RU2662727C2 - Superhigh-frequency receive/transmit device - Google Patents
Superhigh-frequency receive/transmit device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662727C2 RU2662727C2 RU2015114613A RU2015114613A RU2662727C2 RU 2662727 C2 RU2662727 C2 RU 2662727C2 RU 2015114613 A RU2015114613 A RU 2015114613A RU 2015114613 A RU2015114613 A RU 2015114613A RU 2662727 C2 RU2662727 C2 RU 2662727C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- signal
- output
- channel
- microwave
- Prior art date
Links
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 241001584775 Tunga penetrans Species 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/38—Jamming means, e.g. producing false echoes
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/155—Ground-based stations
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
- H04K3/00—Jamming of communication; Counter-measures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в измерительной технике, в устройствах средств связи, радиотехнической разведки, радиоэлектронного противодействия, а также в сложных радиотехнических устройствах для увеличения динамического уровня входных сигналов и расширения диапазона рабочих частот.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in measurement technology, in communications devices, electronic intelligence, electronic countermeasures, as well as in complex electronic devices to increase the dynamic level of input signals and expand the range of operating frequencies.
Известно приемо-передающее устройство для ретрансляции радиосигналов, описание которого приведено в книге Вакин С.А., Шустов Л.Н. «Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки». М.: Советское радио, 1968 г., содержащее приемную антенну, приемно-усилительный блок, приемо-передающий блок с модулятором и входную антенну. Ретранслятор состоит из приемного и передающего каналов - один приемо-передающий канал. Приемный канал содержит: последовательно соединенную приемную антенну и приемно-усилительный блок. Передающий канал соединен последовательно с приемным каналом и содержит передающий блок с модулятором и передающей антенной, соединенными последовательно.Known transceiver for relaying radio signals, the description of which is given in the book Vakin S.A., Shustov L.N. "Fundamentals of radio countermeasures and electronic intelligence." M .: Soviet radio, 1968, containing a receiving antenna, a receiving-amplifying unit, a receiving-transmitting unit with a modulator, and an input antenna. A repeater consists of a receiving and transmitting channel — one transmitting and transmitting channel. The receiving channel contains: a series-connected receiving antenna and a receiving-amplifying unit. The transmitting channel is connected in series with the receiving channel and comprises a transmitting unit with a modulator and a transmitting antenna connected in series.
Принимаемый приемной антенной сигнал поступает в усилительное устройство, где обрабатывается, усиливается, после чего поступает в приемо-передающий блок, осуществляющий усиление и модуляцию сигнала, и далее излучается с помощью передающей антенны.The signal received by the receiving antenna enters the amplifying device, where it is processed, amplified, after which it enters the receiving and transmitting unit, which amplifies and modulates the signal, and is then radiated using the transmit antenna.
Недостатком аналога является узкая ширина полосы рабочих частот. Основной причиной ограничения мгновенной полосы рабочих частот является одноканальное исполнение преобразователя частоты. Расширение полосы одноканального преобразователя ведет к повышению среднеквадратического уровня шума и тем самым к сокращению динамического диапазона входного сигнала, т.к. среднеквадратическая граница уровня шума является нижней границей динамического диапазона уровня входного сигнала. Его верхней границей является уровень, на котором дифференциальное усиление входного сигнала уменьшается на 1 дБ (под редакцией М. Сколника, «Справочник по радиолокации», т. 3, глава 2.4, стр. 142. Москва: Сов. радио, 1977 г.).A disadvantage of the analogue is the narrow bandwidth of the operating frequencies. The main reason for limiting the instantaneous operating frequency band is the single-channel design of the frequency converter. The expansion of the band of a single-channel converter leads to an increase in the rms noise level and thereby to a reduction in the dynamic range of the input signal, since the rms noise floor is the lower limit of the dynamic range of the input signal level. Its upper limit is the level at which the differential gain of the input signal decreases by 1 dB (edited by M. Skolnik, “Radar Handbook”, vol. 3, chapter 2.4, p. 142. Moscow: Sov. Radio, 1977) .
Признаки аналога, совпадающие с признаками изобретения: приемная и передающая антенны, усилительный блок, приемо-передающий канал.Signs of an analogue that coincide with the features of the invention: receiving and transmitting antennas, amplifier unit, transceiver channel.
Известно сверхвысокочастотное приемо-передающее устройство (Патент РФ на изобретение №2133078, МПК С16Н04В 1/38, опубликовано 20.01.2004 г. Бюл. №2), принятое за прототип изобретения. Сверхвысокочастотное приемо-передающее устройство содержит: приемную и передающую антенны, последовательно соединенные третий смеситель, первый фильтр СВЧ, первый смеситель, базовый блок обработки сигналов, второй смеситель, второй фильтр СВЧ и четвертый смеситель, включенные между выходом приемной антенны и входом передающей антенны, первый высокочастотный гетеродин, выход которого через последовательно соединенные пятый смеситель и третий фильтр СВЧ соединен с гетеродинным входом первого смесителя и через последовательно соединенные шестой смеситель и четвертый фильтр СВЧ соединен с гетеродинным входом третьего смесителя, а также второй высокочастотный гетеродин, выход которого через последовательно соединенные седьмой смеситель и пятый фильтр СВЧ соединен с гетеродинным входом второго смесителя и через последовательно соединенные восьмой смеситель и шестой фильтр СВЧ соединен с гетеродинным входом четвертого смесителя, причем гетеродин соединен с гетеродинными входами пятого смесителя, шестого смесителя, седьмого смесителя и восьмого смесителя.Known microwave transceiver (RF Patent for the invention No. 2133078, IPC
Недостатком прототипа является узкая полоса рабочих частот, ограниченная полосой первого преобразователя частоты.The disadvantage of the prototype is a narrow band of operating frequencies, limited to the band of the first frequency converter.
Прототип представляет собой канал двойного преобразования частоты СВЧ сигнала первой и второй ступени, на входе которого включена приемная, а на выходе передающая антенна.The prototype is a channel for double frequency conversion of the microwave signal of the first and second stage, at the input of which a receiving antenna is turned on, and a transmitting antenna at the output.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками изобретения: приемная и передающая антенны и канал двойного преобразования частоты первой и второй ступени.Signs of the prototype, coinciding with the features of the invention: receiving and transmitting antennas and channel double frequency conversion of the first and second stages.
Технический результат изобретения заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для приемопередачи и обработки сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов.The technical result of the invention is to expand the arsenal of technical means for transmitting and processing microwave signals.
Технический результат изобретения достигается за счет сверхвысокочастотного приемо-передающего устройства, содержащего приемную и передающую антенну и канал двойного преобразования частоты первой и второй ступени, а также за счет введения К-1 каналов двойного преобразования частоты, где К целое число - два или больше, переключателя, делителя мощности, блока управления, опорного генератора, светвителя, генератора «белого шума», импульсного генератора, причем переключатель имеет два входа СВЧ сигнала, соединенных с выходом импульсного генератора и выходом приемной антенны, один выход СВЧ сигнала, соединенный с входом СВЧ сигнала делителя мощности, и один вход управляющего сигнала блока управления, соединенный с блоком управления, делитель мощности имеет один вход СВЧ сигнала и К выходов СВЧ сигналов, блок управления имеет вход сигнала опорного генератора, соединенный с выходом сигналов опорного генератора, выходы управляющих сигналов по числу стабилизаторов частоты в одном канале, соединенные со стабилизаторами частоты, выход/вход управляющего сигнала и один выход сигнала управляющего переключателем, соединенный с переключателем, опорный генератор имеет выход сигналов, светвитель имеет К входов СВЧ сигналов и один выход СВЧ сигнала, генератор «белого шума» имеет один выход, соединенный с входом импульсного генератора, причем каждый i-й канал двойного преобразования частоты имеет вход СВЧ сигналов и выход СВЧ сигналов, где i=1, 2, … К, входы сигнала опорного генератора, входы сигналов блока управления по числу стабилизаторов частоты в канале и вход-выход сигнала блока управления, кроме того, приемная антенна, переключатель и делитель мощности соединены последовательно, каждый i-й выход делителя соединен с входом i-го канала, а каждый выход i-го канала соединен с i-ым входом светвителя, выход которого соединен с входом передающей антенны, причем генератор «белого шума», импульсный генератор и один из входов СВЧ сигнала переключателя соединены последовательно, кроме того, каждый i-й канал двойного преобразования частоты входом СВЧ сигналов соединен с i-ым выходом делителя мощности, а его выход СВЧ сигнала соединен с i-ым входом светвителя, выход которого соединен с входом передающей антенны.The technical result of the invention is achieved due to the microwave transmitting and receiving device containing a receiving and transmitting antenna and a channel for double frequency conversion of the first and second stages, as well as by introducing K-1 channels of double frequency conversion, where K is an integer - two or more, a switch , a power divider, a control unit, a reference generator, a splitter, a “white noise” generator, a pulse generator, the switch having two microwave signal inputs connected to the pulse output g nerator and the output of the receiving antenna, one output of the microwave signal connected to the input of the microwave signal of the power divider, and one input of the control signal of the control unit connected to the control unit, the power divider has one input of the microwave signal and K outputs of the microwave signals, the control unit has a signal input reference generator connected to the output signal of the reference generator, the outputs of the control signals according to the number of frequency stabilizers in one channel, connected to the frequency stabilizers, the output / input of the control signal and one signal output of the control switch connected to the switch, the reference generator has a signal output, the splitter has K inputs of microwave signals and one output of a microwave signal, the “white noise” generator has one output connected to the input of a pulse generator, each i-th channel of double frequency conversion has an input of microwave signals and an output of microwave signals, where i = 1, 2, ... K, the signal inputs of the reference generator, the signal inputs of the control unit by the number of frequency stabilizers in the channel and the input-output signal of the control unit, in addition, the receiving ant In this case, the switch and the power divider are connected in series, each i-th output of the divider is connected to the input of the i-th channel, and each output of the i-th channel is connected to the i-th input of the splitter, the output of which is connected to the input of the transmitting antenna, and the noise ”, a pulse generator and one of the inputs of the microwave signal of the switch are connected in series, in addition, each i-th channel of double frequency conversion by the input of the microwave signals is connected to the i-th output of the power divider, and its output of the microwave signal is connected to the i-th input of the splitter , exit which is connected to the input of the transmitting antenna.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг. 1. Структурная электрическая схема устройства по изобретению.FIG. 1. Structural electrical diagram of the device according to the invention.
Фиг. 2. Частотный план состояний фазового фронта соответствия сигнала, в разных каналах поступающего на цифровую обработку, принятому сигналу. На оси абсцисс графика отложена частота СВЧ сигнала f, на оси ординат - время t требуемой задержки сигналов в каналах устройства по изобретению для выравнивания электрической длины каналов двойного преобразования частоты.FIG. 2. The frequency plan of the states of the phase front of the signal correspondence, in different channels arriving for digital processing, to the received signal. The frequency of the microwave signal f is plotted on the abscissa axis of the graph, and the time t of the required signal delay in the channels of the device according to the invention is plotted on the ordinate axis to equalize the electrical length of the channels for double frequency conversion.
Каналы двойного преобразования частоты из-за различных технологических причин имеют разные электрические длины СВЧ трактов (фиг. 1).Due to various technological reasons, channels of double frequency conversion have different electric lengths of microwave paths (Fig. 1).
Переключатель 2 имеет первый вход СВЧ сигнала от приемной антенны, второй вход СВЧ сигнала от ИГ 18, один выход СВЧ сигнала и один вход управляющего сигнала блока управления 13.Switch 2 has a first input of the microwave signal from the receiving antenna, a second input of the microwave signal from the IG 18, one output of the microwave signal and one input of the control signal of the control unit 13.
Делитель мощности 3 имеет один вход СВЧ сигнала и К выходов СВЧ сигналов.The power divider 3 has one input of the microwave signal and the outputs of the microwave signals.
Блок управления 13 имеет вход сигнала опорного генератора 14, два выхода управляющих сигналов, по числу стабилизаторов в одном канале, выход-вход управляющего сигнала и один выход сигнала, управляющего переключателем 2.The control unit 13 has a signal input of the
Опорный генератор 14 имеет выход сигнала.The
Светвитель 15 имеет К входов СВЧ сигналов и один выход СВЧ сигнала.The
Генератор «белого шума» 17 имеет один выход.The white noise generator 17 has one output.
Импульсный генератор 18 имеет вход и выход сигнала «белого шума».The pulse generator 18 has an input and output signal "white noise".
Каждый канал двойного преобразования частоты одного поддиапазона содержит: первый фильтр 4, первый 5 преобразователь частоты, аналого-цифровой преобразователь 6, первый стабилизатор 7, устройство цифровой обработки сигналов 8, второй стабилизатор 9, цифроаналоговый преобразователь 10, второй фильтр 11, второй преобразователь частоты 12, соединенные последовательно.Each double frequency conversion channel of one subband contains: a first filter 4, a first 5 frequency converter, an analog-to-digital converter 6, a first stabilizer 7, a digital
Кроме того, каждый канал двойного преобразования частоты имеет вход и выход СВЧ сигналов, семь входов сигналов опорного генератора 14, по числу активных устройств канала, вход-выход сигналов блока управления 13 и два входа блока управления, по числу стабилизаторов канала. Вход СВЧ сигналов канала соединен с входом фильтра 4, а выход СВЧ сигналов канала соединен с выходом второго преобразователя частоты 12.In addition, each channel of the double frequency conversion has an input and output of microwave signals, seven inputs of the signals of the
Первый фильтр 4 имеет вход и выход преобразуемого СВЧ сигнала, его вход является входом канала СВЧ сигнала.The first filter 4 has an input and an output of a converted microwave signal; its input is an input of a microwave signal channel.
Первый преобразователь 5 частоты имеет выход и первый вход преобразуемого СВЧ сигнала и второй вход сигнала опорного генератора 14.The first frequency converter 5 has an output and a first input of the converted microwave signal and a second signal input of the
АЦП 6 имеет выход и первый вход преобразуемого СВЧ сигнала и второй вход сигнала опорного генератора 14.The ADC 6 has an output and a first input of a converted microwave signal and a second signal input of a
Первый 7 и второй 9 стабилизаторы частоты имеют по одному выходу и по одному первому входу преобразуемого сигнала, вторые входы сигнала опорного генератора 14.The first 7 and second 9 frequency stabilizers have one output and one first input of the converted signal, the second inputs of the signal of the
Устройство цифровой обработки сигналов 8 имеет выход и первый вход преобразуемого сигнала, второй вход сигнала ОГ 14 и вход-выход сигнала блока управления 13.The digital
Цифроаналоговый преобразователь 10 имеет выход и первый вход преобразуемого сигнала, второй вход сигнала опорного генератора 14.The digital-to-analog converter 10 has an output and a first input of a converted signal, a second signal input of a
Второй фильтр 11 имеет вход и выход преобразуемого СВЧ сигнала.The second filter 11 has an input and output of the converted microwave signal.
Второй преобразователь 12 частоты имеет выход и первый вход преобразуемого СВЧ сигнала и второй вход сигнала опорного генератора 14, выход его СВЧ сигнала является выходом канала.The
Каждый i-й канал двойного преобразования частоты входом СВЧ сигналов соединен с i-ым выходом делителя мощности 3, а выход канала СВЧ сигнала соединен с i-ым входом светвителя 15, выход которого соединен с входом передающей антенны 16.Each i-th channel of double frequency conversion by the input of the microwave signals is connected to the i-th output of the power divider 3, and the output of the microwave signal channel is connected to the i-th input of the
Приемная антенна 1, переключатель 2 и делитель мощности 3 соединены последовательно, каждый i-й выход делителя 3 соединен с входом i-го канала, а каждый выход i-го канала соединен с i-ым входом светвителя 15, выход которого соединен с входом передающей антенны 16.The
Генератор «белого шума» 17, импульсный генератор 18 и второй вход сигнала модулированный «белый шум» переключателя 2 соединены последовательно.The white noise generator 17, the pulse generator 18 and the second signal input modulated white noise of the switch 2 are connected in series.
Выход ОГ 14 соединен:The
- со вторым входом первого преобразователя частоты 5 (первый вход i-го канала), база для создания сигнала гетеродина;- with the second input of the first frequency converter 5 (first input of the i-th channel), the base for creating a local oscillator signal;
- со вторым входом АЦП 6 (второй вход i-го канала), база для создания сигналов дискретизации и аналого-цифрового кодирования;- with the second input of the ADC 6 (second input of the i-th channel), the base for creating sampling signals and analog-to-digital coding;
- со вторым входом первого стабилизатора 7 (третий вход i-го канала), база для коррекции сигналов, преобразованных АЦП;- with the second input of the first stabilizer 7 (third input of the i-th channel), the base for the correction of signals converted by the ADC;
- со вторым входом ЦОС 8 (четвертый вход i-го канала), база для создания тактового сигнала работы ПЛИС;- with the second input of DSP 8 (fourth input of the i-th channel), the base for creating the FPGA clock signal;
- со вторым входом второго стабилизатора 9 (пятый вход i-го канала), база для коррекции сигналов, преобразованных АЦП;- with the second input of the second stabilizer 9 (fifth input of the i-th channel), the base for correction of signals converted by the ADC;
- со вторым входом ЦАП 10 (шестым входом i-го канала), база для создания сигналов дискретизации и аналого-цифрового кодирования;- with the second input of the DAC 10 (the sixth input of the i-th channel), the base for creating sampling signals and analog-to-digital coding;
- со вторым входом второго преобразователя 12 (седьмым входом i-го канала), база для создания сигнала гетеродина;- with the second input of the second Converter 12 (the seventh input of the i-th channel), the base for creating a local oscillator signal;
- с входом блока управления 13 для создания тактового сигнала работы аппаратных средств БУ 13.- with the input of the control unit 13 to create a clock signal of operation of the hardware BU 13.
Первый выход сигналов блока управления 13 соединен с третьим входом первого стабилизатора 7 (третий вход i-го канала) для передачи значений времени поступления и значений времени задержки сигнала модулированный «белый шум».The first output of the signals of the control unit 13 is connected to the third input of the first stabilizer 7 (third input of the i-th channel) for transmitting the values of the time of arrival and the values of the time delay of the signal modulated "white noise".
Выход-вход сигналов блока управления 13 соединен с входом-выходом ЦОС 8 (вход-выход i-го канала) для передачи в БУ 13 времени поступления сигналов модулированный «белый шум» и сигнала об окончании задержки сигнала модулированный «белый шум».The output-input of the signals of the control unit 13 is connected to the input-output of the DSP 8 (input-output of the i-th channel) for transmitting modulated “white noise” to the control unit 13 for the signal arrival time and the modulated “white noise” signal for the end of the signal delay.
Второй выход сигналов блока управления 13 соединен с третьим входом второго стабилизатора 9 (пятый вход i-го канала) для передачи значений времени поступления и значений времени задержки сигнала модулированный «белый шум».The second output of the signals of the control unit 13 is connected to the third input of the second stabilizer 9 (fifth input of the i-th channel) for transmitting the values of the time of arrival and the values of the time delay of the signal modulated "white noise".
Третий выход сигналов блока управления 13 соединен со вторым входом управляющего сигнала переключателя 2.The third output of the signals of the control unit 13 is connected to the second input of the control signal of the switch 2.
Приемная антенна 1, переключатель 2 и делитель мощности 3 соединены последовательно. Каждый i-й выход делителя 3 соединен с входом i-го канала.The receiving
Каждый выход i-го канала соединен с i-ым входом светвителя 15, выход которого соединен с входом передающей антенны 16.Each output of the i-th channel is connected to the i-th input of the
ГБШ 17, ИГ 18 и второй вход сигнала модулированный «белый шум» переключателя 2 соединены последовательно.GBS 17, IG 18 and the second signal input modulated "white noise" of the switch 2 are connected in series.
В качестве приемной 1 и передающей 16 антенн могут быть применены спиральные антенны, работающие в диапазоне 2…18 ГГц. Применение при производстве спиральных антенн подложки из диссипативного материала позволяет получить в этом диапазоне практически независимый от частоты коэффициент усиления антенн.As the receiving 1 and transmitting 16 antennas, spiral antennas operating in the range of 2 ... 18 GHz can be used. The use of a substrate made of dissipative material in the production of spiral antennas allows one to obtain antenna amplification practically independent of frequency in this range.
Переключатель 2 СВЧ-тракта предназначен для переключения сигналов приемной антенны 1 и сигналов модулированный «белый шум» (МБШ), совместно реализованных генераторами ГБШ 17 и ИГ 18 и может быть выполнен как переключатель СВЧ-трактов.Switch 2 of the microwave path is designed to switch the signals of the receiving
Антенна 1, переключатель 2, последовательно соединенные ГБШ 17 и ИГ 18 - переключатель 2 на делитель мощности 3 работают по сигналу, передаваемому с третьего выхода БУ 13 на управляющий вход переключателя 2.
Делитель мощности 3 предназначен для деления входного СВЧ сигнала по числу каналов К в равных долях, имеет вход и К выходов, может быть выполнен полосковым.The power divider 3 is designed to divide the input microwave signal by the number of channels K in equal shares, has an input and K outputs, can be made strip.
БУ 13 предназначен для управления устройством по изобретению и может быть реализован на базе платы RadiSyS Avelue ЕАХ - Q 45 с чипсетом Intel Q45/ICH10D0.BU 13 is designed to control the device according to the invention and can be implemented on the basis of the RadiSyS Avelue EAX - Q 45 board with the Intel Q45 / ICH10D0 chipset.
- Процессор Intel Celeron E1500, 2.2 ГГц.- Intel Celeron E1500 processor, 2.2 GHz.
- ОЗУ 1 Гбайт.-
- Жесткий диск 120 Гбайт.- 120 GB hard drive.
- Корпус, соответствующий стандарту 19' EIA RS - 310С.- The case conforming to the 19 'EIA RS - 310C standard.
БУ 13 имеет выход сигнала управления переключателем 2, вход сигнала ОГ 14 для формирования тактовых сигналов устройств аппаратных средств БУ, выход-вход сигналов ЦОС 8 и два выхода управляющих сигналов первого 7 и второго 9 стабилизаторов.The control unit 13 has an output of the control signal of the switch 2, an input of the
ОГ 14 служит для генерации сверхстабильных тактовых сигналов, предназначенных для всех дискретных и цифровых устройств приемопередатчика, в качестве его может быть применен стандарт частоты Ч1-81, частота его выходного сигнала 5 МГц, а среднее относительное изменение частоты за сутки (дрейф) менее 1*10-12, имеет один выход.
Светвитель 15 СВЧ имеет К входов СВЧ сигналов каналов и выход суммы этих сигналов, может быть выполнен полосковым, электрические длины всех полосков равны, выполнены по одной строгой технологии.The
ГБШ 17 предназначен для генерации входного СВЧ сигнала «белым шумом» и может быть применен генератор Noisecom UFX 7000.The GBSH 17 is designed to generate an input microwave signal with “white noise” and a Noisecom UFX 7000 generator can be used.
ГИ 18 предназначен для амплитудной модуляции сигнала «белого шума» и может быть применен генератор сложных сигналов Agilent 33250А.GI 18 is designed for amplitude modulation of the “white noise” signal, and the Agilent 33250A complex signal generator can be used.
Физические предпосылки изобретения (фиг. 2)Physical background of the invention (Fig. 2)
Изобретение решает задачу устранения взаимной зависимости максимального динамического уровня входного сигнала и ширины рабочей полосы преобразования частот, что требуется при работе с современными широкополосными сигналами, сигналами с импульсной перестройкой несущей частоты, при необходимости одновременной работы с сигналами, находящимися в двух, трех и более СВЧ-диапазонах, максимально возможная ширина рабочей полосы рабочих частот прототипа ограничена увеличением уровня паразитных частот в полосе преобразования.The invention solves the problem of eliminating the mutual dependence of the maximum dynamic level of the input signal and the width of the working band of the frequency conversion, which is required when working with modern broadband signals, signals with pulse tuning of the carrier frequency, if necessary, simultaneous operation with signals in two, three or more microwave ranges, the maximum possible width of the working band of the working frequencies of the prototype is limited by increasing the level of spurious frequencies in the conversion band.
Для решения задачи определения ширины полосы преобразования частот для того, чтобы обеспечить заданный уровень динамического диапазона принятого сигнала, необходимо знать источники помех, имеющих место при преобразовании частоты, оценить величину каждого вида помехи относительно величины паразитной помехи в целом. Знание источников указывает на методы их уменьшения, дает возможность разработать математическую модель преобразователя частоты, что, в частности, рассмотрено в книге под редакцией М. Сколника «Справочник по радиолокации».To solve the problem of determining the frequency conversion bandwidth in order to ensure a given level of the dynamic range of the received signal, it is necessary to know the sources of interference that occur during frequency conversion, to evaluate the magnitude of each type of interference relative to the amount of spurious interference as a whole. The knowledge of the sources indicates methods for reducing them, makes it possible to develop a mathematical model of the frequency converter, which, in particular, is considered in the book edited by M. Skolnik, “A Guide to Radar.”
Характеристики преобразователя представлены степенным рядом, что оказалось удобным при расчете различных побочных явлений в процессе преобразования сигнала. Ток на входе в нелинейном преобразователе представлен степенным рядом по напряжению U:The characteristics of the converter are represented by a power series, which turned out to be convenient when calculating various side effects in the process of signal conversion. The input current in the nonlinear converter is represented by a power series in voltage U:
Напряжение, приложенное к преобразователю, равно сумме напряжения гетеродина U1ejωt и напряжения сигнала U2ejωt:The voltage applied to the converter is equal to the sum of the local oscillator voltage U 1 e jωt and the signal voltage U 2 e jωt :
После подстановки значения уравнения 2 в уравнение 1 и выполнения указанных операций получим формулу для расчета спектра на выходе преобразователя.After substituting the values of equation 2 into
Используя результаты таких расчетов, были сделаны различные варианты номограмм, позволяющие быстро определить, какие комбинации входных частот и полос пропускания не дают сильных паразитных комбинационных составляющих низкого порядка. Удобные формы номограмм приведены в Brown Т.Т. "Mixer Harmonic Chart" - Electronics Buyer's Guide, стр. R46, R47, июнь, 1954 г., а также в патенте RU 2446404 C1, 03.08.2010 г. и в ряде других работ.Using the results of such calculations, various variants of nomograms were made, which made it possible to quickly determine which combinations of input frequencies and passbands do not produce strong low-order spurious combination components. Convenient forms of nomograms are given in Brown T.T. "Mixer Harmonic Chart" - Electronics Buyer's Guide, p. R46, R47, June, 1954, as well as in patent RU 2446404 C1, 08/03/2010 and in a number of other works.
По изобретению преобразователи частоты каждого канала выполняются в соответствии с требованиями получения максимального динамического уровня входного сигнала при сохранении требуемой ширины рабочих полос в каждом канале.According to the invention, the frequency converters of each channel are made in accordance with the requirements of obtaining the maximum dynamic level of the input signal while maintaining the required working bandwidth in each channel.
Устройство по изобретению имеет неограниченную мгновенную полосу преобразования частот, что стало возможным с применением многоканального исполнения аналоговых и цифровых устройств обработки полученной информации, а также при обеспечении: работы систем управления и обработки информации в едином времени с применением высокоточного ОГ 14, сохранения идентичности временного, фазового фронта принятых и обрабатываемых сигналов.The device according to the invention has an unlimited instantaneous frequency conversion band, which has become possible with the use of multi-channel execution of analog and digital devices for processing the received information, as well as providing: operation of control and information processing systems at a single time using high-
Частотный диапазон каждого канала сформирован таким образом, чтобы конец рабочей полосы преобразования частоты одного канала являлся началом рабочей полосы следующего канала.The frequency range of each channel is formed so that the end of the working frequency conversion band of one channel is the beginning of the working band of the next channel.
Электрические длины СВЧ-трактов многоканального преобразователя частоты по различным технологическим причинам не равны между собой, что является причиной нарушения фазового фронта принятого потока сигналов на выходе многоканального преобразователя частоты и искажению спектра выходного СВЧ сигнала.For various technological reasons, the electrical lengths of the microwave paths of the multichannel frequency converter are not equal to each other, which causes a violation of the phase front of the received signal stream at the output of the multichannel frequency converter and distortion of the spectrum of the output microwave signal.
При совместной работе СВЧ-трактов многоканального преобразователя частоты, это приведет к фазовой несовместимости потоков сигналов, поступающих на вход многоканального устройства ЦОС 8, т.е. будет нарушено соответствие фазового фронта потока сигналов на входе многоканального преобразователя частоты фазовому фронту потока сигналов на входе устройства ЦОС 8, учитывая, что между цифровыми каналами существует жесткое фазовое соответствие, обеспечиваемое сигналами единого опорного генератора ОГ 14.In the joint operation of the microwave paths of the multichannel frequency converter, this will lead to phase incompatibility of the signal flows arriving at the input of the
Операции по восстановлению временного (фазового) фронта проводятся в цифровой части приемопередатчика, что существенно сокращает уровень шумов, которые были бы возможны при реализации этой операции в аналоговой части.The operations to restore the time (phase) front are carried out in the digital part of the transceiver, which significantly reduces the level of noise that would be possible when this operation was implemented in the analog part.
Восстановление исходного фазового фронта потока сигналов поступающего на входы ЦОС 8 реализуется путем применения цифрового согласующего фильтра, который настраивается в режиме «Настройка». Во время настройки определяются коэффициенты фильтрации цифрового фильтра, устанавливаемого на входе устройства цифровой обработки сигналов для коррекции первого преобразования частоты, на выходе ЦОС 8 - для коррекции второго преобразования.The restoration of the initial phase front of the signal flow arriving at the inputs of the
Процесс настройки проиллюстрирован на фиг. 2.The tuning process is illustrated in FIG. 2.
Несущая частота сигнала настройки должна быть одинаково воспринимаема на всех участках рабочего диапазона, например 2…40 ГГц. Таким сигналом может быть только «белый шум», с известной степенью приближения воспроизводимый ГБШ 17, в качестве которого может быть применен генератор Noisecom UFX 7000, модулированный прямоугольными импульсами, воспроизводимыми ИГ 8, в качестве которого может быть применен генератор сложных сигналов Agilent 33250А. Модулированный «белый шум» подается на вход переключателя 2, выход которого соединен с входом делителя мощности 3, где он делится на равные по мощности сигналы, которые с выходов делителя подаются на входы полосовых фильтров i.4, частотные поддиапазоны которых соответствуют поддиапазонам преобразователей частоты i.5, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров i.4.The carrier frequency of the tuning signal should be equally perceptible in all parts of the operating range, for example, 2 ... 40 GHz. Such a signal can only be “white noise”, with a certain degree of approximation reproduced by GBSH 17, which can be used as a Noisecom UFX 7000 generator, modulated by rectangular pulses reproduced by
Сигнал модулированного «белого шума» (МБШ) одновременно поступает на входы СВЧ-трактов многоканального преобразователя частоты 5, выходы которого соединены с входами последовательно соединенных устройств аналого-цифрового преобразования 6, стабилизатора 7 и многоканальными устройствами цифровой обработки сигналов 8.The signal of the modulated "white noise" (MBS) simultaneously arrives at the inputs of the microwave paths of the multi-channel frequency converter 5, the outputs of which are connected to the inputs of the series-connected devices of analog-to-digital conversion 6, the stabilizer 7 and multi-channel devices for
Моменты поступления сигналов МБШ на входы каждого канала ЦОС фиксируются и записываются в память блока управления 13. С момента первого поступления сигнала на вход многоканального устройства ЦОС 8 начинается отсчет времени поступления, запаздывания моментов начала поступления сигналов МБШ на каждый канал относительно момента первого поступления сигнала на вход многоканального ЦОС 8 (относительно канала с самой короткой электрической длиной). Время поступления сигнала МБШ на канал с самой большой электрической длиной фиксирует окончание цикла настройки.The moments of the arrival of MBS signals at the inputs of each channel of the DSP are recorded and recorded in the memory of the control unit 13. From the moment the signal arrives at the input of the multi-channel device of the
Значение времени задержки сигнала МБШ на входе в устройство ЦОС i.8 для восстановления временного (фазового) фронта, т.е. исходного фазового состояния принятых сигналов перед их цифровой обработкой многоканальным устройством цифровой обработки сигналов, определяется по формуле (см. фиг. 2):The value of the delay time of the MBS signal at the input to the DSP i.8 device to restore the time (phase) front, i.e. the initial phase state of the received signals before digital processing by a multi-channel device for digital signal processing, is determined by the formula (see Fig. 2):
tmax - время поступления сигнала МБШ на вход ЦОС i.8 канала с максимальной электрической длиной аналогового тракта относительно минимального времени tmin (tmin=0), зафиксированного на входе одного из каналов;t max - time of the MBS signal to the DSP input i.8 of the channel with the maximum electrical length of the analog path relative to the minimum time t min (t min = 0) fixed at the input of one of the channels;
t'i - время поступления сигнала на вход одного из каналов многоканального ЦОС i.8;t ' i is the signal arrival time at the input of one of the channels of the multi-channel DSP i.8;
ti - время задержки сигнала МБШ в режиме контроля настройки.t i - delay time of the MBS signal in the control mode settings.
Полученные значения времени tmin, ti', tmax с выхода ЦОС i.8 поступают на вход БУ13, где записываются в память и вычисляется время задержки сигнала настройки ti.The obtained values of the time t min , t i ', t max from the output of the DSP i.8 go to the input BU13, where they are recorded in the memory and the delay time of the tuning signal t i is calculated.
При tmin=0 максимальное время запаздывания сигнала настройки tmax определяет максимальное технологическое неравенство электрических длин высокочастотных трактов каждого приемного преобразователя частоты i.5 или передающего преобразователя частоты i.12 устройства. В зависимости от этого выбираются аппаратные средства и соответствующее математическое и программное обеспечение для задержки сигнала при настройке цифрового согласующего устройства. Универсальным, но не самым простым вариантом является адаптивный цифровой фильтр, который позволяет достаточно точно реализовать задержки сигналов с учетом того, что в его состав должны быть введены элементы отрицательной обратной связи. Но этот вариант цифрового фильтра требует разработки достаточно сложного и емкого математического и соответствующего программного обеспечения, а также соответствующих аппаратных средств.When t min = 0, the maximum delay time of the tuning signal t max determines the maximum technological inequality in the electrical lengths of the high-frequency paths of each receiving frequency converter i.5 or transmitting frequency converter i.12 of the device. Depending on this, hardware and corresponding mathematical and software are selected to delay the signal when setting up the digital matching device. A universal, but not the easiest option is an adaptive digital filter, which allows you to accurately implement signal delays, given that negative feedback elements should be introduced into its composition. But this version of the digital filter requires the development of a fairly complex and capacious mathematical and corresponding software, as well as the corresponding hardware.
Более простой, менее затратный по времени разработки, стоимости и достаточно точный при реализации задержки сигнала вариант - устройство стабилизации тактовых сигналов типа AD 957-3, фирмы Analog Devices и ряда других аналогичных устройств, технические характеристики которых гарантируют погрешность при реализации задержки сигналов не более двух пикосекунд и различные диапазоны времени задержки сигналов.A simpler, less time-consuming, developmental, and fairly accurate option for implementing signal delay is a clock stabilization device such as AD 957-3, Analog Devices, and a number of other similar devices, the technical characteristics of which guarantee an error in the implementation of a signal delay of no more than two picoseconds and various signal delay time ranges.
Учитывая, что рабочая полоса ПЛИС равна 500 МГц, фазовая точность для сигналов на этой частоте определяется по формуле:Given that the FPGA working band is 500 MHz, the phase accuracy for signals at this frequency is determined by the formula:
Δϕ=360°*Δt/T, гдеΔϕ = 360 ° * Δt / T, where
Т - период повторения сигнала,T is the repetition period of the signal,
Δt - погрешность формирования временного фронта принятого сигнала, поступившего на цифровую обработку ЦОС.Δt is the error in the formation of the temporal front of the received signal received for digital processing of the DSP.
Для сигналов с частотой 500 МГц и с погрешностью Δt=2 пс имеем:For signals with a frequency of 500 MHz and with an error Δt = 2 ps, we have:
Т=1/5*10-8.T = 1/5 * 10 -8 .
Фазовая точность Δϕ=360°*2 пс/Т=360°*2*10-12/5*10-8=0,0144 Ф⋅ град=0,864 Ф⋅ мин.Phase accuracy Δϕ = 360 ° * 2 ps / T = 360 ° * 2 * 10 -12 / 5 * 10 -8 = 0.0144 F⋅ deg = 0.864 F⋅ min.
Полученная фазовая погрешность приемлема при разработке систем измерительной техники, систем связи, радиоэлектронной разведки (РТР), радиоэлектронного противодействия (РЭП).The obtained phase error is acceptable in the development of measuring equipment systems, communication systems, electronic intelligence (RTR), electronic countermeasures (RE).
Сигналы на входе в ЦОС 8 поступают непосредственно с выходов стабилизаторов. Следовательно, точность времени поступления сигналов на входы ЦОС 8 равна соответствующей точности стабилизатора, т.е. в конечном счете - это точность формирования восстановленного временного фронта потока принятых сигналов, поступающих на цифровую обработку.The signals at the input to the
Сигналы с выходов преобразователей частоты первого преобразования поступают на входы АЦП 6, где производятся две основные операции преобразования аналогового сигнала в цифровой: дискретизация, т.е. деление потока информации, представленного в аналоговой форме на отдельные фрагменты, и кодирование амплитуды аналогового сигнала в цифровую форму.The signals from the outputs of the frequency converters of the first conversion are fed to the inputs of the ADC 6, where two basic operations of converting an analog signal to digital are performed: discretization, i.e. dividing the flow of information presented in analog form into separate fragments, and encoding the amplitude of the analog signal in digital form.
В процессе дискретизации появляются паразитные составляющие: джиггер (фазовый шум), ведущий к расширению частотных полос компонентов спектра сигнала на выходе АЦП i.6, и гармонические составляющие, появляющиеся в процессе дискретизации.In the process of sampling, spurious components appear: a jigger (phase noise), leading to the expansion of the frequency bands of the signal spectrum components at the output of the i.6 ADC, and harmonic components that appear during the sampling process.
Выходы АЦП i.6 соединены с входами стабилизатора i.7, который выполняет, помимо основной, указанной в его названии, еще две задачи:The outputs of the ADC i.6 are connected to the inputs of the stabilizer i.7, which performs, in addition to the main one indicated in its name, two more tasks:
1. Реализация начала воспроизведения задержки - t'i и длительности задержки ti с точностью до 2 пикосекунд. Выполнение этих операций обеспечивается устройством памяти и логическим устройством, входящими в состав стабилизатора.1. The implementation of the beginning of the playback delay - t ' i and the duration of the delay t i with an accuracy of 2 picoseconds. The performance of these operations is provided by the memory device and the logical device included in the stabilizer.
2. Понижение уровня фазового шума (джиттера), генерируемого АЦП в процессе дискретизации аналогового потока сигналов.2. Decrease in the level of phase noise (jitter) generated by the ADC in the process of sampling the analog signal stream.
Общее управление началом задержек сигналов t'i многоканальным цифровым фильтром осуществляется блоком управления 13.General control of the beginning of the delay of signals t ' i by a multi-channel digital filter is carried out by the control unit 13.
Для реализации этих функций этим требованиям отвечают стабилизаторы тактовых сигналов типа AD 957-3 фирмы Analog Devices.To implement these functions, clock stabilizers of type AD 957-3 from Analog Devices meet these requirements.
Диапазон времени задержки у выбранного типа стабилизатора: 50…680 пикосекунд, точность воспроизведения задержки: 2 пикосекунды. В связи с тем что электрическая длина ряда каналов может быть достаточно близка к электрической длине канала с максимальной длиной в связи со сходством технологии их изготовления, требуемая величина задержки может быть меньше минимально возможного значения времени задержки в диапазоне выбранного типа стабилизатора. Поэтому в формулу (1) введена постоянная величина С, близкая по величине к времени минимальной задержки сигнала в диапазоне выбранного типа стабилизатора - 70 пикосекунд, т.е. время, исключающее краевые эффекты при формировании запаздываний. Значение С записывается в память блока управления 13. Определение времени задержки сигналов определяется по формуле (2):The delay time range for the selected type of stabilizer: 50 ... 680 picoseconds, the accuracy of the delay playback: 2 picoseconds. Due to the fact that the electric length of a number of channels can be quite close to the electric length of the channel with a maximum length due to the similarity of their manufacturing technology, the required delay can be less than the minimum possible delay time in the range of the selected type of stabilizer. Therefore, a constant value C is introduced into formula (1), which is close in magnitude to the time of the minimum signal delay in the range of the selected type of stabilizer — 70 picoseconds, i.e. time excluding edge effects in the formation of delays. The value of C is recorded in the memory of the control unit 13. The determination of the delay time of the signals is determined by the formula (2):
Выход стабилизатора i.7 соединен с входом многоканального устройства ЦОС i.8. Цифровая обработка сигналов в реальном времени производится с применением программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), способных обеспечивать вычисления на частотах не выше 500 МГц. Следовательно, потоки данных от преобразователей частоты фрагментированы на отдельные блоки вычислений с тем, чтобы в каждом блоке предельная частота не превышала 500 МГц.The output of the i.7 stabilizer is connected to the input of the multi-channel DSP i.8 device. Real-time digital signal processing is performed using programmable logic integrated circuits (FPGAs) capable of providing calculations at frequencies no higher than 500 MHz. Therefore, the data streams from the frequency converters are fragmented into separate blocks of calculations so that in each block the limit frequency does not exceed 500 MHz.
К основным функциям ЦОС относятся: обнаружение сигнала; фильтрация; определение амплитудных и импульсных характеристик сигнала, частоты; цифровая коррекция входного сигнала от гармонических паразитных составляющих, возникающих при дискретизации аналогового сигнала в АЦП. Момент поступления сигнала на вход ЦОС i.8 фиксируется устройством ЦОС. Полученная информация передается в блок управления 13. При реализации цифровой составляющей приемопередатчика были применены ПЛИС класса Stratix IV. Достоинством ПЛИС этого класса, при решении подобных задач, является блочная организация логических элементов, шестивходные адаптивные таблицы просмотра (ALUT), относительно большие блоки сосредоточенной памяти со скоростями тактового сигнала до 600 МГц и блоки цифровой обработки сигналов (DSP) с эффективной частотой работы от 300 МГц до 500 МГц (в зависимости от разрядности вычислений). Подсистемы ввода-вывода совместимы с высокоскоростными АЦП 6 и ЦАП 10.The main functions of the DSP include: signal detection; filtration; determination of amplitude and impulse characteristics of a signal, frequency; digital correction of the input signal from harmonic spurious components that occur when sampling the analog signal in the ADC. The moment of signal input to the DSP i.8 input is fixed by the DSP device. The received information is transmitted to the control unit 13. When implementing the digital component of the transceiver, FPGAs of the Stratix IV class were used. The advantage of FPGAs of this class when solving such problems is the block organization of logic elements, six-input adaptive look-up tables (ALUT), relatively large blocks of concentrated memory with clock speeds up to 600 MHz and digital signal processing units (DSP) with an effective frequency of 300 MHz to 500 MHz (depending on the bit depth of calculations). I / O subsystems are compatible with high-speed ADC 6 and DAC 10.
Многоканальный приемник может использоваться отдельно от передатчика в системах, где требуется высокое качество преобразования частоты, т.е. обеспечивается высокий динамический уровень входного сигнала независимо от его рабочей ширины полосы преобразования частоты. Области применения: измерительная техника, радиотехническая разведка (РТР), мониторинг пространства и др.The multi-channel receiver can be used separately from the transmitter in systems where high quality frequency conversion is required, i.e. high dynamic level of the input signal is provided regardless of its working frequency conversion bandwidth. Fields of application: measuring equipment, radio intelligence (RTR), space monitoring, etc.
Фильтры для аналоговых устройств трактов многоканального передатчика настраиваются аналогичным образом на стенде, структура которого повторяет структуру аналогового фрагмента приемника. На входы каналов передатчика подаются сигналы настройки, выходы каналов соединяются со всеми АЦП i.6 и ЦОС i.8 стенда.Filters for analog devices of the multi-channel transmitter paths are configured in a similar way on a stand, the structure of which repeats the structure of the analog fragment of the receiver. Tuner signals are sent to the transmitter channel inputs, the channel outputs are connected to all ADC i.6 and DSP i.8 of the stand.
Номера коэффициентов фильтрации присваиваются соответствующим каналам и запоминаются в блоке управления.The numbers of the filtering coefficients are assigned to the corresponding channels and stored in the control unit.
После определения значений коэффициентов фильтрации переключатель «Антенна - настройка» переключается в положение «Работа».After determining the values of the filtering coefficients, the “Antenna - Tuning” switch switches to the “Work” position.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема многоканального сверхширокополосного приемо-передающего устройства. На фиг. 2 представлен частотный план состояний взаимного фазового соответствия сигналов, поступивших на цифровую обработку, сигналам на входе преобразователя частоты.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a structural electrical diagram of a multi-channel ultra-wideband transceiver. In FIG. Figure 2 shows the frequency plan of the states of mutual phase correspondence of the signals received for digital processing to the signals at the input of the frequency converter.
Работе приемо-передающего устройства предшествует настройка согласующего цифрового фильтра, выполненного на базе стабилизаторов тактовых сигналов, используемых при первом и втором преобразовании частоты, т.е. определение последовательности и величины задержки сигналов на входе и выходе ЦОС 8, связанное с неравенством соответствующих аналоговых трактов, т.е. неравенством их электрических длин и связанных с этим относительных задержек времени, искажающими временной, фазовый фронт потоков сигналов, поступающие на цифровую обработку (для первого преобразования частоты) - нулевая конфигурация 1 и поступающие на вход светвителя 15 (для второго преобразования частоты) - нулевая конфигурация 2.The operation of the transceiver is preceded by the setting of a matching digital filter, based on the stabilizers of clock signals used in the first and second frequency conversion, i.e. determination of the sequence and magnitude of the delay of the signals at the input and output of the
Настройка приемной части приемо-передающего устройства проводится в следующей последовательности.The setup of the receiving part of the transceiver is carried out in the following sequence.
1. Сигналы настройки - «белый шум», модулированный прямоугольными импульсами, генерируются ГБШ 17, последовательно соединенными с ИГ 18. Параметры модулирующих импульсов: длительность импульса 50 мс, период следования импульсов 300 мс. Выход импульсного генератора соединен с входом тракта настройки переключателя 2.1. Tuning signals - “white noise”, modulated by rectangular pulses, are generated by GBSH 17 connected in series with IG 18. Parameters of modulating pulses: pulse duration 50 ms, pulse repetition period 300 ms. The output of the pulse generator is connected to the input of the tuning path of switch 2.
2. С БУ 13 передается команда на переключатель 2 на включение в положение «Настройка», после чего сигнал МБШ поступает на вход делителя мощности 3, где поступающий поток сигналов делится равномерно в соответствии с количеством каналов приемопередатчика - К.2. From BU 13, a command is sent to switch 2 for inclusion in the “Settings” position, after which the MBS signal is fed to the input of the power divider 3, where the incoming signal stream is divided evenly in accordance with the number of transceiver channels - K.
3. С i-го выхода делителя мощности 3 СВЧ сигнал поступает на вход фильтра i.4 и с полосой частот i-го канала поступает на вход соответствующего преобразователя частот i.5, с выхода которого на последовательно соединенные i-е каналы АЦП i.6, стабилизаторы i.7 и устройства цифровой обработки сигнала i.8.3. From the i-th output of the power divider 3, the microwave signal goes to the input of the filter i.4 and with the frequency band of the i-th channel goes to the input of the corresponding frequency converter i.5, from the output of which to the i-th channels of the ADC i are connected in series. 6, i.7 stabilizers and i.8 digital signal processing devices.
4. Моменты поступления сигналов настройки на входы каждого канала устройства ЦОС фиксируются устройствами ЦОС 8 относительно времени поступления первого сигнала настройки tmin.4. The moments of arrival of the tuning signals to the inputs of each channel of the DSP device are recorded by the
5. Полученные данные записываются в память БУ 13 в порядке возрастания: tmin, t'i, tmax, где5. The data obtained are recorded in the memory of the BU 13 in ascending order: t min , t ' i , t max , where
tmin - минимальное время запаздывания поступления сигнала настройки на вход ЦОС 8; канал с минимальной электрической длиной СВЧ-тракта приемного устройства; начало цикла получения данных для формирования параметров цифрового фильтра.t min - the minimum delay time of the arrival of the tuning signal to the input of the
t'i - время запаздывания поступления сигнала настройки, величина которого 
tmax - максимальное время запаздывания поступления сигнала настройки на вход ЦОС 8; канал с максимальной электрической длиной СВЧ-тракта приемного устройства; окончание цикла получения данных для формирования цифрового фильтра.t max - the maximum delay time of the arrival of the tuning signal to the input of the
6. В БУ 13 производиться определение времени задержки сигналов на основе полученных данных в предыдущей операции:6. In BU 13, the signal delay time is determined based on the data obtained in the previous operation:
ti=tmax-t'i.t i = t max -t ' i .
Учитывая, что реализация цифрового многоканального фильтра производится на базе стабилизаторов тактовых сигналов типа AD 917-3 фирмы Analog Devices, необходимо учесть, что в связи с тем, что электрическая длина СВЧ-трактов приемопередатчика может быть достаточно близка к максимальной электрической длине одного из каналов, что связано единством технологии их изготовления, требуемая величина задержки сигнала может быть меньше минимально возможного значения времени задержки в диапазоне выбранного типа стабилизатора. Поэтому в формулу (1) введена постоянная величина С=70 пикосекунд, близкая по величине к времени минимальной задержки сигнала в диапазоне выбранного типа стабилизатора - 50 пикосекунд, т.е. время, исключающее краевые эффекты при формировании запаздываний. Значение С записывается в память блока управления 13. Значение времени задержки сигналов определяется по формуле:Given that the digital multi-channel filter is implemented on the basis of clock stabilizers of type AD 917-3 from Analog Devices, it must be taken into account that due to the fact that the electric length of the microwave paths of the transceiver can be quite close to the maximum electric length of one of the channels, due to the unity of technology for their manufacture, the required signal delay can be less than the minimum possible value of the delay time in the range of the selected type of stabilizer. Therefore, a constant value C = 70 picoseconds is introduced into formula (1), which is close in magnitude to the time of the minimum signal delay in the range of the selected type of stabilizer — 50 picoseconds, i.e. time excluding edge effects in the formation of delays. The value of C is recorded in the memory of the control unit 13. The value of the delay time of the signals is determined by the formula:
Полученные данные: минимальное значение времени, зафиксированное в канале с минимальной электрической длиной СВЧ-тракта, является началом цикла измерения времени запаздывания поступления сигналов на вход устройств цифровой обработки сигналов. Максимальное время поступления сигнала настройки, полученное в канале с максимальной величиной длины СВЧ-тракта канала, означает конец цикла измерения. Минимальное время tmin, равное нулю, максимальное tmax и промежуточные значения времени запаздывания сигнала ti записываются в память БУ 13.Received data: the minimum value of time recorded in the channel with the minimum electric length of the microwave path is the beginning of the cycle of measuring the time delay of the arrival of signals to the input of digital signal processing devices. The maximum time of receipt of the tuning signal received in the channel with the maximum length of the microwave path of the channel means the end of the measurement cycle. The minimum time t min equal to zero, the maximum t max and intermediate values of the delay time of the signal t i are recorded in the memory of the control unit 13.
7. В память стабилизаторов i.7 каждого канала записываются: соответствующие каждому каналу значения i.tmin; i.tmax; 
8. В память стабилизатора i.7 каждого канала вводятся соответствующие каждому каналу значения i.tmin; i.ti; i.tmax, которые фиксируют время подачи команды начала работы цифрового фильтра, т.е. начало задержки сигнала при работе приемопередатчика в режиме «Работа».8. In the memory of the stabilizer i.7 of each channel, the values of it min corresponding to each channel are entered; it i ; it max , which fixes the time for giving the command to start the digital filter, i.e. the beginning of the signal delay when the transceiver is in the "Work" mode.
9. Фиксация и запись времени окончания задержки сигналов в каждом канале относительно времени начала процесса задержки сигнала в память соответствующего стабилизатора и данные о времени окончания задержки сигналов во всех каналах передаются в память БУ 13.9. Fixing and recording the time of the end of the delay of signals in each channel relative to the time of the start of the process of delaying the signal in the memory of the corresponding stabilizer and data on the end time of the delay of the signals in all channels are transmitted to the memory of the control unit 13.
10. В БУ 13 полученные данные о значениях времени окончания процесса задержки сигналов в каждом канале анализируются, и, если отклонение от требуемого значения не превышает 2 пикосекунды, процесс настройки нулевой конфигурации приемного устройства можно считать законченным.10. In BU 13, the obtained data on the values of the end time of the signal delay process in each channel are analyzed, and if the deviation from the required value does not exceed 2 picoseconds, the process of setting the receiver’s zero configuration can be considered completed.
На основе результатов, полученных при работе в режиме «Настройка», формируются команды включения цифрового фильтра на первом этапе в режиме «Работа». С БУ 13 поступает команда К1 (начало работы), по которой начинается задержка сигнала в канале с минимальной электрической длиной СВЧ-тракта и начинается отсчет времени во всех стабилизаторах каналов. По истечении времени 
Время реализации задержки в канале с минимальной длиной СВЧ-тракта: tmax, у остальных каналов ti. По завершении времени реализации задержки в логических устройствах каждого канала цикл создания согласующего цифрового фильтра завершен. На вход ЦОС 8 поступают сигналы с восстановленным временным (фазовым) фронтом.The implementation time of the delay in the channel with the minimum microwave path length: t max , for the remaining channels t i . Upon completion of the delay implementation time in the logical devices of each channel, the cycle of creating a matching digital filter is completed. At the input of
Настройка передатчика проводится путем установки модуля преобразователя частоты передатчика на место модуля преобразователя частоты приемника или операции настройки следует проводить с использованием специального стенда, имеющего аналогичную структуру. Дальнейшая работа проводится в аналогичной последовательности.The transmitter is tuned by installing the transmitter frequency converter module in place of the receiver frequency converter module or tuning operations should be carried out using a special stand with a similar structure. Further work is carried out in a similar sequence.
Определение параметров согласующего фильтра передатчика проводится аналогично. Модуль преобразователя частоты передатчика устанавливается на место преобразователя приемника, после чего определяются параметры согласующего фильтра многоканального передатчика. Фильтры передатчика устанавливаются на выходе устройства ЦАП 10, после чего проводятся операции определения параметров фильтра и, при необходимости, проводится необходимая коррекция.The determination of the parameters of the matching filter of the transmitter is carried out similarly. The transmitter frequency converter module is installed in place of the receiver converter, after which the parameters of the multi-channel transmitter matching filter are determined. Transmitter filters are installed at the output of the DAC 10, after which operations are carried out to determine the filter parameters and, if necessary, the necessary correction is carried out.
Приемник и передатчик работают как единая система. Команда К1 о начале настройки фильтра передается на все стабилизаторы передатчика, т.о. формирование многоканального согласующего цифрового фильтра приемника и аналогичного фильтра передатчика проводиться одновременно.The receiver and transmitter work as a single system. The K 1 command about the start of the filter settings is transmitted to all transmitter stabilizers, i.e. the formation of a multi-channel matching digital receiver filter and a similar transmitter filter is carried out simultaneously.
По завершении этой операции подается команда К2 о завершении формирования фильтров приемника и передатчика и начале работы приемопередатчика в штатном режиме.At the end of this operation, a K 2 command is issued to complete the formation of the receiver and transmitter filters and to start the operation of the transceiver in normal mode.
Предлагаемое устройство может быть использовано при создании систем, где:The proposed device can be used to create systems where:
- Необходимо иметь максимальный динамический уровень входного сигнала при требуемой ширине мгновенного диапазона преобразования частоты.- It is necessary to have the maximum dynamic level of the input signal with the required width of the instantaneous frequency conversion range.
- При формировании рабочего мгновенного диапазона преобразования частоты можно нарушить непрерывность мгновенного диапазона без нарушения временного (фазового) фронта потока сигналов, поступающих на цифровую обработку.- When forming a working instantaneous frequency conversion range, it is possible to disrupt the continuity of the instantaneous range without violating the time (phase) front of the signal flow arriving for digital processing.
- При создании систем РТР, РЭП, РЛС требуются широкие возможности для создания и идентификации сложных сигналов.- When creating systems RTR, REP, radar, wide capabilities are required to create and identify complex signals.
- При создании помех системам РТР, РЭП, РЛС.- When interfering with systems RTR, REP, radar.
Отличительные признаки изобретенияFeatures of the invention
Введены К-1 каналов двойного преобразования частоты, где К целое число - два или больше, переключатель 2, делитель мощности 3; блок управления 13; опорный генератор 14; светвитель 15, генератор белого шума 17, импульсный генератор 18.K-1 channels of double frequency conversion are introduced, where K is an integer - two or more, switch 2, power divider 3; control unit 13;
Переключатель 2 имеет два входа СВЧ сигнала, один выход СВЧ сигнала и один вход управляющего сигнала блока управления 13.The switch 2 has two inputs of the microwave signal, one output of the microwave signal and one input of the control signal of the control unit 13.
Делитель мощности 3 имеет один вход СВЧ сигнала и К выходов СВЧ сигналов.The power divider 3 has one input of the microwave signal and the outputs of the microwave signals.
Блок управления 13 имеет вход сигнала опорного генератора 14, два выхода управляющих сигналов, по числу стабилизаторов в каждом канале, выход-вход управляющего сигнала и выход сигнала управляющего переключателем 2. Опорный генератор 14 имеет выход сигнала.The control unit 13 has a signal input of the
Светвитель 15 имеет К входов СВЧ сигналов и выход СВЧ сигнала, генератор «белого шума» 17 имеет один выход, импульсный генератор 18 имеет вход и выход сигнала «белого шума».The
Каждый параллельный канал двойного преобразования частоты имеет вход и выход СВЧ сигналов, семь входов сигнала опорного генератора 14, по числу активных устройств в канале, два входа сигналов блока управления, по числу стабилизаторов в канале, и вход-выход сигнала блока управления 13.Each parallel channel of double frequency conversion has an input and output of microwave signals, seven inputs of the signal of the
Приемная антенна 1, переключатель 2 и делитель мощности 3 соединены последовательно, каждый i-й выход делителя 3 соединен с входом i-го канала, а каждый выход i-го канала соединен с i-ым входом светвителя 15, где i=1, 2, … К, выход которого соединен с входом передающей антенны 16.The receiving
Генератор «белого шума» 17, импульсный генератор 18 и второй вход сигнала модулированный «белый шум» переключателя 2 соединены последовательно.The white noise generator 17, the pulse generator 18 and the second signal input modulated white noise of the switch 2 are connected in series.
Каждый i-й канал двойного преобразования частоты входом СВЧ сигналов соединен с i-ым выходом делителя мощности 3, а выход СВЧ сигнала канала соединен с i-ым входом светвителя 15, входы сигнала опорного генератора 14 соединены с выходом опорного генератора, входы стабилизаторов соединены с выходами блока управления, а вход-выход соединен с выходом-входом блока управления 13.Each i-th channel of double frequency conversion by the input of the microwave signals is connected to the i-th output of the power divider 3, and the output of the microwave signal of the channel is connected to the i-th input of the
Канал двойного преобразования частоты одного поддиапазона имеет: вход СВЧ сигнала, первый фильтр 4, первый 5 преобразователь частоты, аналого-цифровой преобразователь 6, первый стабилизатор 7, устройство цифровой обработки сигналов 8, второй стабилизатор 9, цифроаналоговый преобразователь 10, второй фильтр 11, второй преобразователь частоты 12, причем каждый канал имеет выход СВЧ сигнала, семь входов сигналов опорного генератора 14, по числу активных устройств канала, вход-выход сигналов блока управления 13 и два входа блока управления, по числу стабилизаторов канала. Перечисленные по порядку устройства канала двойного преобразования частоты своими входами и выходами преобразуемых СВЧ сигналов соединены последовательно,The double frequency conversion channel of one subband has: a microwave signal input, a first filter 4, a first 5 frequency converter, an analog-to-digital converter 6, a first stabilizer 7, a digital
Первый преобразователь 5 частоты имеет выход и первый вход преобразуемого СВЧ сигнала, и второй вход сигнала опорного генератора 14, второй преобразователь 12 частоты имеет выход и первый вход преобразуемого СВЧ сигнала и второй вход сигнала опорного генератора 14,The first frequency converter 5 has an output and a first input of a converted microwave signal, and a second signal input of a
Цифроаналоговый преобразователь 10 имеет выход и первый вход преобразуемого сигнала и второй вход сигнала опорного генератора 14,The digital-to-analog converter 10 has an output and a first input of a signal to be converted and a second signal input of a
Первый 7 и второй 9 стабилизаторы частоты имеют по одному выходу и по одному первому входу преобразуемого сигнала, вторые входы сигнала опорного генератора 14, устройство цифровой обработки сигналов 8 имеет выход, первый вход преобразуемого сигнала, вход-выход сигнала блока управления 13 и вход сигнала опорного генератора 14.The first 7 and second 9 frequency stabilizers have one output and one first input of the converted signal, the second inputs of the signal of the
Выход-вход сигналов блока управления 13 соединен с входом-выходом устройства цифровой обработки сигналов 8.The output-input of the signals of the control unit 13 is connected to the input-output of the digital
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015114613A RU2662727C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Superhigh-frequency receive/transmit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015114613A RU2662727C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Superhigh-frequency receive/transmit device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015114613A RU2015114613A (en) | 2016-11-10 |
| RU2662727C2 true RU2662727C2 (en) | 2018-07-30 |
Family
ID=57267685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015114613A RU2662727C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Superhigh-frequency receive/transmit device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662727C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2692755C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-06-27 | Леонид Петрович Половинкин | Broadband transceiver |
| RU2785519C1 (en) * | 2022-03-09 | 2022-12-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Antenna matching device umw range for signals with pseudo-random tuning of the operating frequency |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1764171A1 (en) * | 1989-12-15 | 1992-09-23 | Научно-исследовательский институт радио | Testing device for multichannel repeater |
| JPH09246895A (en) * | 1996-03-13 | 1997-09-19 | Nippon Tsushinki Kk | Multi-channel repeater |
| US5802452A (en) * | 1996-01-17 | 1998-09-01 | Gte Government Systems Corporation | Multiple channel radio frequency repeater |
| US20030236067A1 (en) * | 2002-06-20 | 2003-12-25 | Abraham Hasarchi | Repeater with digital channelizer |
| RU2289885C2 (en) * | 2004-06-15 | 2006-12-20 | Геннадий Викторович Ткачук | Method for multi-channel receiving system channels flattening(variants) |
-
2015
- 2015-04-20 RU RU2015114613A patent/RU2662727C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1764171A1 (en) * | 1989-12-15 | 1992-09-23 | Научно-исследовательский институт радио | Testing device for multichannel repeater |
| US5802452A (en) * | 1996-01-17 | 1998-09-01 | Gte Government Systems Corporation | Multiple channel radio frequency repeater |
| JPH09246895A (en) * | 1996-03-13 | 1997-09-19 | Nippon Tsushinki Kk | Multi-channel repeater |
| US20030236067A1 (en) * | 2002-06-20 | 2003-12-25 | Abraham Hasarchi | Repeater with digital channelizer |
| RU2289885C2 (en) * | 2004-06-15 | 2006-12-20 | Геннадий Викторович Ткачук | Method for multi-channel receiving system channels flattening(variants) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2692755C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-06-27 | Леонид Петрович Половинкин | Broadband transceiver |
| RU2785519C1 (en) * | 2022-03-09 | 2022-12-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Antenna matching device umw range for signals with pseudo-random tuning of the operating frequency |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015114613A (en) | 2016-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10571500B2 (en) | Electronic arrangement and vector network analyzer characterized by reduced phase noise | |
| CN108254608B (en) | Digital oscilloscope and self-calibration method of digital oscilloscope | |
| CN111123230B (en) | Phased array intermediate frequency radar simulator, radar signal processor testing method and device | |
| CN101702018A (en) | Calibrating method for big modulation bandwidth linear FM signal frequency response | |
| CN109818596B (en) | Multi-channel radio frequency signal waveform and phase accurate control circuit | |
| CN103675780A (en) | Ku (K-under) wave band fully-coherent radar target simulator | |
| CN103986484B (en) | Compensation method for unbalanced broadband intermediate frequency signal amplitudes | |
| EP3316485A1 (en) | Independent digital-to-analog converter synchronization | |
| RU157114U1 (en) | TRANSMISSION MODULE OF ON-BOARD DIGITAL ANTENNA ARRAY | |
| RU2662727C2 (en) | Superhigh-frequency receive/transmit device | |
| US20150035606A1 (en) | Time and amplitude alignment in envelope tracking amplification stage | |
| CN117193470A (en) | Waveform generator, multi-signal channel delay correction method and medium | |
| US8045937B2 (en) | Digital phase feedback for determining phase distortion | |
| JP2008160831A (en) | Signal generation circuit, jitter injection circuit, semiconductor chip, and test apparatus | |
| RU2573780C1 (en) | Microwave radio receiver | |
| KR102101797B1 (en) | Frequency synthesizer using multiple direct digital synthesizer module | |
| RU175192U1 (en) | VHF RADIO CHANNEL SIMULATOR | |
| CN210839639U (en) | Parallel digital synthesis circuit of FM modulation signal | |
| Khramov et al. | Mathematical modeling of operational modes of high-speed DACs | |
| US10763794B2 (en) | Harmonic compensation device | |
| CN106932661B (en) | Measuring device with AM modulation function | |
| EP2637312A1 (en) | Algorithm for fine RF transceiver DC offset calibration | |
| CN110933006A (en) | Parallel digital synthesis method and circuit of FM modulation signal | |
| Pierno et al. | Optical switching matrix as time domain demultiplexer in photonic ADC | |
| US8773190B2 (en) | Fine RF transceiver DC offset calibration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20170220 |
|
| HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180206 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190826 |