем комбинирования частот (121 и 122) вместе с многоуровневым переключателем 130 по выдаче сигналов на выходе многоуровневого переключателя на частотах f1-1, f2-1, f1-2, f2-2,…, f2 (верхний предел частоты выходного сигнала первой схемы 121 комбинирования частот) и f4 (верхний предел частоты выходного сигнала второй цепи 122 комбинирования частот).
При постоянной времени цепи контурного фильтра в схемах 121 и 122 комбинирования частот, т.е. когда схема для генерации сигнала качающейся частоты генерирует на выходе шумы определенного уровня, время скачкообразной перестройки частоты в схеме для генерации сигнала качающейся частоты сокращается вдвое в сравнении с конфигурацией, когда используется лишь одна схема комбинирования частот. Иными словами, время скачкообразной перестройки частоты сокращается, а уровень шумов на выходе остается неизменным, в результате чего увеличивается скорость свипирования. Поскольку первая схема 121 частот и вторая схема 122 комбинирования частот работают в разных частотных диапазонах, ширина полосы частот, охватываемая вариантами осуществления настоящего изобретения, увеличивается вдвое в сравнении с конфигурацией, в которой используется одна схема комбинирования частот или две схемы комбинирования частот, работающие в одном частотном диапазоне.
В рамках этой же концепции можно использовать три и более схемы комбинирования частот вместе с соответствующим многоуровневым переключателем и цепью управления для получения широкополосного и даже сверхширокополосного сигнала качающейся частоты с быстрым свипированием и низким уровнем шума в контуре, как это показано на Фиг. 3. На Фиг. 3 показана структура схемы для генерации сигнала качающейся частоты согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
В сравнении с Фиг. 1 схема, показанная на Фиг. 3, включает в себя третью схему 123 комбинирования частот,… и N-ю схему 12N комбинирования частот, где число N равно или больше трех. Соответственно, цепь 140 управления и многоуровневый переключатель 130 модифицируются для адаптации к такому изменению. Принцип действия и последовательность операций аналогичны схеме, представленной на Фиг. 1.
Схема, представленная на Фиг. 3, включает в себя источник 110 эталонной частоты, N-e число схем 121, 12N комбинирования частот, многоуровневый переключатель 130 и цепь 140 управления. Источник 110 эталонной частоты генерирует опорный сигнал. Схемы 121,…, 12N комбинирования частот, число которых (N) равно или больше трех, работают в разных частотных диапазонах и генерируют сигналы качающейся частоты в соответствующих частотных диапазонах на соответствующих выходах на базе опорного сигнала: при этом все их входы подключены к выходу источника 110 эталонной частоты. Выход многоуровневого переключателя 130 подключен к ряду схем комбинирования частот. Цепь 140 управления подключена к ряду цепей комбинирования частот и многоуровневому переключателю с целью управления означенными цепями и переключателем с последовательной выдачей сигнала качающейся частоты на первой частоте в первом частотном диапазоне, сигнала качающейся частоты на первой частоте во втором частотном диапазоне,…, сигнала качающейся частоты на первой частоте в N-oм частотном диапазоне, сигнала качающейся частоты на второй частоте в первом частотном диапазоне,…, сигнала качающейся частоты на второй частоте в N-oм частотном диапазоне,… на выходе многоуровневого переключателя
Таким образом, путем добавления схем комбинирования частот можно улучшить упомянутые выше три параметра сигнала качающейся частоты (т.е. сократить время свипирования, уменьшить уровень шума на выходе и расширить полосу качания).
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения время, затрачиваемое на свипирование, сокращено; уровень шума в выходном сигнале уменьшен; а ширина полосы качания расширена. Таким образом, требования, предъявляемые системой формирования изображения в миллиметровом диапазоне волн к сигналу качающейся частоты, выполнены. Описанный способ может быть применен для генерирования последовательных сверхширополосных сигналов качающейся частоты различных диапазонов.
Хотя настоящее изобретение описано в привязке к нескольким типовым вариантам его осуществления, специалистам в данной области техники очевидно, что такое описание носит исключительно иллюстративный и разъяснительный характер, не ограничивающий объем изобретения. Настоящее изобретение может быть осуществлено в различных формах без отступления от его существа и объема. Следует понимать, что варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены какими-либо вышеизложенными сведениями, и должны толковаться расширительно в пределах сущности и объема изобретения, определенных его формулой. Таким образом, объем настоящего изобретения, который определен прилагаемой формулой, должен охватывать модификации и альтернативные решения, подпадающие под прилагаемую формулу настоящего изобретения.