УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ КВАДРАТУРНЫХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и вычислительной техники и может быть использована при обработке квадратурных сигналов, для построения измерительных устройств систем радиоавтоматики.
Известно устройство [Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов по спец. «Радиотехника» / С.И.Баскаков. - 5-е изд., - М.: Высшая школа, 2005. - (стр.283 - Рис.11.6)], включающее нелинейный элемент и резонансный усилитель, в котором используется резонансное умножение частоты. При оптимальном выборе угла отсечки тока, максимизирующего коэффициенты Берга, и настройке колебательного контура на частоту одной из высших гармоник кратных частоте входного сигнала, устройство позволяет произвести умножение частоты входного сигнала.
Однако найденное оптимальное значение угла отсечки тока будет справедливо только при фиксированном значении амплитуды возбуждающего напряжения. Коэффициент нелинейных искажений формируемого сигнала зависит, прежде всего, от амплитуды боковых (соседних) гармоник, неизбежно присутствующих на выходе нелинейного элемента. Для уменьшения нелинейных искажений применяют высокодобротные избирательные усилители или узкополосные фильтры высоких порядков. Но при изменении частоты входного сигнала необходимо производить перестройку параметров резонансного усилителя или параметров избирательного фильтра. Кроме того, устройства фильтрации с высокой добротностью обладают повышенной чувствительностью по отношению к дестабилизирующим факторам (разброс параметров и старение элементов, температурный режим, нестабильность источника питания и др.), а, следовательно, имеют сравнительно низкую стабильность своих характеристик,
что отрицательно сказывается, в конечном итоге, на характеристиках формируемой гармоники выходного сигнала умножителя частоты.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является генератор ортогональных сигналов (А.с. СССР №1702514, кл. Н03В 27/00, опубл. 30.12.91, Бюл. №48), который содержит первый и второй квадраторы, первый и второй перемножители, первый делитель и сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, входы которых, в свою очередь, соединены, соответственно, с первым и вторым входами устройства.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства.
Технический результат заключается в расширение функциональных возможностей за счет получения на выходах умножителя квадратурных сигналов удвоенной частоты путем сохранения амплитудных значений формируемых сигналов в условиях широкодиапазонного изменении частоты и амплитуды входных сигналов.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в умножитель частоты квадратурных сигналов, содержащем первый и второй квадраторы, перемножитель, сумматор, блок извлечения квадратного корня и первый делитель, второй вход которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, а выход соединен с первым выходом умножителя частоты квадратурных сигналов, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с входами первого и второго квадраторов, выходы которых, в свою очередь, соединены, соответственно, с первым и вторым входами сумматора и выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, дополнительно введены масштабирующий усилитель, вычитатель
и второй делитель, выход которого соединен со вторым выходом умножителя частоты квадратурных сигналов, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами перемножителя, к выходу которого подключен вход масштабирующего усилителя, при этом первый вход первого делителя соединен с выходом масштабирующего усилителя, второй вход второго делителя соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, причем выходы первого и второго квадраторов соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычитателя, к выходу которого подключен первый вход второго делителя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна».
Введение в предлагаемое устройство масштабирующего усилителя, вычитателя и второго делителя обеспечивает возможность получения на выходе умножителя второй гармоники сигнала при изменении частоты и амплитуды входного сигнала в широких пределах.
Полезная модель поясняется структурной схемой умножителя частоты квадратурных сигналов.
Умножитель частоты квадратурных сигналов содержит первый 1 и второй 2 квадраторы, перемножитель 3, сумматор 4, блок извлечения квадратного корня 5 и первый делитель 6, второй вход которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня 5, а выход соединен с первым выходом 7 умножителя частоты квадратурных сигналов, первый 8 и второй 9 входы которого соединены, соответственно, с входами первого 1 и второго 2 квадраторов, выходы которых, в свою очередь, соединены, соответственно, с первым и вторым
входами сумматора 4 и выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня 5. Выход второго делителя 12 соединен со вторым выходом 13 умножителя частоты квадратурных сигналов, первый 8 и второй 9 входы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами перемножителя 3, к выходу которого подключен вход масштабирующего усилителя 10, при этом первый вход первого делителя 6 соединен с выходом масштабирующего усилителя 10, второй вход второго делителя 12 соединен с выходом блока извлечения квадратного корня 5, причем выходы первого 1 и второго 2 квадраторов соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычитателя 11, к выходу которого подключен первый вход второго делителя 12.
Работа умножителя частоты квадратурных сигналов осуществляется следующим образом.
1
0
2
0
0
1
2
0
0
0
На первый вход 8 умножителя частоты квадратурных сигналов подается сигнал S(t)=А·sin (ωt), а на второй вход 8 - сигнал S(t)=А·cos (ωt), где А - амплитуда, а ω - круговая частота сигналов S(t) и S(t), связанная с циклической частотой f известным соотношением ω=2πf.
На выходе перемножителя 3 формируется сигнал
а на выходе масштабирующего усилителя 10, имеющего коэффициент передачи m=2, будет сформирован сигнал
4
0
5
0
2
2
2
2
Сигнал S(t)=A sin (ωt) поступает на первые входы сумматора 4 и вычитателя 11, а сигнал S(t)=А·cos (ωt) - на вторые входы сумматора 4 и вычитателя 11.
4
5
В результате суммирования сигналов S(1) и S(1) на выходе сумматора 4 будет сигнал
9
1
2
Следовательно, на выходе блока извлечения квадратного корня 5 сигнал S(t) будет в точности равен амплитудному значению А квадратурных сигналов S(t) и S(t).
На выходе вычитателя 11 формируется сигнал
На выходе первого делителя 6, а, следовательно, на первом выходе 7 умножителя частоты квадратурных сигналов будет сигнал
1
частота которого равна удвоенной частоте входного сигнала S(t).
На выходе второго делителя 12, а, следовательно, на втором выходе 13 умножителя частоты квадратурных сигналов будет сигнал
2
частота которого равна удвоенной частоте входного сигнала S(1.).
Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности предлагаемого устройства путем получения на выходах умножителя квадратурных сигналов удвоенной частоты при сохранении амплитудных значений формируемых сигналов в условиях широкодиапазонного изменении частоты и амплитуды входных сигналов.