Обертон

Реферат: Обертон містить вхідний і вихідний канали, а також розміщені між зазначеним вхідним і вихідним каналами зв'язані між собою послідовно перетворювач/помножувач частоти, фільтр і вихідний підсилювач надвисокої частоти. До складу обертону додатково введено вхідний високочастотний підсилювач опорної частоти, фазовий детектор, інтегруючий підсилювач, керований генератор, перший та другий підсилювачі і відгалужувач. UA 77122 U (12) UA 77122 U UA 77122 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі радіотехніки, зокрема до помножувачів частоти, а саме, до обертонів (типу модулів множення), які можуть бути використані в аналогових системах. Однією з важливих операцій, що здійснюється у пристроях інформаційно-вимірювальної техніки, є множення частоти (за допомогою спеціально розроблених пристроїв). До таких пристроїв належать вимірювальні прилади, генератори сигналів, модулі множення (обертони), помножувач частоти, радіопередавальні й радіолокаційні пристрої, блоки високочастотних перетворювачів тощо. Помножувачі частоти (обертони типу модулів множення) є важливою ланкою багатьох радіотехнічних пристроїв. Відомі в цей час обертони (помножувачі частоти) виконано на основі аналогових методів їхньої побудови. Великий інтерес представляє спосіб множення частоти, що використовує як апаратний засіб функціональні аналогові перетворювачі. Однак дотепер не створені обертони (помножувачі частоти та модулі множення), які б задовольняли сучасним вимогам та могли здійснювати придушення паразитних дискретних складових, поліпшувати частоти спектра сигналу в широкій смузі частот, не погіршивши при цьому параметри вхідного сигналу, забезпечити поліпшення амплітудних характеристик вхідного сигналу. І, отже, існує необхідність розробки аналогових помножувачів частоти (типу обертонів) на сучасній елементній базі (на малопотужних елементах) з досить високими технічними й метрологічними характеристиками [1]. Відомий модуль множення, що містить вхідні й вихідну фільтруючі ланцюги, а так само ланцюги живлення й зсуву [2]. Модуль множення (помножувач частоти або обертон) працює за принципом виділення потрібної гармоніки з імпульсів колекторного струму в режимі з відсіченням і забезпечує коефіцієнт перетворення, обмежений труднощами забезпечення оптимальних кутів відсічення. До недоліків відомого модуля множення належить те, що при відомому конструктивному виконанні модуля не забезпечується підвищення чутливості, безпеки і надійності роботи пристрою за рахунок того, що обробка вхідних сигналів здійснюється одним контуром, який містить один канал обробки вихідних даних. Недоліком є й те, що існує лише канал формування вихідної частоти, а немає вихідного каналу контролю. Відомий модуль множення, що містить каскадно з'єднані вхідний і вихідний мікросмужкові фільтри, у яких вихідний резонатор вхідного фільтра одночасно є вхідним резонатором вихідного фільтра, при цьому він містить і варакторні діоди, підключені до одного або обох кінців згаданого вихідного фільтра [3]. До недоліків відомого модуля множення належить те, що при відомому конструктивному виконанні пристрою не забезпечується придушення паразитних складових в опорному сигналі, що призводить до зниження вірогідності точного виявлення стану систем контролю каналів формування сигналів. До недоліків належить й те, що конструкція пристрою не дозволяє формувати сигнали з високою спектральною частотою для використання в інших радіолокаційних чи радіотехнічних пристроях. Відомий модуль множення, що містить послідовно з'єднані вхідний канал, погоджувальний фільтр, частотнозалежний елемент, розділовий конденсатор, діод і феритовий фільтр, при цьому діод з накопиченням заряду включений між загальною точкою погоджувального фільтра, частотозалежного елемента й загальним виводом пристрою [4]. До недоліків відомого модуля множення належить те, що при зазначеному конструктивному виконанні пристрою не забезпечується придушення паразитних складових в опорному сигналі, не забезпечується поліпшення частоти спектра сигналу в широкій смузі частот без погіршення при цьому параметрів вхідного сигналу. Найбільш близьким технічним рішенням як по суті, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є обертон, що містить вхідний і вихідний канали, а також розміщені між зазначеним вхідним і вихідним каналами зв'язані між собою послідовно перетворювач/помножувач частоти, фільтр і вихідний підсилювач надвисокої частоти, при цьому вхід перетворювача/помножувача частоти зв'язаний із вхідним каналом, вихід зазначеного перетворювача/помножувача частоти зв'язаний із входом вихідного підсилювача надвисокої частоти через фільтр, а вихід вихідного підсилювача надвисокої частоти зв'язано з вихідним каналом [5]. До недоліків відомого обертону, який вибрано за найближчий аналог (прототип), належить те, що при зазначеному конструктивному виконанні пристрою - обертону типу модуля множення, не забезпечується придушення паразитних складових опорного вхідного сигналу, не забезпечується поліпшення частоти спектра сигналу в широкій смузі частот без погіршення при цьому параметрів вхідного сигналу (паразитні дискретні складові сигналу при обробці збільшуються, і при широкій смузі вхідних сигналів відфільтрувати їх проблематично, а іноді і 1 UA 77122 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 неможливо). Недоліком є й те, що при відомому конструктивному виконанні обертону не забезпечується поліпшення амплітудних характеристик на виході (у вихідному каналі) у широкій смузі частот, тому що амплітуда вхідного сигналу зв'язана з вихідним сигналом. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом введення до складу обертону вхідного високочастотного підсилювача опорної частоти, керованого генератора, який синхронізовано опорною частотною петлею фазового автопідстроювання частоти, в яку входять послідовно з'єднані між собою перший підсилювач, відгалужувач, другий підсилювач, фазовий детектор та інтегруючий підсилювач, забезпечити придушення паразитних дискретних складових з поліпшенням при цьому частоти спектра сигналу в широкій смузі вхідних частот без погіршення параметрів вхідного сигналу. Суть корисної моделі в обертоні, що містить вхідний і вихідний канали, а також розміщені між зазначеним вхідним і вихідним каналами зв'язані між собою послідовно перетворювач/помножувач частоти, фільтр і вихідний підсилювач надвисокої частоти, при цьому вхід перетворювача/помножувача частоти зв'язаний із вхідним каналом, вихід зазначеного перетворювача/помножувача частоти зв'язаний із входом вихідного підсилювача надвисокої частоти через фільтр, а вихід вихідного підсилювача надвисокої частоти зв'язаний з вихідним каналом, полягає в тому, що до складу обертону додатково введено вхідний високочастотний підсилювач опорної частоти, фазовий детектор, інтегруючий підсилювач, керований генератор, перший та другий підсилювачі і відгалужувач. Суть корисної моделі полягає і в тому, що вхідний високочастотний підсилювач опорної частоти, фазовий детектор, інтегруючий підсилювач, керований генератор, перший та другий підсилювачі і відгалужувач розміщено в ланцюзі між вхідним каналом і перетворювачем/помножувачем частоти, вхід вхідного високочастотного підсилювача опорної частоти зв'язано по вхідному каналу з вхідним керуючим опорним сигналом, вихід вхідного високочастотного підсилювача опорної частоти зв'язано з першим входом фазового детектора, вихід фазового детектора зв'язано з керованим генератором через інтегруючий підсилювач, вихід керованого генератора зв'язано з входом відгалужувача через перший підсилювач, перший вихід відгалужувача зв'язано з входом перетворювача/помножувача частоти, другий вихід відгалужувача зв'язано з входом другого підсилювача, а вихід другого підсилювача зв'язано з другим входом фазового детектора. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що всі конструктивні елементи обертону виконано на малопотужних елементах, вхідний високочастотний підсилювач опорної частоти виконано з можливістю розв'язки фазового детектора і вхідного сигналу опорної частоти, а керований генератор виконано зі смугою частот, дорівнюючій смузі частот опорного сигналу. Новим в корисній моделі є те, що керований генератор синхронізовано опорною частотною петлею фазового автопідстроювання частоти, в яку входять послідовно з'єднані між собою перший підсилювач, відгалужувач, другий підсилювач, фазовий детектор та інтегруючий підсилювач, а петлю фазового автопідстроювання частоти виконано з можливістю придушення паразитних дискретних складових, що присутні в спектрі вхідного сигналу, і високою швидкістю перестроювання частоти та малих фазових флуктуацій. Рішення технічної задачі дійсно можливо тому, що: - шляхом введення до складу обертону вхідного високочастотного підсилювача опорної частоти забезпечується необхідний рівень сигналу та вирівнювання амплітуди і рівня сигналу у широкій смузі частот, необхідного для фазового детектора; - шляхом введення до складу обертону фазового детектора забезпечується синхронізація сигналу керованого генератора з опорним сигналом; - шляхом введення до складу обертону інтегруючого підсилювача забезпечується фільтрація і рівень різницевого струму фазового детектора (для керування керованим генератором); - шляхом введення до складу обертону керованого генератора забезпечується малий рівень амплітудно-частотної характеристики зазначеного обертону; - шляхом введення до складу обертону першого підсилювача забезпечується необхідний рівень сигналу для перетворювача/помножувача частоти (на "чотири") та другого підсилювача (через відгалужувач); - шляхом введення до складу обертону другого підсилювача забезпечується необхідний рівень сигналу для фазового детектора; - шляхом введення до складу обертону відгалужувача забезпечується розділення сигналу, а також розв'язку сигналу між перетворювачем/помножувачем частоти (на "чотири") та фазовим детектором з першого підсилювача; - шляхом розміщення в обертоні першого підсилювача, відгалужувача, другого підсилювача, фазового детектора та інтегруючого підсилювача таким чином, що вони створюють відносно 2 UA 77122 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 керованого генератора петлю фазового автопідстроювання частоти, забезпечується синхронізація генератора опорною частотною та придушення дискретних складових вхідного сигналу. Таким чином обертон, який заявляється, відповідає критерію корисної моделі "новизна". Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на Фіг. 1 показано блок-схему обертону, який вибрано за прототип, на Фіг. 2 показано блок-схему обертону, який заявляється, на Фіг. 3 показано блок-схему петлі фазового автопідстроювання частоти, яка створена послідовно з'єднаними між собою першим підсилювачем, відгалужувачем, другим підсилювачем, фазовим детектором та інтегруючим підсилювачем, на Фіг. 4 показано блоксхему обертону, який заявляється, що пояснює його роботу. Обертон (позиція 1), який заявляється, містить (як варіант конструктивного виконання пристрою типу модуля множення) вхідний канал (2), вихідний канал (3), а також розміщені між вхідним (2) і вихідним (3) каналами зв'язані між собою послідовно перетворювач/помножувач (4) частоти (на "чотири"), фільтр (5) та вихідний підсилювач (6) надвисокої частоти, а також вхідний високочастотний підсилювач (7) опорної частоти, фазовий детектор (8), інтегруючий підсилювач (9), керований генератор (10), перший підсилювач (11), другий підсилювач (12) і відгалужувач (13) - див. блок-схему на Фіг. 2. При цьому конструктивно вхідний високочастотний підсилювач (7) опорної частоти, фазовий детектор (8), інтегруючий підсилювач (9), керований генератор (10), перший (11) та другий (12) підсилювачі і відгалужувач (13) розміщено в ланцюзі між вхідним каналом (2) і перетворювачем/помножувачем (4) частоти (на "чотири") (див. блок-схему на Фіг. 2). Конструктивно і технологічно конструктивні елементи (позиції 4-13) обертону (1), який заявляється, з'єднано/зв'язано між собою таким чином (див. блок-схеми на Фіг. 1-3 та блоксхему на Фіг. 4): - вхід перетворювача/помножувача (4) частоти (на "чотири") зв'язаний із вхідним каналом (2); - вихід зазначеного перетворювача/помножувача (4) частоти (на "чотири") зв'язаний із входом вихідного підсилювача (6) надвисокої частоти через фільтр (5); - вихід вихідного підсилювача (6) надвисокої частоти зв'язаний з вихідним каналом (3); - вхід вхідного високочастотного підсилювача (7) опорної частоти зв'язано по вхідному каналу (2) з вхідним керуючим опорним сигналом (позиція "К1"); - вихід вхідного високочастотного підсилювача (7) опорної частоти зв'язано з першим входом фазового детектора (8); - вихід фазового детектора (8) зв'язано з керованим генератором (10) через інтегруючий підсилювач (9); - вихід керованого генератора (10) зв'язано з входом відгалужувача (13) через перший підсилювач (11); - перший вихід відгалужувача (13) зв'язано з входом перетворювача/помножувача (4) частоти (на "чотири"); - другий вихід відгалужувача (13) зв'язано з входом другого підсилювача (12); - вихід другого підсилювача (12) зв'язано з другим входом фазового детектора (8). Всі конструктивні елементи (позиції 4-13) обертону (1) виконано на малопотужних елементах, вхідний високочастотний підсилювач (7) опорної частоти виконано з можливістю розв'язки фазового детектора (8) і вхідного сигналу (позиція "К1") опорної частоти, а керований генератор (10) виконано зі смугою частот, дорівнюючій смузі частот опорного сигналу. Безпосередньо в обертоні (1) конструктивно керований генератор (10) синхронізовано опорною частотною петлею (позиція 14) фазового автопідстроювання частоти, в яку входять послідовно з'єднані між собою перший підсилювач (11), відгалужувач (13), другий підсилювач (12), фазовий детектор (8) та інтегруючий підсилювач (9) - див., відповідно, блок-схему на Фіг. 2 та безпосередньо блок-схему на Фіг. 3. Технологічно петлю (позиція 14) фазового автопідстроювання частоти виконано з можливістю придушення паразитних дискретних складових, що присутні в спектрі вхідного сигналу, і високою швидкістю перестроювання частоти та малих фазових флуктуацій. Обертон (позиція 1) (типу модуля множення), який заявляється, працює таким чином (див. блок-схему на Фіг. 4). З синтезатора (позиція 15) вихідний сигнал надвисокої частоти по вхідному каналу (2) надходить на вхід вхідного високочастотного підсилювача (7) опорної частоти (який виконано з можливістю розв'язки фазового детектора (8) і вхідного сигналу (позиція "К1") опорної частоти, та вирівнювання рівня сигналу) при цьому вхідний сигнал (позиція "К1") має широкий діапазон перестроювання частот. 3 UA 77122 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Зазначений вхідний високочастотний підсилювач (7) опорної частоти збільшує рівень вхідного сигналу (позиція "К1") для нормальної роботи фазового детектора (8). Підсилений сигнал надходить на перший вхід зазначеного фазового детектора (8). Фазовий детектор (8) порівнює вхідний сигнал (позиція "К1") з сигналом керованого генератора (10) і синхронізує його по фазі з вхідним сигналом. Далі з фазового детектора (8) сигнал через інтегруючий підсилювач (9) попадає на вхід керованого генератора (10), в якому він синхронізується з вхідним сигналом. При цьому інтегруючий підсилювач (9) збільшує розмах та фільтрує різницевий сигнал з фазового детектора (8) - для керування керованим генератором (10) обертону (1). Далі сигнал з виходу керованого генератора (10) подається на вхід першого підсилювача (11), де підсилюється (збільшується рівень сигналу, який буде необхідним для перетворювача/помножувача (позиція 4) частоти (на "чотири") і подається на вхід відгалужувача (13). Відгалужувач (13) пропускає сигнал в прямому напрямку з малими втратами, а в петлю (позиція 14) фазового автопідстроювання частоти (див. блок-схему на Фіг. 3) - з ослабленням. Таким чином, сигнал з першого виходу відгалужувача (13) подається на вхід перетворювача/помножувача (4) частоти (на "чотири") (в прямому напрямку) с малими втратами, а на вхід другого підсилювача (12), що розміщений в петлі (позиція 14) фазового автопідстроювання частоти - з ослабленням (зазначена петля (позиція 14) фазового автопідстроювання частоти забезпечує синхронізацію вхідного сигналу з керованим генератором (10) - див. блок-схему на Фіг. 3). У другому підсилювачі (12) збільшується рівень сигналу для нормальної роботи фазового детектора (8). Посилений сигнал з виходу другого підсилювача (12) подається на другий вхід фазового детектора (8), в якому сигнал порівнюється з частотою керованого генератора (10) і синхронізується по фазі з вхідним сигналом. Водночас з першого виходу відгалужувача (13) сигнал, що надійшов через перший підсилювач (11), надходить на вхід перетворювача/помножувача (4) частоти, в якому відбувається помноження частоти на "×4". Помножений на "×4" сигнал через фільтр (5) подається на вхід вихідного підсилювача (6) надвисокої частоти (в якому збільшується/посилюється рівень сигналу, що надійшов з перетворювача/помножувача (4) частоти (на "чотири") (через фільтр (5) - див. блок-схему на Фіг. 4), і далі по вихідному каналу (3) - на вихід (наприклад, на вхід наступного пристрою позиція N) - див. блок-схему на Фіг. 4. Таким чином, в процесі роботи обертону (1), що заявляється, здійснюється усунення недоліків прототипу (див. блок-схему на Фіг. 1), у якому при методі множення, що застосовується, паразитні дискретні складові сигналу збільшуються, і при широкій смузі вхідних сигналів відфільтрувати їх проблематично, а іноді і неможливо. Додаткове введення до складу обертону (1), що заявляється, конструктивних елементів здійснює придушення паразитних дискретних складових і поліпшує амплітудні характеристики сигналу на виході (у вихідному каналі на виході з вихідного підсилювача (6) надвисокої частоти). Підвищення ефективності застосування обертону, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається шляхом введення до складу обертону вхідного високочастотного підсилювача опорної частоти, керованого генератора (який синхронізовано опорною частотною петлею фазового автопідстроювання частоти, в яку входять послідовно з'єднані між собою перший підсилювач, відгалужувач, другий підсилювач, фазовий детектор та інтегруючий підсилювач), що призводить до придушення паразитних дискретних складових та дозволяє тим самим поліпшити чистоту спектра сигналу в широкій смузі вхідних частот, не погіршивши при цьому параметри вхідного сигналу. Також шляхом введення до складу обертону, який заявляється, зазначених вище конструктивних елементів і петлі фазового автопідстроювання частоти, забезпечується поліпшення амплітудно-фазових характеристик на виході (у вихідному каналі), тому що амплітуда вхідного сигналу не зв'язана з вихідним сигналом. Джерела інформації: 1. Банников В. "Цифровой умножитель частоты", Журнал "Радио", № 1, 1999, стор. 49. 2. Патент Російської Федерації № 2102831 від 20.01.1998 р. "Умножитель частоты", МПК 6 Н03В19/00 - аналог. 3. Патент Російської Федерації № 2108656 від 10.04.1998 р. "Умножитель частоты", МПК 6 Н03В19/05 - аналог. 4. Патент Російської Федерації № 2072623 від 27.01.1997 р. "Умножитель частоты", МПК 6 Н03В19/00, Н03В 19/14 - аналог. 4 UA 77122 U 5. Патент Російської Федерації № 2186454 від 27.07.2002 р. "Способ широкополосного умноження частоты и фазы и устройство для его осуществления", МПК (2002.1) Н03В 19/10 прототип. 5 10 15 20 25 30 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Обертон, що містить вхідний і вихідний канали, а також розміщені між зазначеним вхідним і вихідним каналами зв'язані між собою послідовно перетворювач/помножувач частоти, фільтр і вихідний підсилювач надвисокої частоти, при цьому вхід перетворювача/помножувача частоти зв'язаний із вхідним каналом, вихід зазначеного перетворювача/помножувача частоти зв'язаний із входом вихідного підсилювача надвисокої частоти через фільтр, а вихід вихідного підсилювача надвисокої частоти зв'язаний з вихідним каналом, який відрізняється тим, що до складу обертону додатково введено вхідний високочастотний підсилювач опорної частоти, фазовий детектор, інтегруючий підсилювач, керований генератор, перший та другий підсилювачі і відгалужувач, при цьому вхідний високочастотний підсилювач опорної частоти, фазовий детектор, інтегруючий підсилювач, керований генератор, перший та другий підсилювачі і відгалужувач розміщено в ланцюзі між вхідним каналом і перетворювачем/помножувачем частоти, вхід вхідного високочастотного підсилювача опорної частоти зв'язано по вхідному каналу з вхідним керуючим опорним сигналом, вихід вхідного високочастотного підсилювача опорної частоти зв'язано з першим входом фазового детектора, вихід фазового детектора зв'язано з керованим генератором через інтегруючий підсилювач, вихід керованого генератора зв'язано з входом відгалужувача через перший підсилювач, перший вихід відгалужувача зв'язано з входом перетворювача/помножувача частоти, другий вихід відгалужувача зв'язано з входом другого підсилювача, а вихід другого підсилювача зв'язано з другим входом фазового детектора, причому всі конструктивні елементи обертону виконано на малопотужних елементах, вхідний високочастотний підсилювач опорної частоти виконано з можливістю розв'язки фазового детектора і вхідного сигналу опорної частоти, а керований генератор виконано зі смугою частот, дорівнюючій смузі частот опорного сигналу. 2. Обертон за п. 1, який відрізняється тим, що керований генератор синхронізовано опорною частотною петлею фазового автопідстроювання частоти, в яку входять послідовно з'єднані між собою перший підсилювач, відгалужувач, другий підсилювач, фазовий детектор та інтегруючий підсилювач. 3. Обертон за п. 1 та п. 2, який відрізняється тим, що петлю фазового автопідстроювання частоти виконано з можливістю придушення паразитних дискретних складових, що присутні в спектрі вхідного сигналу, і високою швидкістю перестроювання частоти та малих фазових флуктуацій. 5 UA 77122 U 6 UA 77122 U 7 UA 77122 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8