Способ сдвига частоты сигнала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 юЯОии 138 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ йд ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56). Авторское свидетельство СССУ 259266, кл. С 01 К 25/00, 1968Авторское свидетельство СССРВ 534860, кл. Н 03 К 7/00, 1975.(54) СПОСОБ СДВИГА ЧАСТОТЫ г СИГНАЛА 57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах связи, где необходимо однополосное преобразование частоты сигнала. Целью изобретения является сохранение исходной формы сигнала с заданной частотой Г. Устройство, реализующее способ, содержит блок 1 управления, имеющий импульсные 1-11-6 и кодовые 1-7 - 1-9 выходы и входы, являющиеся входными шинами частот Е и Р устройства, два идентичных блока 2 и 2 преобразования,хПроизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ил 3 1 р 1 Заказ 1299/53 Тираж 928 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб. д, 4/5 15 761 содержащих по два канала 2,1 и 2.2 преобразования, каждый из которых имеет сигнальные 2-1 - 2-2 и 2-3, управляющие 2-4 и 2-5, запрещающий 2-6 и кодовый 2-7 входы, сумматор 3, соединенный своими входами с выходами каналов, а выходом - через Фильтр 4 с выходом устройства, и умножители 5 и 6 частоты. Способ предусматривает выполнение операций, обеспе 383459чивающих практически неискаженную передачу формы исходного сигнала, воэможность сдвига частоты до Г/2 как вверх, так и вниз по отношению к частоте Г исходного сигнала, и может найти применение в радиоэлектронике, связи,радиолокации и измерительной технике. Работа устройства поясняется по временным диаграммам, приведенным в описании изобретения. 6 ил.Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использованов устройствах связи, измерительнойтехнике и других областях где необУ5ходимо однополосное преобразованиечастоты сигнала,Цель изобретения - сохранениеисходной Формы сигнала с частотойНа. Фиг. 1 показаны временные диаграммы, поясняющие предлагаемыйспособ; на фиг. 2 - структурнаяэлектрическая схема устройства, ре,ализующего способ; на фиг. 3структурная электрическая схема блока 15управления (коммутатор находится вположении, соответствующем сдвигучастоты сигнала вниз; на фиг4 -отдельные блоки, входящие в составустройства; на фиг. 5 и б - временныедиаграммы, поясняющие работу устройства.Из исходного сигнала (ИС) частотый (Фиг. 1) выделяют две последовательности периодически следующих его отрез ков (сигналы ПС 1 и ПС 2, Фиг. 1). Длительности радиоимпульсов в прерывистых сигналах ПС 1 и ПС 2 выбирают кратными целому числу периодов ИС поддействием вспомогательного сигнала(ВС) (не показан) Если период следования ВС составляет И периодов ИСто длительности ПС 1 и ПС 2 выбирают,, например, равными (31)Х, при сдвигечастоты ИС вниз (Фиг. 1 а), и (В+1)Г,при сдвиге частоты вверх (фиг. 16).Сигналы ПС 1 и ПС 2 "растягивают"(Фиг, 1 а) или "сжимают" (фиг. 16) иодновременно задерживают во времени,В результате этого получают видоМ. Мизмененные сигналы ПС 1 и ПС 2 , имеющие скважность, равную двум, при суммировании которых получают искомыйФнепрерывный сигнал ИС сдвинутой частоты Е = (Мф 1)Е/И (знак "+" соответствует сдвигу вверх).Способ реализуют с помощью устройства (фиг. 2), содержащего блок 1 управления, имеющий импульсные 1-1, 1-2 - 1-6 и кодовые 1-7 - 1-9 выходы и входы, являющиеся входными шинами частот Г и Р устройства, два идентичеых блока 2 и 2 преобразования, содержащих каждый по два канала 2,1 и 2,2 преобразования, каждый из которых имеет сигнальные 2-1 - 2-3, управляющие 2-4 и 2-5, запрещающий 2-6 и кодовый 2-7 входы, сумматор 3, соединенный своими входами с выходами каналов, а выходом - через фильтр 4 с выходом устройства, и умножители 5 и 6 частоты.Умножитель 5 включен следующим образом. Его сигнальный вход соединен с шиной Е устройства и вх 8 дами 2-1 блоков 2 и 2 , а выход - с сигнальным входом умножителя 6 и входами 2-2 блоков 2 и 2 . Умножитель 6 имеет два управляющих входа, соединенных с выходами 1-7 и 1-8 блока 1, Выход умножителя б соединен с входом 2-3 блоков 2 и 2 преобразования и дополнительным входом Г блока 1. Входы 2-7 обоих каналов блоков 2 и%2 объединены и подключены к выходам соответственно 1-9 и 1-7 блока 1.Выходы блока 1 соединены с остальными входами каналов 2,1 и 2.2 вМблоке 2 и каналов 2 .1 и 2 .2 вМблоке 2 следующим образом. Выход 1-2 соединен с входами 2-5 канала 2.1 и входом 2-6 канала 2 .1, выход1-1 с входом 2-4 канала 2.1, выход 1-4 - с входом 2-5 канала 2.2 и входом 2-6 канала 2 .2, выход 1-3 - с входом 2-4 канала 2.2 выход 1-5 - с входом 2-5 канала 2 .1 и входом 2-4 канала 2".2, выход 1-6 - с входом 2-4 канала 2 .1 и входом 2-5 канала 2 .2.Входы 2-6 каналов 2.1 и 2.2 сво ,бодны. Каждый канал содержит амплитудный 7.и частотный 8 манипуляторы, аналоговый регистр 9 сдвига, коммутатор 10 и элемент ЗАПРЕТ 11, Входы элемента 11 являются входами 2-5 и 15 2-6 канала, а его выход соединен с одним (8-1) из модулирующих входов манипулятора 8. Вход 2-4 канала соединен с модулирующими входами манипуляторов 7 и 8. Сигнальный вход 2-1 20 канала через манипулятор 7 соединен с сигнальным входом 9- регистра 9. Выход манипулятора 8 соединен с тактовым входом 9-2 регистра 9, выходы которого соединены с входами 25 коммутатора 10, управляющий вход и выход которого являются входом 2-7 и выходом канала соответственно.Блокуправления (фиг, 3) содержит измеритель 2 периода ( У ) ВС, 30 формирователь 13 коротких импульсов, кодоуправляемые формирователи 14.1- 14.4 импульсов, каждый из которыхимеет три входа и один выход, арифметическое устройство 15, элемент 16 сравнения кодов, триггер 17, логические элементы И 18 и 19 и переключатель 20 (двухпозиционный на пять направлений).40Сигнальный вход частоты й блока 1 через формирователь 13 соединен с первыми входами измерителя 12 Формирователей 14.1 и 14.2, а сигнальный вход частоты Р - с вторым входом из мерителя 12, Выход измерителя 12 представляет собой кодовую шину, ко-. торая соединена с вторыми входами формирователей 14.1 и 14.2 и входом устройства 15. Первые и вторые входы формирователей 14.3 и 14.4 соединены соответственно с дополнительным сигнальным входом Г блока 1 и шиной К. Выход формирователя 14.1 и третьи входы формирователей 14.1, и 14.2 объединены и соединены с входом триггера 17Входы элемента 16 (кодовые шины) соединены с выходами переключателя 20 и формирователя 14.2. Выходы триггера 17 соединены с первыми входами элементов 18 и 19, входами коммутатора 20 и с третьими входами формирователей 14.3 и 14,4. Вторые входы элементов 18 и 19 подключены к выходу элемента 16. Выходы элементов 19 и 18 являются выходами 1-1 и 1-3 блока 1. Выходы формирователей 14.3 и 14,4 соединены с коммутатором 20, выходы которого являются выходами 1-2 и 1.-4 - 1-6 блока 1. Вход и выход устройства 15 являются выходами 1-7 и 1-8 блока 1, Кроме того, выход устройства 15 соединен через коммутатор 20 с выходом 1-9 блока 1.Манипулятор 8 (фнг. 4 е) и элемент 11 (фиг. 4 д) выполнены на логических элементах И и ИЛИ. Аналоговый регистр 9 сдвига реализуется на микросхеме (ПЗС-регистр сдвига) и формирователе тактовых импульсов (фиг. 4 ж). Коммутатор 10 (фиг. 4 з) - кодоуправляемый коммутатор. Элемент 16 (фиг. 4 б) элемент сравнения кодов Л и Б. Формирователи 14.1-14.4 выполнены на счетчиках с регулируемым коэффициентом деления, либо на счетчике с предустановкой и на формирователе, установленном на выходе "7" микросхемы (фиг, 4 а). Последний формирует импульс записи кода М, присутствую" щего на втором (кодовом) входе формирователя. Для формирователя 14.1 указанный формирователь-.инвертор, для формирователя 14,2 - также инвертор, последовательно с которым включается (при необходимости) регулируемый элемент задержки, а для формирователя 14.3 .(14,4) - формирователь короткого импульса, последовательно с которым включен (при необходимости) элемент регулируемой задержки.Емкость счетчиков формирователей14.1-14.4 выбрана не менее, чем в двараза больше максимально возможногозначения числа Я. Для формирователя14.1 выходом является выход переполнения (Р) микросхемы, для формирователя 14,2 - выходы всех разрядов,для формирователей 14.3 и 14.4 - выход старшего разряда. Измеритель 12является фактически преобразователемв код ( В) периода ВС частоты . РВ первом режиме выполняется сдвиг частоты 1 ИС вниз, во втором - вверх. Каждому режиму соответствует вполне определенное число и длительности выходных сигналов блока 1 управления и частоты выходных сигналов умножителей 5 и 6 частоты, Режим устанавливается внешним сигналом (не показан), который возцействует на пере ключатель 20 блока 1. Под действием ИС частоты Г и ВС частоты Р в блоке 1 управления период (1/Р) второго сигнала квантуется импульсами первого (К), в результате чего формиру ется код И=У/Р (где И - целое число), Кроме того, вырабатываются последовательности видеоимпульсов ВИ 1 1, ВИ 12,ВИ 41 и ВИ 42 и кодовые сигналы - коды чисел К, И, = 0-1 (либо М = И+1) и 20 И = В (либо И := 1) при сдвиге, частоты вниз (вверх).С помощью умножителей 5 и 6 частоты формируют короткие импульсы, частоты которых устанавливают под дей ствием кодов К, И и И, равнымиЕ = КЙ и Г = Н, .Г,/Б, В каждом канале устройства выполняется преобразование ИС под действием соответствующей пары выходных сигналов 30 блока 1 управления и выходных сигналов умножителей 5 и 6. Преобразование ИС в канале, например 2.1, сводится к следующему. С35 помощью манипулятора 7 под действием видеоимпульса на входе 2-4 (ВИ 11, фиг. 5) ИС на входе 2-1 преобразуется в радиоимпульс (РИ) той же длительности и частоты следования, 40 что и видеоимпульс (ВИ 1, фиг. 5). Сформированный РИ поступает на вход 9-1 аналогового регистра 9 сдвига, На выходе манипулятора 8 формируется частотно-манипулированный оигнал45 (например, сигнал ЧИС 1, фиг, 5) путем перемножения выходнйх импульсов умножителей 5 и 6 с соответствующим видеоимпульсом (ВИ 11 либо ВИ 12, на Фиг. 5) и последующего логического суммирования результирующих сигналов. Частотно-манипулированный сигнал (ЧМС 1, фиг, 5) управляет работой регистра 9, поступая на его тактовый вход 9-2. При этом, на одном из выходов регистра 9, который через управляемый кодом.И коммутатор 10 подключен к выходу канала, формируется РИ (РИ 12, Фиг. 5), частота заполнения которого смещена относительно Г. Преобразование сигнала в других каналах выполняется аналогично. На их выходах формируются также РИ смещенной (сдвинутой) частоты заполнения и их (РИ) временное положение, задаваемое видеоимпульсами сблока управления, такое, что при последующем суммировании в сумматоре 3 и Фильтрации фильтром 4 формируется непрерывный (без пропусков и наложений) сигнал.При сдвиге частоты вниз для реализации процесса формирования сигнала сдвинутой частоты достаточно блока 2 преобразования. Причем, во второмканале 2.2 блока 2 формируется сиг-, нал РИ 12, сдвинутый во времени на длительность первого РИ 12. При сдвиге вверх в процессе участвуют оба блока 2 и 2 . Причем, в канале 2.1 блока 2 формируется РИ 12 (Фиг. 5 б), а в канале 2.1 блока 2 ф - РИ 32 (фиг, 5 б), которое в сумме образует сигнал ПС 1 (фиг. 1 б). С помощью остальных каналов блоков 2 и 2" формируется сигнал ПС 2 (фиг, 1 б). Последний формируется аналогично ПС 1 , но под действием(других пар сигналов с выходов блока 1, которые сдвинуты во времени на ВЯ по отношению к первым (участвующим в формировании ПС 1 ) парам.На входы 2-6 каналов блока 2 подаются дополнительно сигналы с выходов 1-2 и 1-4 блока 1 соответственно,поскольку аигналы ВИ 32 и ВИ 42 формируются в каналах узла 24 с помощью элементов ЗАПРЕТ 11, В остальном работа каналов 2 .1 и 2 .2+ ,происходит аналогично каналам, 2.1 и 2.2. Элементы ЗАПРЕТ 11 необходимы лишь для общего случая выбора временного положения сигналов ВИ 12 и ВИ 22, а для частного случая (фиг. 5) указанные дополнительные сигналы не нужны. В блоке 1 управления формируются первый видеоимпульсный сигнал (ВИС 1), в виде коротких импульсов с помощью формирователя 13, управляющий сигнал (УС) - в виде кода Б = Г/Р с помощью измерителя 12 и второй видеоимпульсный сигнал (ВИС 2) в виде шести видео- импульсных последовательностей - с помощью остальных узлов. Под действием ВИС 1 с выхода формирователя 13 и ВС частоты Р в измерителе 12 изме7 13834 ряется период 1/Г ВС.путем подсчета числа импульсов ВИС 1 на одном периоде ВС. Работа остальных узлов блока. 1 осуществляется под действием ВИС 1 и кода И. На выходах 1-1 1-6 формируются соответственно сигналы ВИ 11, ВИ 12, ВИ 21, ВИ 22, ВИ 31 и ВИ 41 (сигналы ВИ 32 и ВИ 42 формируются в каналах блока 2 из сигналов ВИ 31 и ВИ 41). С помощью формирователя 14.1 и триггера 17 формируются два сигнала типа "меандр" (ВИ 12 и ВИ 22, фиг. 6 а, или то же самое, ВИ 41 и ВИ 31, фиг. 66), которые коммутируются с помощью переключателя 20 либо на выходы 1-2 и 1-4 (при сдвиге К вниз), либо на выходы 1-5 и 1-6 блока 1. Сигналы ВИ 11 и ВИ 21 формируются с помощью формирователя 14.2, элемента 16 и арифметического Устройства 15.В устройстве 15 число И преобразуется в число И, = И + 1 .(знак при сдвиге й вниз). На один вход элемента 16 (вход А) поступает код 25 И (И = И, при сдвиге Г вниз и И = 1 при сдвиге Е вверх) с выхода коммутатора 20. На второй вход элемента 16 (вход Б) поступает выходной код формирователя 142. Значение последнего изменяется во времени от 0 до И под действием импульсов ВИС 1, В элементе 16 выполняется сравнение кодов входных чисел, при этом на его выходе (выход Б А микросхемы, фиг. 56) формируется ВИ, длительность которого равна И периодам ВИС 1 (т.е. ВИ длительностью И/Е либо 1 Д), а частота следования - И/Г; В элементах 18 и 19 выполняется перемножение выходных 40 сигналов элемента 16 и триггера 17, в результате чего частота следования ВИ с выхода элемента 16 уменьшается вдвое, а на выходах элементов 18 и 19 (выходах 1-1 и 1-3 блока 1) формируются45 сигналы ВИ 21 и ВИ 11 (фиг. 6).Сигналы ВИ 12 и ВИ 22 (фиг, 66) в режиме "Сдвиг Г вверх" формируютсяс помощью формирователей 14.3 и 14.4 соответственно, которые работают в режиме вычитания. Каждый формирова 50 тель управляется сигналом с соответствующего выхода триггера и кодом К. По окончании сигнала с выхода тригге- ра 17 в формирователь записывается число к = ЕД . Под действием импульсов, поступающих на счетный вход, число И уменьшается до О. При этом в момент установки счетчика формиро 59 8вателя в "0" формируется срез выходного счетчика сигнала счетчика. Сформированные таким образом ВИ 12 и ВИ 22 через переключатель 20 поступают (в режиме сдвига частоты вверх) на выходы 1-4 и 1-2 блока 1 соответственно.Процесс сдвига частоты заполнения РИ выполняется в регистре 9 в два такта.В течение первого такта (интервал времени между первым и вторым импульсами сигнала ВС, фиг. 5) на входы 9-1 и 9-2 регистра 9 синхронно поступают РИ 1 и ЧМС 1 (фиг. 5 а), При этом, под действием каждого импульса ЧМС 1 в первый разряд регистра 9 записывается в виде зарядового пакета мгновенное значение РИ 1, соответствующее этому импульсу, а ранее записанные мгновенные значения смещаются на один разряд в направлении к концу АРС. Таким образом, к приходу последнего импульса ЧМС 1, действующего в 1-м такте в разрядах АРС, оказывается записанным весь РИ 1, точнее предоставляется в виде дискретной копии, т.е. отдельными значениями, соответствующими моментам действия импульсов ЧМС 1. Кроме того, РИ 1 оказывается записанным в первые и = 1(И) разрядов регистра (здесь 1 = Г, /Г).В течение второго такта (фиг. 5, интервал времени между вторым и третьим импульсами сигнала ВС) импульсы ЧМС 1 вновь, поступая на регистр 9, вызывают продвижение всех выборок (записанных в первом такте) к концу, т.е. с приходом каждого импульса на тактовом входе выборки РИ 1 смещаются на один разряд в сторону конца регистра 9. С помощью коммутатора 10 на выход канала включается и -й разряд либо, что то же самое, И,-й выход регистра 9. На этом выходе в течение второго такта поочередно возникают выборки (мгновенные значения) РИ 1, начиная с 1-й и кончая последней, в результате чего формируется РИ (РИ 12, фиг. 5 а). Последний имеет большую (при сдвиге частоты вниз) длительность, равную продолжительности второго такта, вследствие различия частот Й, и Й (Г ) Г при сдвиге частоты вниз), что равносильно сдвигу частоты.Одним из основных преимуществ предлагаемого способа по сравнению1383459 1032 кГц - 1,024 МГц. Верхняя граничная частота Г тсоставляет100 МГц для современных АРС.%Таким образом, благодаря практически неискаженной передаче формыисходного сигнала, возможности сдвигачастоты (до й/2) как вверх, так ивниз по отношению к частоте Г исход 10 ного сигнала, предлагаемый способможет найти применение в радиоэлектронике, связи, радиолокации, измерительной техникеи т.п.15 формула изобретения с известным является то, что форма сигнала сдвинутой частоты целиком определяется формой исходного периодического сигнала. Это следует из линейности операций, выполненных под исходным сигналом, Так динамический диапазон амплитудного манипулятора с помощью которого выполняется операция прерывания исходного сигнала составляет 60 дБ, если его выпол,нить на аналоговом ключе. Динамический диапазон аналогового регистра сдвига, с помощью которого выполня,ется задержка исходного сигнала, гакже составляет 60-70 дБ.Кроме того, согласно предлагаемому способу возможен сдвиг частоты как вверх, так и вниз по отношению к частоте Е .исходного сигнала, Дей-,20 ствительно, частота сигнала, полученного согласно предлагаемому способу, опредепена выражением ГЫ, 1 1г 5- Г = -=- Й 1 с = Г+ - (здесьМ1 Ю Жвторое слагаемое определяет собой сдвиг частоты). Аналогичное выражениеМ. для известного способа, Г = Й -- =Ий + Г /(И), показывает невоэможность сдвига частоты вниз.Для предлагаемого способа минимальное значение В равно В.в . 2, что соответствует максимальному сдви гу частоты, равному И 2, а максимальное значение И определяется "длиной" регистра 9, т,е. числом его разрядов (и) в соответствии с Б, = пй, .где К - число выборок, выделяемых на 40 одном периоде исходного сигнала или, то же самое, 1 с = ГЛ . Диапазон частот исходного сигнала определяется диапазоном (Кт-) рабочих тактовых частот регистра в 45соответствии с (1 минмакс )(- у), Для регистра1выполненного на основе микросхемы,и = 512, а (Ет мпн гт мокс ) Способ сдвига частоты Е сигнала под действием вспомогательного сигнала с частотой Р, включающий формирование прерывистого сигнала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сохранения исходной формы сигнала с частотой Е., формируют две последовательности прерывистого сигнала из сигнала с частотой Г, при этом прерывистый сигнал первой последовательности формируют начиная с момента прихода каждого нечетного импульса последовательности вспомогательного сигнала с частотой Р, прерывистый сигнал второй последовательности формируют начиная с момента прихода каждого четного импульса последовательности вспомогательного сигнала с частотой Р, причем длиФтельность прерывистого сигнала в обеих последовательностях составляет либо в случае сдвига частоты Г сигна ла вверх (0+1)/Е, а длительности прерывистых сигналов линейно сжимают затем до длительности 1/Р, либо в случае сдвига частоты Е сигнала вниз (И) /Е, а длительности прерывистых сигналов линейно расширяют затем до длительности 1/Р, где М - целое число, равное И = К/Р, и одновременно с сжатием и расширением прерывистых сигналов их задерживают на время 1/Р, после чего последовательности суммируют.