МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ МОДУЛЯ КВАДРАТУРНЫХ СИГНАЛОВ

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ МОДУЛЯ КВАДРАТУРНЫХ СИГНАЛОВ
Полезная модель относится к электрорадиотехнике, в частности, к устройствам для получения модуля квадратурных сигналов и может быть использована в радиолокационных станциях, устройствах автоматики и вычислительной техники.
Известен вьиислитель модуля квадратурных сигналов, содержащий первую ступень вычисления модуля квадратурных сигналов (далее - ступень), включающую в себя первый двухполупериодный вьшрямитель входного напряжения косинусоидальной формы и второй двухполупериодный вьшрямитель входного напряжения, сдвинутого по фазе на 7i/2, вторую ступень, включающую в себя сумматор с ненормированным выходом и схему выбора большего, при этом первые входы сумматора и схемы выбора большего второй ступени соединены с выходом первого двухполупериодного выпрямителя, а вторые входы - с выходом второго двухполупериодного выпрямителя. Выходы сумматора и схемы выбора большего второй ступени являются выходом устройства (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М:, Радио и связь, 1986, стр. 53-54, рис. 2.1.).
Известное устройство позволяет вычислять четьфехпульсационный модуль квадратурных сигналов, однако в нем коэффициент пульсаций не может быть меньше 29,3%, что является его недостатком.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности вычисления модуля квадратурных сигналов и расширение функциональных возможностей устройства путем последовательного увеличения количества ступеней вычисления. Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в уменьшении коэффициента пульсаций модуля квадратурных сигналов до сколь угодно малого заданного значения его величины.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный вычислитель модуля квадратурных сигналов, содержащий первую ступень вычисления модуля, включающую в себя первый и второй двухполупериодные выпрямители, вторую ступень вычисления модуля, включающую в себя сумматор с ненормированным выходом и схему выбора большего, при этом первые входы сумматора и схемы выбора большего второй
МПК 7 Н 02М 7/02
ступени вычисления модуля соединены с выходом первого двухполупериодного выпрямителя, а вторые входы - с выходом второго двухполупериодного выпрямителя, согласно изобретению дополнительно введены нормирующий умножитель для второй ступени вычисления модуля, последовательно включенные третья, четвертая, пятая, ..., п-я ступени вычисления модуля, при этом вход умножителя соединен с выходом сумматора второй ступени вычисления модуля, а каждая дополнительная ступень вычисления модуля включает в себя схему выбора большего и последовательно включенные сумматор и умножитель, причем первые входы сумматора и схемы выбора большего каждой последующей ступени вычисления модуля соединены с выходом умножителя предьщущей ступени вычисления модуля, а вторые входы - с выходом схемы выбора большего этой же ступени вычисления модуля, первыми выходами устройства являются выход первого двухполупериодного выпрямителя и выходы сумматоров каждой последующей ступени вычисления модуля, вторыми выходами - выходы умножителей каждой ступени, а третьими выходами - выход второго двухполупериодного выпрямителя и выходы схем выбора большего каждой ступени вычисления модуля.
Введение в устройство нового элемента - умножителя во вторую ступень и новых ступеней (третьей, четвертой, ..., п-ой) обеспечивает последовательное увеличение количества пульсаций каждой ступени по алгоритму N  2°, где N - количество пульсаций, п  1, 2, 3, ... - число ступеней вычисления. Следствием этгого является возможность получения заданной величины коэффициента пульсаций модуля в диапазоне от 100% при п  1, когда количество пульсаций на выходах двухполупериодных выпрямителей равно двум, до 0% при п  00, когда пульсации на выходах последней ступени отсутствуют.
Полезная модель поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена структурная схема вычислителя модуля квадратурных сигналов; на фиг. 2-11 изображены диаграммы пульсаций МОДУ.11Я квадратурных сигналов на выходах элементов структурной схемы. На этих изображениях пунктирными линиями показаны диаграммы входных сигналов.
Многоступенчатый вычислитель модуля квадратурных сигналов (фиг. 1) содержит последовательно включенные первую Ь, вторую Ь, третью Ь, ..., последнюю In ступени вычисления модуля. Первая ступень li включает в себя первый 2 и второй 3 двухполупериодные выпрямители косинусного и синусного входных квадратурных сигналов. Все последующие ступени (Ij, Ь, ..., In) являются одинаковыми и включают в себя по три узла: последовательно включенные сумматор 4 и умножитель 5, а также схему выбора большего (СВБ) 6. Выход первого двухполупериодного выпрямителя 2 первой
ступени li соединен с первыми входами сумматора 4 и СВБ 6 второй ступени 12, а выход второго двухполупериодного выпрямителя 3 соединен с их вторыми входами. Первые входы сумматора 4 и СВБ 6 каждой последующей ступени, начиная с третьей Ь, соединены с выходом умножителя 5, а вторые входы - с выходом СВБ 6 предшествующей ступени. Первыми выходами устройства являются выход (ai) первого двухполупериодного выпрямите.яя 2 первой ступени  и выходы (аз, аз, ..., Зц) сумматоров 6 каждой последующей ступени, вторыми выходами - выходы (62, бз, ..., бп) умножителей 5 каждой
ступени, а третьими выходами устройства, сдвинутыми по фазе пульсаций на -
относительно первых двух, являются выход (BI) второго двухполупериодного выпрямителя 3 первой ступени  и выходы (ва, вз, ..., Вп) СВБ 6 каждой последующей ступени. Умножители 5 предназначены для нормировки к единице выходных сигналов сумматоров 4 и они отличаются один от другого коэффициентами умножения, которые опреде.(1яются по
Г ягУ
формуле: К„ - 2Со5- . С увеличением значения п величина К уменьшается от 0,707 ч2 у
при п  2 до 0,5 при п  00.
Элементы устройства вычислителя модуля квадратурных сигналов вьтолнены по известным правилам и работают по своему функциональному назначению (см., например, Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. 400 схем для АВМ. - М:, Энергия, 1978). Предпочтительным является выполнение усфойства на элементах цифровой техники, в частности, на интегральных микросхемах.
Многоступенчатый вычислите.шь моду.11я квадратурных сигналов работает следующим образом. .пярные квадратурные сигналы с единичными амплитудами, соответственно, косинусоидальной формы а  Cosa и синусоидальной формы b  Sina подаются на входы первого 2 и второго 3 двухполупериодных выпрямителей первой ступени вычисления модуля li. В результате двухполупериодного выпрямления, на их выходах вьзделяются однополярные сигналы с двумя пульсациями за период косинусоиды (синусоиды) с нулевым нижним зфовнем и верхним уровнем, равным 1,0. Они имеют 100% - ю пульсацию. Коэффициент пульсации т модулей, например |а{ и |Ь|, квадратурных сигналов условимся определять с помощью относ1ггельной погрешности вычисления модуля:
т  «  100%,
где Us - ординаты верхних точек диаграмм пульсаций модуля, и„ - ординаты нижних точек диаграмм пульсаций модуля.
Сигналы с выходов двухполупериодных выпрямителей 2, 3 одновременно поступают, соответственно, на первый и второй входы сумматора 4 и СВБ 6 второй ступени Ь. Здесь, в сумматоре 4 сигналы арифметически складываются и в результате суммирования модулей на его выходе вьщеляется модуль четырехпульсащюнного сигнала с верхним и нижним уровнями пульсаций, равными, соответственно, л/2 1,41 и 1,0 (фиг. 2.). Этот сигнал подается в умножитель 5, где после умножения на коэффициент
)-1 ГГ  0,707 нормируется к единичному верхнему уровню с нижним 2
уровнем, равным л/2/2  0,707, и коэффициентом пульсации т - -100%  29,3%.
В СВБ 6 второй ступени Ь сигналы сравниваются между собой и на выход пропускается тот из них, величина которого в данный момент времени больше величины другого. При этом на выходе СВБ 6i вьщеляепгся модуль четырехпульсационного сигнала с нижним и верхним
уровнями, равными, соответственно, л/2/2  0,707 и 1,0, и коэффициентом пульсации т2  29,3% (фиг. 3). Максимумы пульсаций модулей на выходах сумматора 4 и СВБ 6 сдвинуты по отношению друг к другу на угол а  я/4  45°. Действительно, сигнал на выходе сумматора С  jCosaj + |Sina|. Продифференцировав это выражение, приняв производную С  О и перегруппировав члены, получим jCosa|  |Sina|, что имеет место при а  71/4.
Далее эти сигналы одновременно подаются, соагаетственно, на первые и вторые входы сумматора 4 и СВБ 6 третьей ступени 1з. В результате суммирования сигналов на выходе сумматора 4 выделяется восьмипульсационный модуль с верхним уровнем, равным 1,848, нижним уровнем, равным 1,707, и коэффициентом пульсаций
Wj  --100%  7,6% (фиг. 4). После умножения в умножителе 5 на коэффициент
К  ICos-  0,541 модуль приобретает верхний уровень, равный единице, нижний
V2 у уровень, равный 0,924, и коэффициент пульсаций т -100%  7,6% (фиг. 5). В
результате сравнения величин входных сигналов, поступающих из второй ступени Ь, на выходе СВБ 6 третьей ступени 1з также выделяется восьмипульсационный модуль с
LO-0924
верхним уровнем, равным единице, нижним уровнем, равным 0,924, и коэффициентом пульсаций тз  7,6% (фиг. 6). Максимумы пульсаций («горбушки) модулей на выходах умножителя 5 и СВБ 6 сдвинуты относительно друг друга на угол а  зг/8  22,5°. Эти сигналы одновременно подаются соответственно, на первый и второй входы сумматора 4 и СВБ 6 четвертой ступени U. В результате с)гммирования сигналов на выходе сумматора 4 вьщеляется шестнадцатипульсационный модуль квадратурных сигналов с верхним уровнем, равным 1,962, нижним уровнем, равным 1,924, и коэффициентом пульсаций
1 962 -1924 /«4  -100%  1,9% (фиг. 7, где для большей наглядности изображены диаграммы
пульсаций модуля за половину периода колебаний напряжения на входе устройства). После
нормировки в умножителе 5 путем умножен1ш на коэффициет- 4  2Cos-  0,509
модуль приобретает верхний уровень, равный 1,0, нижний уровень, равный 0,981, и коэффициент пульсаций /и  1,9% (фиг. 8). Такие же параметры имеет модуль квадратурных сигналов и на выходе СВБ 6, а максимумы пульсаций сдвинуты относительно «горбушек на выходе умножителя 5 на угол а  71/16  11,25° (фиг. 9). Далее эти сигналы подаются в пятую ступень Is, на выходе которой, в результате аналогачно описанной обработки, вьщеляется 32-пульсационн1лй модуль, который после нормировки имеет верхний уровень, равный 1,0, нижний уровень, равный 0,995, и коэффициент пульсаций т 0,48% (фиг. 10, 11). Процесс вычисления модуля квадратурных сигналов заканчивается в последней, п-ой ступени.
Ниже приведены формулы для вычисления основных параметров пульсационных модулей квадратурных сигналов на выходах сз мматоров 4 и выходах каждой ступени:
а)верхний уровень модуля на выходе сумматора: С/в
б)нижний уровень модуля на выходе сумматора: 7„  1 + Cos-- ;
в)нижний уровень модуля на выходах умножителя и СВБ: /„  Со5-;
г)коэффициент умножения умножителя: К„ - 2Cos-
ю 10/ из
f
(
V2 J
е) коэффициент пульсаций модуля;  -Cos- 100%.
7f
Результаты определения параметров модулей квадратурных снгналов для первых семи ступеней, а также в случае п  QO, приведены в таблице.
Как видно из таблицы, величина коэффициента пульсаций модуля довольно быстро снижается до приемлемого значения уже после седьмой ступени вычисления. При w  с
Таблица
вьиислитель становится идеальным, т. е. пульсации напряжения на всех трех выходах последней ступени In отсутствуют.
Заявленное устройство обладает широкими функциональными возможностями. Поскольку оно имеет п ступеней и Зхп выходов (за исключением первой ступени, имеющей два выхода), то потребитель может выбрать необходимое количество ступеней, а также необходимое количество выходов. Использование полетной модели позволяет получить модуль квадратурных сигналов с заданным, сколь угодно малым значением коэффициента пульсаций.