Цифровой приемник оперативного измерения частоты с устройствами выборки хранения и линией задержки
DIGITAL RECEIVER FOR RAPID MEASUREMENT OF FREQUENCY WITH STORAGE SAMPLING DEVICES AND DELAY LINE

Известен цифровой приемник оперативного измерения частоты [1]. Недостатками устройства являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку на трех различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине. Кроме того, потери в смесителе ограничивают чувствительность цифрового приемника.
Также известен цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией комплексного сигнала [2]. Недостатками данного метода являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку синфазного и квадратурного сигналов на двух различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине и широкополосном фазовращетеле с низкой фазовой ошибкой. Кроме того, потери в смесителях ограничивают чувствительность цифрового приемника.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией задержанного в линии задержки и незадержанного действительного сигнала [3]. Входной сигнал делится на две равные части, первая часть задерживается в линии задержки на некоторое время τ и подается на первый АЦП (аналого-цифровой преобразователь), вторая часть подается на второй АЦП непосредственно. По полученным на первом и втором АЦП цифровым отсчетам вычисляются амплитудный и фазовый спектры задержанного и незадержанного входного сигнала.
Недостатком данного приемника является узкая полоса рабочих частот, которая ограничивается аналоговой полосой пропускания АЦП.
Техническим результатом изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника. Целью изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника.
Заявленный достигается тем, что в цифровой приемник оперативного измерения частоты, состоящий из синфазного делителя мощности, второй выход которого соединен  со входом линии задержки, первого и второго АЦП, выходы которых соединены с вычислительным устройством, тактового генератора, тактирующего первый и второй АЦП, дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем первый выход синфазного делителя мощности соединен со входом первого устройства выборки-хранения, выход линии задержки соединен со входом второго устройства выборки-хранения, выходы первого и второго устройств выборки-хранения соединены со входами первого и второго АЦП соответственно, сигнал тактирования на устройства выборки хранения поступает от тактового генератора, тактирующего АЦП.
На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового приемника оперативного измерения частоты с устройством выборки хранения и линией задержки. Устройство содержит: синфазный делитель СВЧ мощности 1, устройство тактирования 2, линию задержки 3, устройства 4 и 5 выборки-хранения, АЦП 6 и 7, вычислительное устройство 8.
s
ph
ph
s
ph
s
corr
s
ph
corr
s
Цифровой приемник оперативного измерения частоты с устройствами выборки-хранения и линией задержки работает следующим образом. Входной сигнал делится на две равные по мощности части в синфазном делителе СВЧ мощности 1. Первая часть поступает в устройство выборки-хранения 4. Вторая часть сигнала поступает в линию задержки 3, где задерживается на время τ. С выхода линии задержки 3, сигнал поступает на устройство выборки-хранения 5. Устройства выборки хранения 4 и 5 по фронту тактового сигнала с частотой f от устройства тактирования 2 производят выборку входного сигнала, по срезу тактового сигнала переходят в режим хранения и хранят выбранное значение до поступления очередного фронта тактового сигнала от устройства тактирования 2. Напряжения на выходе устройств выборки-хранения 4 и 5 поступают на входы АЦП 6 и 7 соответственно. По срезу тактового сигнала АЦП 6 и 7 начинают преобразование. Цифровые отсчеты от АЦП 6 и 7 поступают в вычислительное устройство 8, которое вычисляет амплитудный спектр сигнала, осуществляет поиск максимума и по нему оценивает частоту входного сигнала. При этом если частота входного сигнала превышает половину частоты следования тактовых импульсов от устройства тактирования 2, происходит наложение спектров [4] и сигнал преобразуется в первую зону Найквиста-Котельникова. Возникает неоднозначность измерения частоты, которая может быть разрешена с помощью способа, описанного в [3]. Для этого по отсчетам АЦП 6 и 7 вычислительное устройство 8 вычисляет фазовый спектр входного сигнала, находит разность фаз ∆φ между фазовыми спектрами от АЦП 6 и 7 на частоте, соответствующей положению максимума на амплитудном спектре. Далее по выражению f=∆φ/τ определяется оценка частоты входного сигнала [3], где τ – время задержки линии задержки. Из полученной оценки f следует несколько раз последовательно вычесть f, пока f не станет меньше f/2. Действительное значение частоты входного сигнала можно вычислить по выражению f=f+nf, где f – частота, соответствующая максимуму на амплитудном спектре сигнала, n – число произведенных вычитаний. Если для f получено отрицательное значение, то действительное значение частоты входного сигнала можно вычислить по выражению f=−f+nf.
Введение устройств выборки-хранения перед АЦП позволяет существенно расширить диапазон измеряемых устройством частот. Диапазон входных частот современных устройств выборки-хранения простирается как минимум до 27 ГГц [5].
Список использованных источников
1. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of real signals. Патент США на изобретение №5099194.
2. Tsui J.B.Y., Sanderson R.B. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of complex signals. Патент США на изобретение №5099243.
3. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Instantaneous frequency measurement receiver with bandwith improvement through phase shifted sampling of real signals. Патент США на изобретение №5109188.
4. Elbornsson, J. Blind Equalization of Time Errors in a Time-Interleaved ADC System/J. Elbornsson, F. Gustafsson, J. -E. Eklund//IEEE Transactions on signal processing. – 2005. - №4. – VOL53. – pp. 1413 – 1424
5. Lin, Y. -A. A 27-GHz 45-dB SFDR track-and-hold amplifier using modified Darlington amplifier and cascoded SEF in 0.18-um SiGe process/Y. –A. Lin, Y. –C. Yeh, H. –Y. Chang// IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). – 2017. – pp. 137 - 140