УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО ГЕТЕРОДИНА
DEVICE FOR AUTOMATIC MEASUREMENT OF FREQUENCY OF CONFIGURABLE HETERODYNE

Изобретение относится к области измерительной техники, когда требуется автоматически измерять частоту гетеродина, перестраиваемого в полном диапазоне или выборочно, на любых дискретных его участках. Оно может быть использовано в системах радиотехнической разведки и пассивного целеуказания со средней и медленной скоростями перестройки, когда по мгновенной частоте гетеродина автоматически определяется несущая частота принимаемого радиосигнала. Устройства измерения частоты перестраиваемых гетеродинов условно можно разделить на электромеханические и электронные.
В первых обычно механически перестраивается точно градуированный по частоте гетеродин или прецизионный волномер, а гетеродин следит за частотой волномера. Существуют устройства, в которых сложный многократно перестраиваемый волномер заменен на большое число фиксированных резонаторов (сборник рефератов НИР и ОКР, 1971, вып.7, серия РЭ, стр.12 "Разработка узла резонаторов"). Такие электромеханические устройства имеют большие габариты и сложны в изготовлении, обладают малым быстродействием и низкой точностью измерения текущей частоты гетеродина.
Отмеченные недостатки отсутствуют в электронных устройствах, в которых используется для измерения частоты сетка калибрационных высокостабильных частотных меток. Эти устройства просты в изготовлении, имеют большой срок службы, обладают сравнительно высокой точностью измерения и высоким быстродействием.
Наряду с отмеченным супергетеродинные панорамные приемные устройства имеют узкую полосу одновременного приема, что ограничивает информативность устройства из-за потери части полезной информации.
Таков способ измерения частоты гетеродина при помощи сетки дискретных, стабильных по частоте калибрационных меток, в котором используется принцип биения частоты перестраиваемого гетеродина с гармониками кварцованных генераторов. Дальнейшее развитие этого способа в направлении повышения его информативности дано автором в статье "Автоматическое определение и запоминание несущей частоты радиосигнала" (ж. "Радиоэлектроника" №25(94) за 1958 г., секция радиоразведки и радиопротиводействия). В статье рассматривается упомянутое устройство в сочетании со специальным анализатором спектра, который обеспечивает режим выборочной работы. В этом режиме детальный анализ спектра принимаемого сигнала обеспечивается после остановки основного панорамного гетеродина в выбранной кварцованной точке и перестройки 2-го гетеродина анализатора спектра между любыми двумя соседними калибрационными метками.
Устройство, описанное в указанной статье, является ближайшим прототипом. Блок-схема устройства приведена на фигуре 1.
Устройство содержит перестраиваемый панорамный гетеродин 1, генераторы стабильных калибрационных меток 2, 3, смесители 4, 5, узкополосные усилители 6, 7, счетчики 8, 9, блок управления 10, широкополосные усилители 11, 12.
1
1
Высокочастотное напряжение перестраиваемого панорамного гетеродина 1 подается на смеситель 4, имеющий свой фиксированный генератор 2. Появление сигнала на выходе узкополосного усилителя 6 указывает на то, что частота f перестраиваемого гетеродина 1 находится около частоты n-й гармоники f генератора 2. Таким образом, частота f оказывается известной в дискретных точках, разнесенных на |f| с точностью до полосы узкополосного усилителя 6 и стабильности генератора 2. Номер гармоники определяется счетчиком 8.
1
2
Разностная или суммарная частота между n-й гармоникой f генератора 2 и частотой f через широкополосный усилитель 11 подается на смеситель 5 с фиксированным генератором 3. Аналогично предыдущему появление сигнала на выходе 7 указывает на то, что частота сигнала, усиленного 11, находится в пределах полосы усилителя 7 около m-й гармоники f генератора 3.
Режим выборочной работы описан в упомянутой статье. Элементы, связанные с ним, показаны также на фигуре 1.
Для обеспечения выборочной работы в момент приема сигнала производится остановка перестройки частоты f панорамного гетеродина 1 в очередной кварцованной точке. В этом режиме детальный анализ осуществляется при помощи специального анализатора спектра 13. На смеситель анализатора 14 имеющего свой перестраиваемый гетеродин 15, подается принимаемый сигнал после его преобразования с сигналом панорамного гетеродина 1 в смесителе приемника 16 и последующего усиления широкополосным усилителем промежуточной частоты 17. Напряжение гетеродина анализатора 15 подается также на смеситель модулятора 18, на который поступают гармонические составляющие одного из генераторов, например, генератора 3. Таким образом, гетеродин 15 автоматически перестраивается между любыми двумя соседними калибрационными метками генератора. Остальные элементы анализатора не имеют принципиального значения.
Недостатком устройства является то, что при перестройке гетеродина в полном диапазоне его частота неоднозначно привязана к определенным калибрационным меткам, а в режиме выборочной работы (на участке диапазона) частота панорамного гетеродина неточно привязана к выбранной калибрационной метке.
Неоднозначная и неточная привязка к калибрационным меткам объясняется тем, что частота широкополосных гетеродинов нестабильна и существенно меняется от изменения питающих напряжений, окружающей температуры, изменения фазы нагрузки и т.д. При этом начало перестройки гетеродина 1 при работе в полном диапазоне смещается и возможен отсчет, начиная с различных номеров калибрационных меток. Аналогичным образом в режиме выборочной работы меняется частота панорамного гетеродина 1 при его остановке у калибрационной метки. Неоднозначная привязка частоты панорамного гетеродина к калибрационным меткам приводит к необходимости разнос между соседними метками делать больше абсолютной нестабильности гетеродина.
Только в этом случае счет меток будет начинаться с определенной, наперед заданной метки.
С целью выполнения этого требования (не уменьшая точности измерения частоты) для создания калибрационной сетки используется несколько стабильных кратных по частоте генераторов, каждый из которых создает свою сетку.
Это усложняет устройство и уменьшает его надежность, так как при многократных преобразованиях появляются паразитные комбинационные сигналы, по которым может срабатывать счетное устройство, что объясняется большим динамическим диапазоном (до 10 дБ) рабочих гармонических составляющих при работе в широком диапазоне частот (ж. "Вопросы специальной радиоэлектроники", серия РПТ, выпуск 6, 1968 г. "О двух способах получения сетки опорных кварцованных сигналов на умножительном диоде").
В режиме выборочной работы неточная привязка частоты панорамного гетеродина (после остановки его перестройки) к выбранной калибрационной метке приводит к смещению спектра принимаемого сигнала на индикаторе анализатора спектра на величину частотной нестабильности гетеродина 1. Это смещение будет происходить потому, что на смеситель спектроанализатора 14 поступает принимаемый сигнал после его преобразования с сигналом панорамного гетеродина 1 в смесителе приемника 16. Поэтому всякое изменение частоты гетеродина 1 приведет к соответствующему изменению частоты преобразованного сигнала на входе спектроанализатора 13, а следовательно, и на его выходе. На частотах 1÷10 ГГц нестабильность частоты широкополосных гетеродинов (например, митронов или ЛОВ) доходит до десятков мегагерц при принятии мер по повышению стабильности источников питания.
Поэтому смещение частоты гетеродина после его остановки может превышать частотный разнос между калибрационными метками и кодирование частоты будет нарушено, а изображение принимаемого сигнала потеряно.
Перестройка гетеродина 15 спектроанализатора 14 строго между двумя калибрационными метками обеспечивает стабильный частотный участок сканирования. Однако это не устраняет и не уменьшает эффект смещения спектра принимаемого сигнала и возможность его потери на экране индикатора 19 из-за нестабильности частоты панорамного гетеродина 1.
Нестабильное положение спектра принимаемого сигнала делает практически невозможным интерполяционное уточнение частоты.
Целью настоящего изобретения является упрощение устройства и исключение влияния на работу частотной нестабильности гетеродина путем однозначной привязки его частоты к калибрационным меткам при перестройке в полном диапазоне и точной привязки к ним при выборочной перестройке на любых дискретных участках диапазона. При этом время анализа должно быть максимально сокращено и тем самым повышена информативность устройства, что особенно важно в режиме выборочной работы. Однозначная привязка частоты гетеродина к калибрационным меткам при работе панорамного устройства в полном диапазоне дает возможность уменьшить интервал между метками и сделать его много меньшим суммарной частотной нестабильности гетеродина. Это упрощает устройство, так как исключает необходимость многократных преобразований и практически снимает жесткие требования к стабильности частоты гетеродина.
Точная привязка частоты панорамного гетеродина при его перестройке к выбранным калибрационным меткам в режиме выборочной работы обеспечивает стабильное положение спектра принимаемого сигнала на индикаторе и возможность удобного автоматического интерполяционного уточнения частоты независимо от нестабильности гетеродина. Перестройка панорамного гетеродина строго в пределах любых заданных дискретных частотных интервалов исключает необходимость в перестраиваемом 2-м гетеродине, и следовательно, в дополнительном специальном анализаторе спектра с целью обеспечения режима выборочной работы, что упрощает устройство.
Повышение разрешающей способности устройства возможно путем второго преобразования и сужения полосы пропускания фильтров на пониженной второй промежуточной частоте. При этом второй гетеродин должен быть неперестраиваемый, так как панорамная картина в предлагаемом устройстве в режиме выборочной работы создается первым гетеродином. Это также упрощает устройство.
Поставленная цель достигается тем, что между выходом гетеродина и разрешающим входом счетчика включен резонатор, настроенный на частоту между двумя калибрационными метками в начале диапазона и обеспечивающий с каждым циклом перестройки гетеродина в полном диапазоне, и, что более важно, при выборочной работе на любых дискретных участках диапазона, отсчет сигналов с узкополосных фильтров только после определенной, наперед заданной калибрационной метки.
Характерным для устройства является то, что в режиме выборочной работы перестройка и измерение частоты гетеродина производится всегда с начала диапазона и с высокой скоростью, а в пределах выбранных дискретных участков диапазона по командам из счетного устройства скорости уменьшается до оптимальной величины необходимой для анализа сигнала.
Перестройка гетеродина с начала диапазона дает возможность использовать один не подстраиваемый резонатор и при этом в любом режиме работы получать сигнал разрешения на измерение частоты однозначно и точно привязанный к определенной наперед заданной калибрационной метке.
Таким образом, по сравнению с существующими устройствами предлагаемое обеспечивает однозначную и точную привязку частоты перестраиваемого гетеродина к калибрационным меткам. Это особенно важно в режиме выборочной работы, когда начало выборочного участка должно начинаться в любой, наперед заданной, калибрационной метке. При этом обеспечивается строго стабильное положение спектра принимаемого сигнала на панорамном индикаторе.
Предлагаемая заявка рассмотрена на заседании секции НТС предприятия. Заключение о полезности прилагается. Экспериментальная проверка устройства подтвердила его эффективность и положительные качества.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - блок-схема устройства автоматического измерения частоты перестраиваемого гетеродина (прототипа),
на фиг. 2 - блок-схема предлагаемого устройства автоматического измерения частоты перестраиваемого гетеродина,
на фиг. 3 - эпюры напряжений при работе в полном диапазоне,
на фиг. 4 - эпюры напряжений при выборочной работе на любом участке диапазона.
Подробное описание
Устройство автоматического измерения частоты перестраиваемого гетеродина 1 (фиг. 2) содержит смеситель 3, входы которого соединены с гетеродином 1 и генератором стабильных по частоте калибрационных меток 2, а выход смесителя через широкополосный усилитель и узкополосные фильтры 5, 6 (например усилители промежуточной частоты) с счетным входом счетчика 7, выход которого, соединен с блоком управления перестройкой 8. Между гетеродином 1 и разрешающим входом счетчика 7 включен резонатор 9.
Элементы 1-8 практически не отличаются от аналогичных в прототипе (см. фиг. 1).
Принципиально новым элементом является резонатор 9, который настроен на среднюю частоту между двумя калибрационными метками в начале диапазона.
Если в прототипе для выборочной работы обязательным являлся специальный анализатор спектра 13 (фиг. 1), то в предлагаемом устройстве такой анализатор отсутствует.
На фиг. 2 показаны вспомогательные, не принципиальные для устройства, узкополосный усилитель промежуточной частоты 10, второй смеситель приемника 11, фиксированный второй гетеродин 12, узкополосный и широкополосный усилители 13, 14 и индикатор 15.
Перечисленные элементы служат для повышения разрешающей способности устройства, что не является задачей предлагаемого изобретения.
Устройство отличается той особенностью, что при работе гетеродина 1 как в полном диапазоне, так и в пределах любых его дискретных участков (в режиме выборочной работы) частота гетеродина 1 всегда перестраивается и измеряется с самого начала диапазона.
Начальная частота перестройки гетеродина 1 выбирается с таким расчетом, чтобы при любых частотных нестабильностях обязательно обеспечивалось перекрытие им частоты настройки резонатора 9.
р
Работает устройство следующим образом. С начала диапазона гетеродин 1 перестраивается с максимальной скоростью - участок n-m (фиг. 3), а частота его не измеряется до совпадения его настройки с частотой f резонатора 9. При совпадении их настройки сигнал с резонатора 9 открывает счетный выход счетчика 7 и только после этого производится отсчет калибрационных меток. Таким образом обеспечивается в любом режиме работы однозначная привязка непрерывно поступающих импульсов с фильтров 5, 6 к определенной калибрационной метке и исключение срабатывания от соседних меток в начале диапазона.
При работе в полном диапазоне после поступления импульса от первой рабочей калибрационной метки скорость перестройки гетеродина 1 меняется с высокой на заданную - участок m-k и одновременно запускается развертка индикатора 15.
После совпадения текущего кода частоты гетеродина 1 с записанным в памяти счетчика 7 кодом заданного конца диапазона - в блок управления 8 поступает команда о прекращении перестройки и цикл повторяется.
р
В режиме выборочной работы гетеродин 1 перестраивается с максимальной скоростью с начала диапазона до начала выбранного участка (ab фиг. 4) и при этом, при совпадении его частоты с частотой настройки f резонатора 9, открывается счетчик 7 и начинается измерение частоты по калибрационным меткам. При достижении частоты соответствующей началу выбранного участка диапазона (точка 6) счетчик 7 выдает сигнал в блок управления 8 и скорость перестройки гетеродина 1 изменяется с максимальной на оптимальную. После достижения конца выбранного участка диапазона (точка C) из счетчика 7 в блок управления 8 поступает команда о прекращении перестройки и цикл повторяется. Таким образом в режиме выборочной работы с каждым циклом перестройки гетеродина формируется напряжение, имеющее вид трапеции (abca′). Скорость перестройки частоты на участке bc выбирается по критерию обнаружения импульсных сигналов разведуемой РЛС.
Измерение частоты гетеродина 1 производится по непрерывным сигналам калибрационных меток, что дает возможность кодировать его частоту при сравнительно высокой скорости перестройки на участке ab. Практически потери времени за счет перестройки на указанных участках в режиме выборочной работы составляет 1-2%.