Способ аналогового формирования гармонического линейно-частотно модулированного напряжения

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для построения формирователей линейно-частотно модулированных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, заключающийся в том, что в течение времени, соответствующего длительности требуемого линейно-частотно модулированного сигнала, генерируют постоянное опорное напряжение, интегрируют постоянное опорное напряжение первый раз, интегрируют второй раз и полученным напряжением в результате повторного интегрирования управляют фазой выходного сигнала управляемого по фазе генератора (см., например, Ч. Кук, М. Бернфельд. Радиолокационные сигналы, 1971 г., стр. 161-162).

Недостатками такого способа является инерционность модуляционных характеристик и недостаточная точность формирования, обусловленная нелинейными зависимостями параметров управляемых элементов от управляющего напряжения (см., например, Кочемасов В.Н., Белов Л.А., Оконечников В.С. Формирование линейно-частотно модулированных сигналов, 1983, стр. 44, 48).

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе аналогового формирования гармонического линейно-частотно модулированного сигнала, заключающемся в генерации опорного напряжения заданной длительности, двукратном его интегрировании, повторно интегрируемое опорное напряжение сравнивают с двумя фиксированными уровнями напряжений U_m1 и U_m2 ≈ 0.5⋅U_m1, при этом при достижении повторно интегрируемым опорным напряжением уровня напряжения сравнения U_m1 формируют импульсы сброса, по которым осуществляют сброс до нулевого уровня результата повторного интегрирования, формируют последовательность прямоугольных импульсов с длительностью i-го импульса τ_ui=t_i1-t_i2, где t_i1, t_i2 - моменты достижения повторно интегрируемым опорным напряжением уровней U_m2 ≈ 0.5⋅U_m1 и U_m1 соответственно на i-м интервале интегрирования перед i-м сбросом, фильтруют низкочастотную составляющую спектра полученной последовательности прямоугольных импульсов.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где обозначено: u₁(t) - опорное напряжение с длительностью времени формирования линейно-частотно модулированного сигнала t_ЛЧМ (фиг. 1a), u₂(t) - проинтегрированное первый раз опорное напряжение (фиг. 1б), u₃(t) - проинтегрированное повторно со сбросом опорное напряжение (фиг. 1в), u₄(t) - импульсы сброса при повторном интегрировании (фиг. 1г), u₅(t) - прямоугольное линейно-нарастающее по частоте следования напряжение (фиг. 1д), u₆(t) - гармоническое линейно-частотно модулированное напряжение (фиг. 1e), , , , , - начальные уровни напряжений на 1-м, 2-м, 3-м, i-м, i+1-м соответственно интервалах повторного интегрирования, T₁, Т₂, Τ_i - 1-й, 2-й и i-й интервалы повторного интегрирования, U_m1 - фиксированный уровень напряжения, при достижении которого осуществляется сброс при повторном интегрировании, U_m2 - фиксированный уровень напряжения, при превышении которого формируются прямоугольные импульсы u₅(t), τ_u1, τ_ui - длительности 1-го и i-го прямоугольных импульсов соответственно, t₁₁, t₁₂, t_i1, t_i2 - моменты достижения уровней фиксированных напряжений Um₂ ≈ 0.5⋅U_m1 и U_m1 соответственно на 1-м и i-м интервале интегрирования, U_mПИ - уровень напряжения прямоугольных импульсов.

При повторном интегрировании опорного напряжения осуществляется сброс результата интегрирования до нулевого уровня при достижении u₃(t) уровня фиксированного напряжения U_m1. Это приводит к тому, что в течение существования опорного напряжения t_ЛЧМ (фиг. 1а) существуют ряд i-х интервалов повторного интегрирования T_i, на которых напряжение u₃(t) изменяется от нуля до U_m1 по квадратичному закону. Так, в начальный момент времени, определяемый началом генерации опорного напряжения, начинается 1-й интервал повторного интегрирования опорного напряжения Т₁, при этом начальное напряжение для повторного интегрирования . По достижению повторно интегрируемым опорным напряжением u₃(t) уровня U_m1 (фиг. 1в) формируют первый импульс сброса напряжения u₃(t) (фиг. 1г), по которому осуществляют сброс напряжения u₃(t) до нулевого уровня в момент времени t₁₂ (фиг. 1в). С момента времени t₁₂ начинается второй интервал интегрирования Т₂, но при этом начальный уровень линейного нарастающего напряжения u₂(t) при повторном интегрировании , поэтому u₃(t) на втором интервале интегрирования Т₂ увеличивается быстрее по отношению к первому интервалу повторного интегрирования T₁ и раньше достигает заданного напряжения сравнения U_m1 и т.д. Таким образом, каждый последующий интервал интегрирования короче предыдущего. Напряжение u₃(t) сравнивается с фиксированным уровнем напряжения U_m2 ≈ 0.5⋅U_m1 и на интервалах времени, когда u₃(t)>U_m2, формируется постоянное напряжение U_mПИ, в результате чего формируется нарастающее по частоте следования прямоугольное напряжение u₅(t) (фиг. 1д), где τ_ui=t_i2-t_i1 - длительность i-го импульса. В результате того, что каждый последующий интервал интегрирования короче предыдущего (Т_i+1<Т_i), каждый последующий импульс u₅(t) также по длительности меньше предыдущего, т.е. τ_ui+1<τ_ui.

Известно (см., например, Кочемасов В.Н., Белов Л.Α., Оконечников В.С. Формирование линейно-частотно модулированных сигналов, 1983, стр. 57), что прямоугольное линейно-нарастающее по частоте следования напряжение имеет повторяющийся вдоль частотной оси спектр. Поэтому согласно изобретению фильтруют низкочастотную составляющую спектра напряжения u₅(t), что обеспечивает формирование гармонического линейно-частотно модулированного напряжения u₆(t) и достижение заявленного технического результата.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг. 2, где обозначено: 1 - формирователь опорного сигнала, 2 - первый интегратор, 3 - источник генерации напряжения сравнения U_m1, 4 - первый компаратор (схема сравнения), 5 - второй интегратор со сбросом (см., например, А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 182), 6 - второй компаратор (схема сравнения), 7 - источник генерации напряжения сравнения U_m2, 8 - фильтр.

Схема работает следующим образом. На выходе опорного генератора 1 формируется в течение требуемого времени t_ЛЧМ постоянное напряжение u₁(t). В первом интеграторе 2 происходит интегрирование постоянного напряжения с выхода 1, в результате чего в течение существования u₁(t) на выходе 2 существует линейно возрастающее напряжение u₂(t). В результате интегрирования u₂(t) на выходе второго интегратора напряжение u₃(t) изменяется по квадратичному закону. Первый компаратор 4 имеет два входа, один из которых соединен с источником генерации напряжения сравнения U_m1, а другой - с выходом второго интегратора 5. В момент превышения напряжения на выходе второго интегратора 5 напряжения сравнения U_m1 мгновенно на выходе компаратора 4 формируется напряжение логической единицы, под воздействием которого также мгновенно осуществляется сброс выходного напряжения второго интегратора 5 до нулевого уровня, что, в свою очередь, мгновенно возвращает компаратор 4 в состояние логического нуля. В результате мгновенных переключений компаратора 4 напряжение на его выходе представляет собой последовательность импульсов u₄(t), длительность которых стремится к нулю. Второй компаратор 6 имеет два входа, один из которых соединен с источником генерации напряжения сравнения U_m2 ≈ 0.5⋅U_m1, а другой - с выходом второго интегратора 5. В течение интервалов времени τ_ui=t_i2-t_i1, когда напряжение на выходе второго интегратора превышает U_m2 ≈ 0.5⋅U_m1, на выходе второго компаратора 6 существует напряжение логической единицы (в рассматриваемом случае равное U_mПИ). В результате работы второго компаратора 5 на его выходе формируется прямоугольное линейно-нарастающее по частоте напряжение u₅(t). После фильтрации в фильтре 6 напряжения u₅(t) из его спектра исключаются высокочастотные составляющие и формируется гармонический линейно-частотно модулированный сигнал.

Способ может быть успешно реализован на схемах с коммутируемыми конденсаторами.