RU2724138C1 - Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and amplitude correctors - Google Patents

Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and amplitude correctors Download PDF

Info

Publication number
RU2724138C1
RU2724138C1 RU2020100059A RU2020100059A RU2724138C1 RU 2724138 C1 RU2724138 C1 RU 2724138C1 RU 2020100059 A RU2020100059 A RU 2020100059A RU 2020100059 A RU2020100059 A RU 2020100059A RU 2724138 C1 RU2724138 C1 RU 2724138C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
sampling
amplitude
digital receiver
Prior art date
Application number
RU2020100059A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Федорович Аткишкин
Original Assignee
Сергей Федорович Аткишкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Федорович Аткишкин filed Critical Сергей Федорович Аткишкин
Priority to RU2020100059A priority Critical patent/RU2724138C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724138C1 publication Critical patent/RU2724138C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used for measurement of frequency of continuous and pulsed microwave signals. Digital receiver for rapid measurement of frequency consists of in-phase power divider, first output of which is connected to amplitude corrector with frequency upward AFC, second output of which is connected to amplitude corrector with downstream AFC, first and second ADC, outputs of which are connected to computing device, clock source, which output is connected to first and second ADC clock inputs. Additionally, the first and second sampling and storage devices are introduced, wherein the input of the first sampling-storage device is connected to the output of the amplitude corrector with frequency upward AFC, input of the second sampling-storage device is connected to the output of the amplitude corrector with a frequency-down AFC, outputs of the first and second sampling and storage devices are connected to the inputs of the first and second ADCs, respectively, and clocking device output is additionally connected to clock inputs of the first and second sampling-storage devices.EFFECT: digital receiver frequency range extension.1 cl, 3 dwg

Description

Известен цифровой приемник оперативного измерения частоты [1]. Недостатками устройства являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку на трех различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине. Кроме того, потери в смесителе ограничивают чувствительность цифрового приемника.Known digital receiver operational frequency measurement [1]. The disadvantages of the device are the high hardware and computing costs associated with the need to sample and further process at three different sample rates. In addition, if the frequency grids of the obtained spectra do not coincide, in order to eliminate the effect of superposition of the spectra, it is necessary to perform oversampling into a single frequency grid, which requires additional computational costs. Another disadvantage of the device is spurious signals along the mirror channel, harmonics of the local oscillator and the input signal, as well as intermodulation distortion in the presence of several signals at the input of the device. Another disadvantage of the device is the need for tunable in a wide band local oscillator. In addition, losses in the mixer limit the sensitivity of the digital receiver.

Также известен цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией комплексного сигнала [2]. Недостатками данного метода являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку синфазного и квадратурного сигналов на двух различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат. Еще одним недостатком устройства являются паразитные сигналы по зеркальному каналу, гармоники гетеродина и входного сигнала, а также интермодуляционные искажения при наличии на входе устройства нескольких сигналов. Другим недостатком устройства является необходимость в перестраиваемом в широкой полосе гетеродине и широкополосном фазовращетеле с низкой фазовой ошибкой. Кроме того, потери в смесителях ограничивают чувствительность цифрового приемника.Also known is a digital receiver for operational frequency measurement with sampling of a complex signal [2]. The disadvantages of this method are the high hardware and computational costs associated with the need to sample and further process the in-phase and quadrature signals at two different sampling frequencies. In addition, if the frequency grids of the obtained spectra do not coincide, in order to eliminate the effect of superposition of the spectra, it is necessary to perform oversampling into a single frequency grid, which requires additional computational costs. Another disadvantage of the device is spurious signals along the mirror channel, harmonics of the local oscillator and the input signal, as well as intermodulation distortion in the presence of several signals at the input of the device. Another disadvantage of the device is the need for tunable in a wide band local oscillator and a broadband phase shifter with a low phase error. In addition, losses in the mixers limit the sensitivity of the digital receiver.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является цифровой приемник оперативного измерения частоты с дискретизацией двух амплитудно-корректированных частей сигнала [3]. Входной сигнал делится на две равные части, первая часть подвергается амплитудной коррекции с восходящей по частоте АЧХ, вторая часть подвергается амплитудной коррекции нисходящей по частоте АЧХ. Неоднозначность измерения частоты по амплитудным спектрам, возникающая из-за явления наложения спектров [4] разрешается по однозначной связи отношения максимумов на амплитудных спектрах от первого и второго АЦП с частотой входного сигнала.The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed invention is a digital receiver of operational frequency measurement with sampling of two amplitude-corrected signal parts [3]. The input signal is divided into two equal parts, the first part is subjected to amplitude correction with upward frequency response, the second part is subjected to amplitude correction downward frequency response. The ambiguity of frequency measurement by amplitude spectra arising due to the superposition of spectra [4] is resolved by unambiguously relating the ratio of the maxima on the amplitude spectra from the first and second ADCs to the frequency of the input signal.

Недостатком данного приемника является узкая полоса рабочих частот, которая ограничивается аналоговой полосой пропускания АЦП.The disadvantage of this receiver is a narrow band of operating frequencies, which is limited to the analog bandwidth of the ADC.

Техническим результатом изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника. Целью изобретения является расширение полосы частот цифрового приемника.The technical result of the invention is the expansion of the frequency band of a digital receiver. The aim of the invention is to expand the frequency band of the digital receiver.

Заявленный достигается тем, что в цифровой приемник оперативного измерения частоты, состоящий из синфазного делителя мощности, первый выход которого соединен с амплитудным корректором с восходящей по частоте АЧХ, второй выход которого соединен с амплитудным корректором с нисходящей по частоте АЧХ, первого и второго АЦП, выходы которых подключены к вычислительному устройству, источника тактирования, выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго АЦП, дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем вход первого устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с восходящей по частоте АЧХ, вход второго устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с нисходящей по частоте АЧХ, выходы первого и второго устройства выборки-хранения соединены с входами первого и второго АЦП соответственно, а выход устройства тактирования дополнительно соединен с тактовыми входами первого и второго устройств выборки-хранения. The claimed is achieved by the fact that in a digital receiver of operational frequency measurement, consisting of an in-phase power divider, the first output of which is connected to an amplitude corrector with an upward frequency response, the second output of which is connected to an amplitude corrector with a downward frequency response, the first and second ADCs, outputs which are connected to the computing device, the clock source, the output of which is connected to the clock inputs of the first and second ADCs, the first and second sampling-storage devices are additionally introduced, the input of the first sampling-storage device being connected to the output of the amplitude corrector with the frequency response ascending in frequency, the input of the second the sample-storage device is connected to the output of the amplitude corrector with a frequency-decreasing frequency response, the outputs of the first and second sample-storage devices are connected to the inputs of the first and second ADCs, respectively, and the output of the clock device is additionally connected to the clock inputs of the first and second sample-storage devices .

На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового приемника оперативного измерения частоты с устройством выборки хранения и линией задержки. Устройство содержит: синфазный делитель СВЧ мощности 1, амплитудный корректор с восходящей по частоте АЧХ 2, устройство тактирования 3, амплитудный корректор с нисходящей по частоте АЧХ 4, устройства 5 и 6 выборки-хранения, АЦП 7 и 8, вычислительное устройство 9. Figure 1 presents a functional diagram of a digital receiver for operational frequency measurement with a storage sampling device and a delay line. The device comprises: an in-phase divider of microwave power 1, an amplitude corrector with an upward frequency response AFC 2, a clock device 3, an amplitude corrector with a downward frequency AFC 4, devices 5 and 6 of sample-storage, ADC 7 and 8, a computing device 9.

На фиг. 2 представлены АЧХ амплитудного корректора с восходящей по частоте характеристикой (кривая 1) и с нисходящей по частоте характеристикой (кривая 2). На фиг. 3 представлено отношение модулей коэффициентов передачи первого и второго (кривая 2), второго и первого (кривая 1) амплитудных корректоров.In FIG. Figure 2 shows the frequency response of an amplitude corrector with an upward frequency response (curve 1) and a downward frequency response (curve 2). In FIG. 3 shows the ratio of the transmission coefficient modules of the first and second (curve 2), second and first (curve 1) amplitude corrections.

Цифровой приемник оперативного измерения частоты с устройствами выборки хранения и амплитудными корректорами работает следующим образом. Входной сигнал делится на две равные по мощности части в синфазном делителе СВЧ мощности 1. Первая часть поступает в амплитудный корректор с восходящей по частоте АЧХ 2. Вторая часть сигнала поступает в амплитудный корректор с нисходящей по частоте АЧХ 4. С выхода амплитудных корректоров 2 и 4 сигналы поступают на устройства выборки-хранения 5 и 6 соответственно. Устройства выборки хранения 5 и 6 по фронту тактового сигнала с частотой fs от устройства тактирования 3 производят выборку входного сигнала, по срезу тактового сигнала переходят в режим хранения и хранят выбранное значение до поступления очередного фронта тактового сигнала от устройства тактирования 3. Напряжения на выходе устройств выборки-хранения 5 и 6 поступают на входы АЦП 7 и 8 соответственно. По срезу тактового сигнала АЦП 7 и 8 начинают преобразование. Цифровые отсчеты от АЦП 7 и 8 поступают в вычислительное устройство 9, которое вычисляет амплитудный спектр сигнала, осуществляет поиск максимума и по нему оценивает частоту входного сигнала. При этом если частота входного сигнала превышает половину частоты следования тактовых импульсов от устройства тактирования 3, происходит наложение спектров [4] и сигнал преобразуется в первую зону Найквиста-Котельникова. Возникает неоднозначность измерения частоты, которая может быть разрешена с помощью способа, описанного в [3]. Для этого по отсчетам АЦП 7 и 8 устройство 9 вычисляет амплитудные спектры входного сигнала, подвергнутого восходящей и нисходящей по частоте амплитудной коррекции. Разрешение неоднозначности измерения частоты производится по отношению максимумов, расположенных на одинаковой частоте, на амплитудных спектрах от АЦП 7 и 8. Отношение максимумов на амплитудных спектрах однозначно связано с частотой входного сигнала согласно графику на фиг.3.A digital receiver of operational frequency measurement with storage sampling devices and amplitude correctors works as follows. The input signal is divided into two equal parts in power in the in-phase divider of microwave power 1. The first part enters the amplitude corrector with the frequency response ascending in frequency 2. The second part of the signal enters the amplitude corrector with the frequency response descending in frequency 4. From the output of the amplitude correctors 2 and 4 the signals are sent to the sample-storage devices 5 and 6, respectively. Storage sampling devices 5 and 6 along the edge of the clock signal with a frequency f s from clock device 3 sample the input signal, go to the storage mode by cutting the clock signal and store the selected value until the next edge of the clock signal comes from the clock device 3. Voltage at the output of the devices sample-storage 5 and 6 are fed to the inputs of the ADC 7 and 8, respectively. By cutting the clock signal, the ADCs 7 and 8 begin the conversion. Digital samples from the ADC 7 and 8 are received in the computing device 9, which calculates the amplitude spectrum of the signal, searches for the maximum and estimates the frequency of the input signal from it. Moreover, if the frequency of the input signal exceeds half the repetition rate of the clock pulses from the clock device 3, the spectra are superimposed [4] and the signal is converted to the first Nyquist-Kotelnikov zone. There is an ambiguity in the measurement of frequency, which can be resolved using the method described in [3]. To do this, from the samples of the ADC 7 and 8, the device 9 calculates the amplitude spectra of the input signal subjected to upward and downward frequency amplitude correction. The ambiguity of the frequency measurement is resolved by the ratio of the maxima located at the same frequency on the amplitude spectra from the ADCs 7 and 8. The ratio of the maxima on the amplitude spectra is uniquely related to the frequency of the input signal according to the graph in FIG. 3.

Введение устройств выборки-хранения перед АЦП позволяет существенно расширить диапазон измеряемых устройством частот. Диапазон входных частот современных устройств выборки-хранения простирается как минимум до 27 ГГц [5].The introduction of sampling and storage devices before the ADC can significantly expand the range of frequencies measured by the device. The input frequency range of modern sampling and storage devices extends to at least 27 GHz [5].

Список использованных источниковList of sources used

1. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of real signals. Патент США на изобретение №5099194. 1. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of real signals. US patent for the invention No. 5099194.

2. Tsui J.B.Y., Sanderson R.B. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of complex signals. Патент США на изобретение №5099243. 2. Tsui J.B.Y., Sanderson R.B. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of complex signals. US patent for the invention No. 5099243.

3. Аткишкин С.Ф. Способ расширения полосы частот анализа радиосигналов. Патент РФ №2710097С1 3. Atkishkin S.F. A method of expanding the frequency band of the analysis of radio signals. RF patent №2710097С1

4. Elbornsson, J. Blind Equalization of Time Errors in a Time-Interleaved ADC System/J. Elbornsson, F. Gustafsson, J. -E. Eklund//IEEE Transactions on signal processing. – 2005. - №4. – VOL53. – pp. 1413 – 14244. Elbornsson, J. Blind Equalization of Time Errors in a Time-Interleaved ADC System / J. Elbornsson, F. Gustafsson, J. -E. Eklund // IEEE Transactions on signal processing. - 2005. - No. 4. - VOL53. - pp. 1413 - 1424

5. Lin, Y. -A. A 27-GHz 45-dB SFDR track-and-hold amplifier using modified Darlington amplifier and cascoded SEF in 0.18-um SiGe process/Y. –A. Lin, Y. –C. Yeh, H. –Y. Chang// IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). – 2017. – pp. 137 - 1405. Lin, Y. -A. A 27-GHz 45-dB SFDR track-and-hold amplifier using modified Darlington amplifier and cascoded SEF in 0.18-um SiGe process / Y. –A. Lin, Y. –C. Yeh, H. –Y. Chang // IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). - 2017 .-- pp. 137 - 140

Claims (1)

Цифровой приемник оперативного измерения частоты, состоящий из синфазного делителя мощности, первый выход которого соединен с амплитудным корректором с восходящей по частоте АЧХ, второй выход которого соединен с амплитудным корректором с нисходящей по частоте АЧХ, первого и второго АЦП, выходы которых подключены к вычислительному устройству, источника тактирования, выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго АЦП, отличающий тем, что в него дополнительно введены первое и второе устройство выборки-хранения, причем вход первого устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с восходящей по частоте АЧХ, вход второго устройства выборки-хранения соединен с выходом амплитудного корректора с нисходящей по частоте АЧХ, выходы первого и второго устройства выборки-хранения соединены с входами первого и второго АЦП соответственно, а выход устройства тактирования дополнительно соединен с тактовыми входами первого и второго устройств выборки-хранения. A digital operational frequency measurement receiver, consisting of a common-mode power divider, the first output of which is connected to an amplitude corrector with an upward frequency response, the second output of which is connected to an amplitude corrector with a downward frequency response, the first and second ADCs, the outputs of which are connected to a computing device, a clock source whose output is connected to the clock inputs of the first and second ADCs, characterized in that the first and second sampling and storage devices are additionally introduced into it, the input of the first sampling and storage device being connected to the output of the amplitude corrector with an upward frequency response, the input of the second the sample-storage device is connected to the output of the amplitude corrector with a frequency-decreasing frequency response, the outputs of the first and second sample-storage devices are connected to the inputs of the first and second ADCs, respectively, and the output of the clock device is additionally connected to the clock inputs of the first and second sample-storage devices.
RU2020100059A 2020-01-09 2020-01-09 Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and amplitude correctors RU2724138C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020100059A RU2724138C1 (en) 2020-01-09 2020-01-09 Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and amplitude correctors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020100059A RU2724138C1 (en) 2020-01-09 2020-01-09 Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and amplitude correctors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724138C1 true RU2724138C1 (en) 2020-06-22

Family

ID=71135764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020100059A RU2724138C1 (en) 2020-01-09 2020-01-09 Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and amplitude correctors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724138C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775355C1 (en) * 2021-05-06 2022-06-29 Акционерное общество "Таганрогский научно-исследовательский институт связи" (АО "ТНИИС") Digital meter of parameters of pulsed uhf signals with a wide range of operating frequencies

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5099243A (en) * 1991-03-06 1992-03-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Digital frequency measurement receiver with bandwidth improvement through multiple sampling of complex signals
RU2003115C1 (en) * 1990-05-29 1993-11-15 Таганрогский Радиотехнический Институт Multichannel receiver with instantaneously measuring frequency
RU2287833C2 (en) * 2004-08-24 2006-11-20 ФГУП "Центральное конструкторское бюро автоматики" Super heterodyne receiver and frequency meter
US7236901B2 (en) * 2004-05-14 2007-06-26 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Digital broadband frequency measurement
RU2317558C2 (en) * 2005-12-02 2008-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Таганрогский научно-исследовательский институт связи" (ФГУП "ТНИИС") Device for measuring frequency

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2003115C1 (en) * 1990-05-29 1993-11-15 Таганрогский Радиотехнический Институт Multichannel receiver with instantaneously measuring frequency
US5099243A (en) * 1991-03-06 1992-03-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Digital frequency measurement receiver with bandwidth improvement through multiple sampling of complex signals
US7236901B2 (en) * 2004-05-14 2007-06-26 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Digital broadband frequency measurement
RU2287833C2 (en) * 2004-08-24 2006-11-20 ФГУП "Центральное конструкторское бюро автоматики" Super heterodyne receiver and frequency meter
RU2317558C2 (en) * 2005-12-02 2008-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Таганрогский научно-исследовательский институт связи" (ФГУП "ТНИИС") Device for measuring frequency

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775355C1 (en) * 2021-05-06 2022-06-29 Акционерное общество "Таганрогский научно-исследовательский институт связи" (АО "ТНИИС") Digital meter of parameters of pulsed uhf signals with a wide range of operating frequencies

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5485120A (en) Feed-forward power amplifier system with adaptive control and control method
US7386409B2 (en) Method and apparatus for artifact signal reduction in systems of mismatched interleaved digitizers
US7124043B2 (en) Spectrum analyzer with phase noise compensation
WO2018032645A1 (en) Wideband wide-frequency agile signal measurement instrument and measurement method
CN104897938B (en) Test and measurement instrument including asynchronous time interleaved digitizer using harmonic mixing
Feldhaus et al. A 1 MHz to 50 GHz direct down-conversion phase noise analyzer with cross-correlation
US20110304318A1 (en) Frequency-scalable shockline-based signal-source extensions
RU2724138C1 (en) Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and amplitude correctors
EP2725707B1 (en) Sampling device
CN112702237B (en) Method for realizing calculation measurement aiming at time delay and phase difference between channels of MIMO communication system
US8897350B2 (en) Orthogonal transform error corrector
RU2724139C1 (en) Digital receiver for rapid measurement of frequency with storage sampling devices and delay line
CN108459203B (en) Ultra-wideband frequency-sweeping pulse power detection device and method
EP2131203A2 (en) Method for the precise measurement of dependency on amplitude and phase of a plurality of high frequency signals and device for carrying out said method
US20220260698A1 (en) Radar distance measuring device and radar distance measuring method
Fager et al. Improvement of oscilloscope based RF measurements by statistical averaging techniques
US7058377B1 (en) Dual channel downconverter for pulsed radio frequency measurements
RU2710097C1 (en) Method for expansion of frequency bands for evaluation signals spectra
Fateeva et al. Digital receiving devices with time-division multiplexing for bandwidth extension
Kvachev et al. Research of Instantaneous Frequency Measurement Receiver
CN112666392A (en) Carrier frequency measuring circuit and method of high-speed pulse modulation signal
US10771076B1 (en) Measuring device, calibration method and measuring method with jitter compensation
Ma et al. An efficient calibration method for digital bandwidth interleaving sampling system
Zhang et al. Digital Bandwidth Interleaved Signal Acquisition and Error Calibration Method
Nguyen et al. Integrated Avionics Frequency Tracking In Direct RF Sampling Front-End Using FFT