CC BY
234
УДК 621-391
АНАЛИЗ УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ЛЧМ СИГНАЛОВ
С ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ
Д.Г. Доматырко
Приводится моделирование сложного широкополосного сигнала с линейной частотной модуляцией с последующим прохождением через полосовой фильтр смеси ЛЧМ сигнала и белого шума. Обращается внимание на основные преимущества ЛЧМ сигналов перед другими сложными сигналами, приводится область применения ЛЧМ сигналов
Ключевые слова: измеритель сигнала ошибки, устройства формирования, высокая точность
При формировании ЛЧМ сигналов с большими значениями девиации частоты и базы трудно реализовать высокие требования к точности. Это противоречие можно разрешить, используя более сложные устройства, например, рециркулярные схемы, системы автоподстройки параметров ЛЧМ сигнала, а также аналого - цифровые синтезаторы.
Идея рециркулярной схемы состоит в том, что необходимая длительность выходного ЛЧМ сигнала Т делится на М участков длительностью Т = Т/М каждый [1]. На первом из них формируется исходный линейно - частотно модулируемый сигнал.
и1 = и • 8ш[<э0 • ^ + 0.5 • в0 • 12 ], (0 < ^ < Т1)
(во- скорость нарастания ЧМ), который задерживается на время Т1 , преобразуется по частоте на А® = во • Т и вновь поступает на вход. Девиация частоты в нем равна сдвигу ее в преобразователе 2• ж • А/ = в0 • Т (А/- девиация сигнала), поэтому при совпадении начальной и конечной фаз сигнала и стабилизации выходной амплитуды суммарные девиация частоты и длительность возрастают в М раз, где М - число рециркуляций. При этом база сигнала увеличивается в М 2 раз.
Исходный ЛЧМ сигнал длительностью Т1 поступает на сумматор от генератора ЛЧМ сигнала (рис. 1). Кольцо рециркуляции состоит из смесителя (СМЕС), усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ) и линии задержки (ЛЗ) на время
Т1.
Рис. 1
Доматырко Дмитрий Геннадьевич - ВГТУ, студент, тел. (4732) 47-72-23
Основная трудность реализации такой схемы состоит в обеспечении малых фазовых и амплитудных возмущений в моменты времени, кратные периоду рециркуляции. Для их уменьшения необходимо,
чтобы фазовый набег ЛЧМ сигнала 0.5•во • ^2 за
время единичного импульса был кратен целому числу периодов сигнала опорного генератора. Для этого внутри кольца рециркуляции, а также на вы-
ходе устройства используют электронно -перестраиваемые фильтры [1], например, управляемый по частоте в пределах всей девиации автогенератор (АГ), следящий с помощью системы фазовой автоподстройки частоты [2] за частотой выходного ЛЧМ сигнала на рис. 1. Число рециркуляций М в таких системах может достигать 200..500, что обеспечивает базу сигнала до 10 5 при малых фазовых отклонениях.
При воздействии на устройство формирования дестабилизирующих факторов (климатические изменения, шумы, вибрации), при нелинейной модуляционной характеристике и одновременно высоких требованиях к точности целесообразно использовать систему автоматической подстройки параметров ЛЧМ сигналов (рис. 2).
От синхронизатора
Рис. 2
Здесь в качестве генератора ЛЧМ сигнала может быть использован управляемый автогенератор или комбинация эталонного генератора с управляемым фазовым модулятором (УФМ), причем в этих устройствах должны быть приняты все возможные меры для линеаризации модуляционной характеристики и управляющих напряжений. Система автоподстройки ЛЧМ сигнала предназначена для автоматической коррекции отклонений фазы, частоты или скорости ЧМ независимо от вызвавшей их причины.
Измеритель сигнала ошибки (ИСО) вырабатывает напряжение е0(і), пропорциональное откло-
нениям параметров формируемого ЛЧМ сигнала от заданных значений. Высокие требования к точности работы ИСО заставляют использовать в составе таких устройств элементы, являющиеся эталонными с точки зрения изменения температуры, старения, а также всевозможных других внешних факторов. В настоящее время широко используются три типа ИСО. В первом из них ЛЧМ сигнал с помощью эталонной ЛЗ и смесителя преобразуется в сигнал разностной частоты. При этом отклонения от линейного закона ЧМ приводят к вариации фаз сигнала разностной частоты, поступающего затем на частотный или фазовый детектор (ФД). Второй тип ИСО позволяет измерять отклонения фазы от заданного квадратичного закона непосредственно, не преобразуя ЧМ сигнал на разностную частоту. Такое измерение осуществляется в импульсно - фазовом детекторе (ИФД) при помощи последовательности коротких видео- или радио- импульсов. В третьем типе ИСО применяется цифровой преобразователь ЛЧМ сигнала в сигнал постоянной частоты.
Точность измерения во всех этих схемах зависит не только от стабильности характеристик входящих в них элементов, но и от выбора их параметров. На характеристики ИСО влияет тип ФД. Например, ИФД типа «выборка - запоминание» имеют малую инерционность и обеспечивают подавление входного сигнала на выходе более, чем на -80 дБ.
В зависимости от формы сигналов, поступающих на входы ФД, диапазона частот, типа ИСО и конкретной схемы входящего в него дискриминатора его характеристика Р(ф) может быть различной (синусоидальной, пилообразной, треугольной и т.д.). Иногда используют варианты упомянутых ИСО, отличающиеся дополнительными преобразованиями частоты, умножением или делением частоты в целое число раз.
При формировании ЛЧМ сигналов с малой девиацией и большой базой успешно применяются аналого - цифровые схемы ИСО. В одной из них (рис. 3) на выходе смесителя образуется ЛЧМ сигнал еСМ (ї) с уменьшенной на (ОН начальной частотой и увеличенной в п раз скоростью перестройки частоты, где п - коэффициент умножения частоты.
В счетчике Сч1 фиксируется число переходов через нуль напряжения еСМ (ї) , а на выходе накопителя
Воронежский государственный технический университет
Н из импульсов синхронизатора, прошедших через счетчик Сч2 , образуется число, равное расчетному числу переходов через нуль при идеальной модуляции. После вычитающего устройства (ВУ) сигнал ошибки преобразуется в ЦАП в аналоговую форму и корректирует частоту УГ. В этой схеме фазовая погрешность выходного ЛЧМ сигнала измеряется с
дискретностью квантования по фазе 3600 / п .
Цепь обратной связи преобразует напряжение е0(^) в сигнал коррекции с необходимым его сглаживанием. Для компенсации изменения во времени коэффициента передачи ИСО с преобразователем в ЦОС иногда используется блок с переменным усилением. Известны схемы, где в ЦОС применяют цифровые и переключающие элементы, обеспечивающие оптимальную коррекцию фазовой погрешности формируемого ЛЧМ сигнала. Дальнейшее существенное повышение точности подстройки достигается при использовании в ЦОС автоматического компенсатора регулярных искажений.
От синхронизатора
Рис. 3 Литература
1. Александров С.Н., Перетягин И.В. Генератор линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов на базе рециркулятора. - Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1976. Т. 19. № 12. С. 77 - 82.
2. Шахгильдян В.В., Ляховкин А.А. Системы фазовой автоподстройки частоты. - М.: связь, 1972. - 448 с.
3. Варакин Л. Е. Теория сложных сигналов. — М.: Сов. радио, 1970. —376 с.
THE ANALYSIS OF DEVICES OF FORMATION WIDEBAND LFM SIGNALS WITH THE SPLIT-HAIR ACCURACY D.G. Domatyrko
Modeling of a difficult broadband signal with linear frequency modulation with the subsequent passage through the strip filter of mix LFM of a signal and white noise is resulted. The attention to the basic advantages LFM of signals before other difficult signals is paid, scope LFM of signals is resulted
Keywords: measuring instrument of a signal of an error, the formation device, split-hair accuracy
