Генератор широкополосного частотно-модулированного сигнала

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в качестве формирователей помех в передатчиках помех различного назначения, а также в средствах радиосвязи. Достигаемый технический результат - расширение мгновенного спектра сигнала, снижение уровня автокорреляции помехи. Генератор широкополосного частотно-модулированного сигнала содержит формирователь модулирующего колебания и автогенератор, генератор сигнала со сплошным спектром, блок умножения, нагрузку, при этом формирователь модулирующего колебания содержит формирователь нормализованного шума, формирователь пилообразных импульсов, формирователь белого шума и сумматор, а автогенератор содержит перестраиваемый формирователь постоянного напряжения и генератор, управляемый напряжением. 3 ил.

 

Устройство относится к радиотехнике и может найти применение в качестве формирователей сигналов в передатчиках помех различного назначения, а также в средствах радиосвязи.

Известны генераторы шума по а.с. 1817634, Н03В 5/12, пат. РФ 2042260, Н03В 5/12, их недостатком является узкая полоса частот излучаемого сигнала. Известны генератор шума по пат. РФ 25251, Н03В 29/00, генератор хаотических колебаний по пат. РФ 2058660, Н03В 29/00, недостатком которых является ограниченная полоса частот, а также невозможность управления таким параметром, как спектральная плотность шума.

Известна также система связанных генераторов при наличии инерционности, описанная в статье Кальянова Э.В., Лебедева М.Н. «Стохастические колебания в системе связанных генераторов при наличии инерционности», опубликованной в журнале «Радиотехника и электроника». Том XXX, вып.8, август 1985 г., стр.1574, ее недостатком является значительная неравномерность спектральной плотности генерируемого шума и невозможность управления параметрами стохастических колебаний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор шума с перестройкой параметров спектра по патенту на полезную модель РФ 54277, Н03В 29/00, принятый за прототип.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:

1 - автогенератор на базе генератора, управляемого напряжением (ГУН);

1.1 - генератор, управляемый напряжением (ГУН);

1.2 - перестраиваемый формирователь постоянного напряжения;

2 - формирователь релаксационного колебания;

2.1 - формирователь нормализованного шума;

2.2 - формирователь последовательности пилообразных импульсов;

2.3 - сумматор;

4 - нагрузка.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные формирователь модулирующего релаксационного колебания 2, автогенератор на базе ГУН 1 и нагрузку 4. При этом формирователь модулирующего релаксационного колебания 2 содержит последовательно соединенные формирователь нормализованного шума 2.1, формирователь последовательности пилообразных импульсов 2.2 и сумматор 2.3, выход которого является выходом формирователя модулирующего релаксационного колебания 2. Кроме того, второй выход формирователя нормализованного шума 2.1 соединен со вторым входом сумматора 2.3. Автогенератор 1 содержит последовательно соединенные перестраиваемый формирователь постоянного напряжения 1.2 и ГУН 1.1, вход которого является входом автогенератора 1. Выход ГУН 1.1 является выходом автогенератора 1. Вход перестраиваемого формирователя постоянного напряжения 1.2 является входом для управляющего напряжения.

Устройство-прототип работает следующим образом. При включении напряжения питания происходит формирование постоянного напряжения в блоке 1.2 и модулирующего релаксационного колебания в блоке 2, которые поступают на вход ГУН 1.1. Амплитуда постоянного напряжения устанавливает частоту гармонического колебания ω₀ ГУН 1.1, являющуюся средней частотой спектра шумового сигнала. Амплитуда постоянного напряжения может быть изменена под воздействием U_УПР, подаваемого на вход блока 1.2. Полоса рабочих частот генератора-прототипа определяется амплитудой модулирующего релаксационного колебания. Модулирующее релаксационное колебание представляет собой аддитивную смесь нормализованного шума и промодулированной этим же шумом последовательности пилообразных импульсов. Импульсы в последовательности отличаются по длительности, а значит и по крутизне «пилы» и «нормализуют» релаксационное колебание на входе ГУН 1.1. Средняя длительность пилообразных импульсов выбирается такой, что при определенных соотношениях со временем реакции ГУН 1.1 на возмущающее воздействие происходит расширение спектра шумовых колебаний. Под воздействием изменяемых амплитуд постоянного напряжения и релаксационных колебаний в нагрузке 4 формируется шумовой сигнал с заданными параметрами.

Недостатком устройства-прототипа является то, что последовательность пилообразных импульсов модулируется нормализованным шумом, это приводит к образованию корреляционных связей между составляющими помехи и, соответственно, позволяет снижать эффект от воздействия таких помех. Другим недостатком генератора-прототипа является то, что мгновенный спектр шума представляет собой узкополосную частотно-модулированную шумовую помеху, частота которой изменяется в соответствии с изменением модулирующего напряжения. В случае, когда диапазон изменения частоты помехи превышает полосу пропускания приемника, помеха приобретает импульсный характер.

Для компенсации такого вида помех разработано большое количество эффективных схем защиты от радиопомех, например, такие как схемы широкополосного усиления, ограничения, усиления (ШОУ), широкополосного усиления, прерывания, усиления (ШПУ) и т.д. (см. например: Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х. и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976 г., стр.382...400).

Для устранения указанных недостатков в генератор широкополосного частотно-модулированного сигнала, содержащий последовательно соединенные формирователь модулирующего колебания и автогенератор, а также нагрузку, причем формирователь модулирующего колебания содержит последовательно соединенные формирователь нормализованного шума, формирователь последовательности пилообразных импульсов и сумматор, выход сумматора является выходом формирователя модулирующего колебания, автогенератор состоит из последовательно соединенных перестраиваемого формирователя постоянного напряжения и генератора, управляемого напряжением (ГУН), выход которого является выходом автогенератора, а входом автогенератора - вход ГУН, второй вход перестраиваемого формирователя постоянного напряжения является входом для управляющего напряжения, согласно изобретению введены генератор сигнала и блок умножения, выход которого соединен с входом нагрузки, его первый вход подсоединен к выходу автогенератора, а второй вход - к выходу генератора сигнала, а также формирователь белого шума, выход которого соединен со вторым входом сумматора.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - автогенератор на базе генератора, управляемого напряжением (ГУН);

1.1 - генератор, управляемый напряжением (ГУН);

1.2 - перестраиваемый формирователь постоянного напряжения;

2 - формирователь модулирующего колебания;

2.1 - формирователь нормализованного шума;

2.2 - формирователь последовательности пилообразных импульсов;

2.3 - сумматор;

2.4 - формирователь белого шума;

3 - блок умножения;

4 - нагрузка;

5 - генератор сигнала.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные формирователь модулирующего колебания 2, автогенератор на базе ГУН 1, блок умножения 3 и нагрузку 4, а также генератор сигнала 5, выход которого соединен со вторым входом блока умножения 3.

При этом формирователь модулирующего колебания 2 содержит последовательно соединенные формирователь нормализованного шума 2.1, формирователь последовательности пилообразных импульсов 2.2 и сумматор 2.3, выход которого является выходом формирователя модулирующего колебания 2, а также формирователь белого шума 2.4, выход которого соединен со вторым входом сумматора 2.3.

Автогенератор 1 состоит из последовательно соединенных перестраиваемого формирователя постоянного напряжения 1.2 и ГУН 1.1, выход ГУН 1.1 является выходом автогенератора 1, а вход ГУН 1.1 - входом автогенератора 1. Вход перестраиваемого формирователя постоянного напряжения 1.2 является входом для управляющего напряжения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Модулирующее колебание представляет собой аддитивную смесь белого шума и промодулированной нормализованным шумом последовательности пилообразных импульсов. Частотно-модулированное колебание с выхода автогенератора 1 поступает на первый вход блока умножения 3, на второй вход которого подается сигнал с выхода генератора сигнала 5. На выходе генератора сигнала 5 формируется сигнал с непрерывным спектром в некоторой полосе частот.

На выходе блока умножения 3 образуются разностная и суммарная комбинационные составляющие между частотно-модулированным шумовым колебанием, поступающим с выхода автогенератора 1, и сигналом, поступающим с выхода генератора сигнала 5. Спектр сигнала на выходе блока умножения 3 является непрерывным, а сигнал является частотно-модулированным.

Например, одна из частотных составляющих результирующего сигнала (суммарная составляющая) может быть записана в виде

где U - амплитуда результирующего сигнала;

ω_г, ϕ_г - частота и фаза одной из составляющих генератора сигнала 5,

ω_ш, ϕ_ш(t) - частота и фаза частотно-модулированного шумового колебания, поступающего с выхода автогенератора 1.

В качестве генератора сигнала 5 может быть использован, например, формирователь белого шума или генератор сигнала со сплошным спектром, по схеме на фиг.3.

Структурная схема генератора сигнала со сплошным спектром приведена на фиг.3, где обозначено:

5.1.1-5.1.n - с первого по n-й перестраиваемые формирователи постоянного напряжения;

5.2.1-5.2.n - с первого по n-й генераторы, управляемые напряжением (ГУН);

5.3 - нелинейный элемент;

5.4, 5.5 - первый и второй полосовые фильтры.

Генератор сигнала со сплошным спектром 5 содержит n перестраиваемых формирователей постоянного напряжения 5.1.1-5-1.n, выходы которых соединены с входами соответствующих n ГУН 5.2.1-5.2.n, выходы которых объединены и соединены с входом нелинейного элемента 5.3, выход которого через первый полосовой фильтр 5.4 соединен с входом второго полосового фильтра 5.5, выход которого является выходом устройства. Кроме того, выход первого полосового фильтра 5.4 соединен с входом нелинейного элемента 5.3. При этом входы перестраиваемых формирователей постоянного напряжения 5.1.1-5.1.n являются входами для управляющих напряжений U_УПР.

В результате работы генератора сигнала 5, за счет образования комбинационных составляющих между сигналами ГУН 5.1.1-5.1.n, и сигнала, поступающего с выхода первого полосового фильтра 5.4, на выходе второго полосового фильтра 5.5 формируется сигнал со спектром, полоса которого определяется значением полосы пропускания второго полосового фильтра 5.5. При этом расстояние между спектральными составляющими регулируется путем выбора амплитуд управляющих напряжений U_УПР, определяющих значения частот гармонических колебаний на выходах ГУН 5.1.1-5.1.n. При определенных соотношениях между частотами гармонических колебаний, например, когда разность между ними стремится к иррациональному числу, спектр формируемого сигнала стремится к сплошному спектру. В качестве нелинейного элемента 5.3 может использоваться, например, нелинейный двухполюсник типа диодный мост, причем применяемые диоды имеют квадратичную характеристику.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает формирование в нагрузке частотно-модулированного шумового сигнала с широкополосным мгновенным спектром, что приводит к увеличению времени воздействия помехи и тем самым повышает эффективность воздействия помехи, при использовании ряда схем амплитудно-частотной селекции, таких, например, как схемы ШОУ, ШПУ и т.д. Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает снижение уровня автокорреляции помехи.

Генератор широкополосного частотно-модулированного сигнала, содержащий последовательно соединенные формирователь модулирующего колебания и автогенератор, а также нагрузку, причем формирователь модулирующего колебания содержит последовательно соединенные формирователь нормализованного шума, формирователь последовательности пилообразных импульсов и сумматор, выход сумматора является выходом формирователя модулирующего колебания, автогенератор состоит из последовательно соединенных перестраиваемого формирователя постоянного напряжения и генератора, управляемого напряжением (ГУН), выход которого является выходом автогенератора, а входом автогенератора - вход ГУН, вход перестраиваемого формирователя постоянного напряжения является входом для управляющего напряжения, отличающийся тем, что введены генератор сигнала со сплошным спектром и блок умножения, выход которого соединен с входом нагрузки, его первый вход подсоединен к выходу автогенератора, а второй вход - к выходу генератора сигнала, а также формирователь белого шума, выход которого соединен со вторым входом сумматора.