Формирователь частотно-модулированных сигналов

(54) Ф ЛИРО (57) Из и мож щих и рител изобр част ных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И СТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Рабиновитц С,Дж., Гейджер Ч,Х., Брукнер Э., Мюэ Ч.Э. и Джонсон Ч,М. Цифровыеметоды в радиолокации. - ТИИЭР, т,73, М 2,февраль 1985, с 182-186 ОРМИРОВАТЕЛЬ ЧАСТОТНО-МОДУ- ВАННЫХ СИГНАЛОВобретение относится к радиотехнике ет использоваться в радиопередаюрадиоприемных устройствах, в измеьной технике и связи. Целью етения является увеличение девиации ы и уменьшение уровня модуляционскажений формируемых частотно-морованных сигналов (ЧМ). Формирователь ЧМ-сигналов содер)кит счетчик 1, первый, второй, третий блоки постоянного запоминания (ПЗУ) 2. 6. 8, первый, второй, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 10, 12, 17, 3, первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ) 21, 4, регистр 5 памяти. делитель 7 частоты, опорный генератор 11, комбинационный сумматор 9, блок 13 памяти, первый и второй балансные модуляторы 14, 16, формирователь 15 квадратурных составляющих опорного сигнала, аналоговый сумматор 18, второй смеситель 19, первый смеситель 23, первый, второй и третий полосовые фильтры 26, 22, 20, регулируемый усилитель 24 и перестраиваемый генератор 25. Цель достигается использованием двойного преобразования частоты, а также модуляцией огибающей формируемых ЧМ-сигналов в аналоговом виде на промежуточной частоте, 2 ил.510 15 20 30 35 50 55 Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в радиопередающих.и радиоприемных устройствах, в измерительной технике и связи.Известен цифровой синтезатор линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, содержащий последовательно соединенные первый накопитель, комбинационный сумматор, второй накопитель, блок постоянного запоминания (ПЗУ), первый цифроаналоговый преобразователь(ЦАП), первый фильтр, первый перемножитель, блок аналогового суммирования и паласовой фильтр, а также последовательно соединенные второй ЦАП, второй фильтр и второй перемножител ь.Недостатком устройства является высокий уровень паразитн ых сосга вля ющих в спектре выходного сигнала.Наиболее близким к предлагаемому является цифровой генератор сигналов, содержащий первый, второй и третий блоки ПЗУ, первый и второй цифровые перемножители, первый и второй ЦАП, первый и второй балансные преобразователи, опорный генератор и формирователь квадратурных составляющих опорного сигнала,Основными недостатками этого устройства являются малое значение девиации частоты и высокий уровень модуляционных искажений выходных сигналов,Целью изобретения является увеличение девиации частоты и уменьшения уровня модуляционных искажений формируемыхЧМ сигналов,Поставленная цель достигается тем, что в цифровой генератор сигналов, содержащий последовательно соединенные первый блок постоянного запоминания и второй блок постоянного запоминания, последовательно соединенные первый цифроаналоговый. преобразователь, первый балансный преобразователь и блок аналогового суммирования, последовательно соединенные опорный генератор и формирователь квадратурных составляющих опорного сигнала, последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и второй балансный преобразователь, а также третий блок постоянного запоминания, при этом первый выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом третьего блока постоянного запоминания, первый выход формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соединен с другим входом первого балансного преобразователя, второй выход формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соединен с другим входом второго балансного преобразователя, выход которого соединен с другим входом блока аналогового суммирования, дополнительно введены делитель частоты и счетчик, выход которого соединен с входом первого блока постоянного запоминания, последовательно соединенные первый паласовой фильтр, первый смеситель, узкополосный фильтр, регулируемый уСилитель, второй смеситель и второй паласовой фильтр, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные третий цифроаналоговый преобразователь и первый фильтр нижних частот, выход которого подключен к другому вхсду регулируемого усилителя, по следовательно соединенные регистр памяти, комбинационный сумматор, блок памяти, четвертый цифроаналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот и перестраиваемый генератор, выход которого соединен с другими входами первого и второго смесителей, при этом первый выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом регистра памяти и с другим входом комбинационного сумматора, другой выход первого блока постоянного запоминания соединен с входом третьего цифроаналогового преобразователя, выход второго блока постоянного запоминания соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход третьего блока постоянного запоминания соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, другой выход опорного генератора соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с тактовыми входами счетчика, первого, второго и третьего блоков постоянного запоминания, регистра памяти, блока памяти, первого, второго, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей, кроме того, выход блока аналогового суммирования соединен с входом первого полосового фильтра,На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя частотно-модулированных сигналов; на фиг, 2 - графики законов изменения частоты, поясняющие принципы работы устройстваНа схеме изображены счетчик 1, первый блок ПЗУ 2, третий ЦАП 3, первый фильтр 4 нижних частот (ФНЧ), регистр 5, второй блок 6 ПЗУ, делитель 7 частоты, третий блок 8 ПЗУ, комбинационнь 1 й сумматор 9, первый ЦАП О, опорный генератор 11, второй ЦАП 12, блок 13 памяти, первый балансный преобразователь 14, формирователь 15 квадратурных составляющих опорного сигнала, второй балансный преобразователь 16, четвертый ЦАГ 17, блок 18 аналогового суммирования, первый смеситель 19, узкаполосный фильтр 20, второй ФНЧ 21, пер5 10 15 20 вый полосовой фильтр 22, второй смеситель 23, регулируемый усилитель 24, перестраивэемый генератор 25, второй полосовой фильтр 26.Устройство работает следующим образом,При включении питания счетчик 1 находится в нулевом состоянии, Гармонические колебания частотой 10 г опорного генератора 11 поступают на делитель 7 частоты, в котором частота колебаний уменьшается до 1 г и колебания преобразуются в последовательность импульсов с амплитудой, определяемой используемой элементной базой, С выхода делителя 7 частоты тактовые импульсы поступают на тактовые входы счетчика 1, регистра 5 памяти, первого 2, второго 6 и третьего 8 блоков ПЗУ первого 10, второго 12, третьего 3, и четвертого 17 ЦАП, а также на тактовый вход блока 13 памяти. С приходом каждого импульса тактовой частоты 1 на вход счетчика 1 его содержимое увеличивается на единицу и используется для адресации первого блока 2 ПЗУ, Параллельный двоичный код с выхода счетчика 1 поступает на вход адреса первого блока 2 ПЗУ, обеспечивая выборку из первого блока 2 ПЗУ параллельного двоичного кода фазы и параллельного двоичного кода огибающей формируемого ЛМЧ сигнала. Считываемые коды фазы и коды огибающей соответствуют мгновенным значениям фазы и огибающей формируемого ЛМЧ сигнала с начальной частотой Рч и скоростью частотной модуляции Р. Расчет кодов фазы и огибающей формируемых сигналов и запись их в первый блок 2 ПЗУ осуществляется до начала работы устройства, Коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока 2 ПЗУ поступают на вход блока б ПЗУ, в котором осуществляется преобразование кодов фазы в коды амплитуды синусоидального напрякения, Коды амплитуды синусоидального напряжения поступают с выхода блока 6 ПЗУ на вход ЦАП 10, в котором осуществляется преобразование кодов в, аналоговую величину. Синусоидальная составляющая ЛЧМ сигнала с выхода ЦАП 10 поступает на вход балансного преобразователя 14, Кроме того, двоичные коды фазы формируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока 2 ПЗУ поступают на вход блока 8 ПЗУ, в котором осуществляется преобразование кодов фазы в коды амплитуды косинусоидального напряжения, Коды амплитуды косинусоидального йапряжения поступают с выхода блока 8 ПЗУ, на вход .ЦАП 12, в котором осуществляется преобразование кодов в аналоговую величину, Косинусоидальная составляющая ЛЧМ сигнала с выхо 25 30 35 40 45 50 55 да ЦАП 12 поступает на вход балансного преобразователя 16, Опорная частота 10 г генератора 11 поступает на формирователь 15 квадратурных составляющих, с выходов которого квадратурные составляющие поступают на входы первого 14 и второго 16 балансных преобразователей, в которых происходит перенос квадратурных составляющих формируемого ЛЧМ сигнала на ча-, стоту опорного генератора, С выходов балансных преобразователей 14 и 16 квадратурные составляющие формируемого ЛЧМ сигнала поступают на блок 18 аналогового суммирования, на выходе которого формируется ЛЧМ сигнал с одной боковой полосой, Сформированный ЛЧМ сигнал с выхода блока 18 аналогового суммирования поступает на полосовой фильтр 22, который подавляет паразитные спектральные составляющие вне полосы частот формируемого ЛЧМ сигнала. На выходе полосового фильтра 22 формируется ЛЧМ сигнала (фиг. 2,а) Опф 1(1) = Опф 1 соа 2 г(аког г н)1+ - у 31 +121+Хцс(М 3 0 - тЬ,огде Опф 1 - амплитуда сигнала на выходеполосового фильтра 22;. цс (1) - внутриимпульсные частотныеискажения закона изменения частоты сигнала на выходе полосового фильтра 22;т, - длительность формируемого сигнала,С выхода полосового фильтра 22 ЛЧМсигнал поступает на вход смесителя 19. Надругой вход смесителя 19 поступает второйЛЧМ сигнал, формируемый перестраиваемым генератором 25. Управление перестраиваемым генератором осуществляетсяследующим способом, Двоичные коды фазыформируемого ЛЧМ сигнала с выхода блока2 ПЗУ поступа 1 от на регистр 5 памяти и накомбинационный сумматор 9. С приходомкаждого тактового импульса на регистр 5памяти и счетчик 1 текущий код фазы с выхода блока 2 ПЗУ записывается в регистр 5памяти и появляется на его выходе. Одновременно увеличивается на единицу содеркимое счетчика 1, используемое дляадресации блока 2 ПЗУ, и на его первомвыходе формируется очереднсй код фазыформируемого ЛЧМ сигнала, который поступает на регистр 5 и на второй вход комбинационного сумматора 9. В регистре 5происходит инвертирование записанногокода. Таким образом, в течении каждого периода тактовой частоты на первый вход комбинационного сумматора 9 поступает+ Х Ф пг (1 Щ Оо50 где Опг - амплитуда сигнала перестраиваемого генератора 25;пг (1) - внутриимпульсные частотные искажения закона изменения частоты сигнала перестраиваемого генератора 25; пуф - частота настройки узкополосного фильтра 20,Начальная частота сигнала перестраиваемого генератора 25 Ьг = аког - пуф - Рн выбирается несколько меньше начальной чаСтОты тпф 1= тог - Рн сигнала, формируемого инверсный код фазы формируемого ЛЧМ сигнала для предыдущего такта, а на другой вход - код фазы для текущего такта. На выходе комбинационного сумматора 9 формируется код суммы инверсного кода фазы для предыдущего такта и кода фазы для текущего такта. Полученный код суммы эквивалентен разности двух последовательных кодов фазы формируемого ЛЧМ сигнала и эквивалентен текущему коду частоты. Код частоты формируемого ЛЧ М сигнала с выхода комбинационного сумматора 9 поступает в блок 13 памяти, В блоке 13 памяти записаны коды управляющего напряжения для управления частотой перестраиваемого генератора 25. Каждому коду частоты, поступающему на вход блока 13 памяти, соответствует поступающий с выхода блока 13 памяти код управляющего напряжения, Коды управляющего напряжения расчитаны и введены в блок 13 памяти до начала работы устройства (при измерении частотной настроечной характеристики перестраиваемого генератора 25). Коды управляющего напряжения введены в блок 13 памяти с поправкой, обеспечивающей изменение частоты колебаний формируемых перестраиваемым генератором 25 на заданную величину. Коды управляющего напряжения с выхода блока 13 памяти поступают на ЦАП 17, в котором преобразуются в аналоговую величину. С выхода ЦАП 17 управляющее напряжение (для ЛЧМ сигнала оно имеет пилообразную форму) поступает на вход ФНЧ 21, в котором происходит сглаживание управляющего напряжения. С выхода ФНЧ 21 управляющее напряжение поступает на перестраиваемый генератор 25 и изменяет его частоту по закону, соответствующему закону изменения частоты формируемого сигнала (например, по линейному закону), Таким образом, с выхода перестраиваемого генератора 25 на первый 19 и второй 23 смесители поступает ЛЧМ сигнал (фиг, 2,6) 15 20 25 30 35 на выходе полосового фильтра 22, что необходимо для реализации селективных свойств узкополосного фильтра 20, На выходе смесителя 19 формируется демодулированная составляющая Осм 1(1) (фиг, 2,в) РаэНОСтНОй ЧаСтОтЫ Фсм 1= пф 1 афпг СигндЛОВ, поданных на его входыОсм 1(1).:Осм 1 сов(2 л уфт+ 3 4 цс би- о 1Хпг (1)ба) 0 т тоогДе Осм 1 - амплитУДа сигнала на выхоДе смесителя 19,С вь 1 хода смесителя 19 демодулировэнНЫй СИГНаЛ Оом 1(т) ПОСтУПаЕт На УЭКОПОЛОС- ный фильтр 20, Частотные искажения ф цс (1) носят высокочастотный характер и обусловлены ошибками дискретизации при формировании сигнала цифровым методом, а частотные искажения ф пг (1) носят низкочастотный характер и обусловлены нелинейностью модуляционной характеристики перестраиваемого генератора 25. Демодулированный сигнал Осмф) на входе узкополосного фильтра содержит как низкочастотныептак и высокочастотные фцс (т) искажения. Низкочастотные ис- КажЕНИЯ ДЕМОДУЛИРОВа Н НОГО СИГНада Осм 1(С) проходят через узкополосный фильтр 20, а высокочастотные искаженияц, (т) эффективно им подавляются. Следовательно, на выходе узкополосного фильтра 20 формируется сигнал Оуф(1) (фиг. 2,г) Оуф(1) = Оуф сов(2 л фуфс - Гпг (1)с 3 т 0о- 1 Тогде Оуф - амплитуда сигнала на выходе узкополосного фильтра 20.Сигнал Оуф(т) с узкополосного фильтра 20 поступает на регулируемый усилитель 24. На другой вход регулируемого усилителя 24, На другой вход регулируемого усилителя 24 поступаетуправляющий сигнал В(1) с выхода ФНЧ 4, Сигнал В(т) модулирует огибающую формируемого ЛЧМ сигнала по закону, обеспечивающему минимизацию уровня боковых лепестков при обработке. Управляющий сигнал В(т) рассчитывается до начала работы устройства и хранится в блоке 2 ПЗУ, Одновременно с формированием ЛЧМ сигнала двоичные коды управляющего сигнала В(с) с блока.2 ПЗУ поступают на ЦАП 3, в котором преобразуются в аналоговый управляющий сигнал. С выхода ЦАП 3 управ- ляющий сигнал поступает на ФНЧ 4, в котором происходит сглаживание управляющего сигнала, С выхода ФНЧ 4 отфильтрованный управляющий сигнал В 1) поступает на управляющий вход регулируемого усилителя 24. Огибающая сигнала на выходе регулируемого усилителя 24 оказывается промодулированной управляющим сигна лом Я(с)1Ору(т) = йс) Оуф соз 27 г 1 уфт - 3 ф пг (т)с 3 с)о0 Т то10Сигнал Ору(т) регулируемого усилителя 24 поступает на вход смесителя 23. На другой вход, смесителя 23 поступает сигнаг, Опг(с) перестраиваемого генератора 25, На выходе смесителя формируется суммарный ЛЧМ СИГНаЛ Осн 2(С) ЧаСтатЫ Гсга = Гпг+ 1 уфОсм 2 С) = Я 1)Осм 2 СОЗ 2 Т (Фог - Рн - Хуф)1++ - ф 1+ 3пг (с)бс+ 2 л 1 уф 1-3 4 гг (с)сает)-20о о- Й(1)Осм 2 СОЗ 2 (аког - Ен)1 + - 31 1 01 221 о,который поступает на полосовой фильтр 26, 25Полосовой фильтр 26 подавляет паразитныесоставляющие спектра вне полосы частотформируемого сигнала. На выходе полосового фильтра 26 формируется выходнойЛЧМ сигнал(фиг. 2,бкоторый в результате 30двойного преобразования частоты обладаетсущественно меньшими частотными искажениями, уровень которых определяется селективными свойствами и полосойпропускания узкополосного фильтра 20, 35Низкочастотные модуляционные искажения ) ф пг (1)сй компенсируются при второмопреобразовании частоты в смесителе 23. Применение узкополосного фильтра 20 с полосойпропускания в 10-100 кГц позволяет подавлять высокочастотные модуляционные искажения ф ц, (т) более, чем в 5-10 оаз,Формула изобретения 45Формирователь частотно-модулированных сигналов, содержащий первый, второй и третий блоки постоянногозапоминания, последовательно соединен-.ные первый цифроачалоговый преобразователь, первый балансный преобразовательи аналоговый сумматор, последовательносоединенные опорный генератор и формирователь квадратурных составляющихопорного сигнала, последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и второй балансный модулятор,при этом первый выход блока постоянного запоминания соединен с первым входом третьего блока постоянного запоминания, первый и второй выходы формирователя квадратурных составляющих опорного сигнала соединены с другими входами соответственно первого и второго балансных модуляторов, выход которого соединен с другим входом аналогового сумматора, о т л - и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения девиации частоты и уменьшения уровня модуляционных искажений формируемых частотно-модулированных сигналов, введены последовательно соединенные регистр памяти, комбинационный сумматор, блок памяти, Гретий цифр од нэл О ГО Бы Й преобразователь, первый фильтр нижних частот, перестраиваемый генератор, первый смеситель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные делитель частоты, четвертый цифроаналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот и РЕГУЛИРУЕМЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ВЫХОД КОгОРС 1 ГО подключен к другому входу первого смесителя, последовательно соединенные второи полосовой фильтр, второй смеситель и третий полосовой фильтр, выход которого подключен к другому входу регулируемого усилителя, а также счетчик, выход которого соединен со входом первого блока постоянного запоминания, первый выход которого соединен со входом регистра памяти с и;.1 - дом второго блока псстоянного запоминания и с другим входом комбинационного сумматора, второй выход пеовога блока постоянного запоминания соединен с входом четвертого цифроаналогового преобразователя, выход второго блока псстоянного запоминания соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход третьего блока постоянного запоминания соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, другой выход опорного генератора соединен с входом делителя частоты, выход Оторо О соединен с тактовыми входами счетчика, пеового, второго и третьего блоков постоянного запоминания, регистра памяти. блока. памяти, первого, второго, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей, выход аналогового сумматора соединен с входом второо полосового фильтра, а другой вход второго смесителя подключен к выходу перестраиваемого генератора, а выход первого полосового фильтра является выходом частотно-модулированных сигналов,1732420 ис Составитель Н,Чекановаедйктор Г,Гербер Техред М,Моргентал Корректор Т.Мал и ГКНТ СССР ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Прои венно-и Заказ 1587 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, Ра