Для преодоления этого противоречия
и повышения точности формирования
пилообразного напряжения используют
комбинированные аналого-цифровые
ГПН. Здесь, выходное напряжение
является суммой ступенчатого
и пилообразного, причем продифференцированные
импульсы обратного хода аналогового
ГПН служат входными для счетчика.
Цифровые
методы формирования ЛЧМ сигналов:
Интенсивное развитие цифровых схем
различной степени интеграции и
появление процессоров для обработки
сложных сигналов в значительной
степени способствовали созданию различного
рода цифровых устройств формирования
ЛЧМ сигналов.
Эти устройства позволяют не
только изменять параметры формируемых
сигналов (девиацию частоты, длительность),
но и вводить в сигнал требуемые
предыскажения, обеспечивают стабильность
и когерентность сигналов, а также хорошую
воспроизводимость характеристик при
серийном изготовлении.
Точность формирования ЛЧМ сигналов
этим способом зависит от числа
адресов, по которым осуществляется
обращение к ЗУ (числа разрядов
квантования по фазе), и от разрядности
чисел, хранимых в ЗУ. Так, : например
Хиз-25 разрядов накопителя для адресации
к ЗУ используется лишь 11 старших разрядов.
Их число, а также необходимость хранения
в ЗУ 10-разрядных выборок, определяется
допустимым уровнем боковых лепестков
в сжатом сигнале.
Отметим, что число хранимых
выборок, а следовательно, и
емкость ЗУ можно существенно
уменьшить, если требуется сформировать
лишь один ЛЧМ сигнал с определенным
образом подобранной базой. Устройства
формирования широкополосных ЛЧМ
сигналов с высокой точностью.
При формировании ЛЧМ сигналов
с большими значениями девиации
частоты и базы трудно реализовать
высокие требования к точности.
Это
противоречие можно разрешить, используя
более сложные устройства, например,
рециркуляционные схемы, системы автоподстройки
параметров ЛЧМ сигнала, а также аналого-цифровые
синтезаторы. Исходный ЛЧМ сигнал длительностью
7 поступает на сумматор от генератора
ЛЧМ сигнала. Кольцо рециркуляции состоит
из смесителя, усилителя с автоматической
регулировкой усиления (АРУ) и линии задержки
(ЛЗ) на время.
Основная трудность реализации
такой схемы состоит в обеспечении
малых фазовых и амплитудных
возмущений в моменты времени,
кратные периоду рециркуляции. Для
их уменьшения необходимо, чтобы
фазовый набег ЛЧМ сигнала
за время единичного импульса
был кратен целому числу периодов
сигнала опорного генератора.
Для этого внутри кольца рециркуляции,
а также на выходе устройства
используют электронно-перестраиваемые
фильтры, например, управляемый по
частоте в пределах всей девиации
автогенератор, следящий с помощью
системы фазовой автоподстройки
частоты за частотой выходного
ЛЧМ сигнала. Число рециркуляции
М в таких системах может
достигать 200 ... 500, что обеспечивает
базу сигнала до 105 при малых
фазовых отклонениях.
При воздействии на устройство
формирования дестабилизирующих
факторов (климатические изменения,
вибрации, шумы), при нелинейной MX и
одновременно высоких требованиях
к точности целесообразно использовать
систему автоматической подстройки
параметров ЛЧМ сигналов. Здесь
в качестве генератора ЛЧМ
сигнала может быть использован
управляемый автогенератор или комбинация
эталонного генератора с УФМ, причем в
этих устройствах должны быть приняты
возможные меры для линеаризации MX и управляющих
напряжений.
Формирование
ЛЧМ сигналов с помощью фазовых
модуляторов: Сигналы с ЛЧМ можно
формировать с помощью управляемого
фазового модулятора (УФМ), подавая
в качестве управляющего напряжение
такой формы, чтобы фаза выходного
сигнала менялась во времени по квадратичному
закону. Устройства фазовой модуляции
выполняются дискретными (например,
в виде переключателя фазы со сглаживающим
фильтром) и непрерывными.
В качестве УФМ используют
ЛБВ, усилительный клистрон, фазовращательную
ЛБВ и т. д. Удачным решением является применение
управляемой линии задержки в виде; индуктивности
с отводами, к которым подключены варикапы,
так что входное сопротивление УФМ имеет
емкостный характер. Эта цепь используется
для интегрирования линейно меняющегося
входного сигнала.
Широко применяются УФМ, в которых
управление происходит за счет
изменения емкости диода, включенного
в отрезок волновода, и резонансный
контур промежуточной частоты
или в отвод линии задержки.
Устройства фазовой модуляции
отличаются малыми массой и
габаритами, высокой надежностью,
тепловой и радиационной стойкостью.
Для уменьшения требуемой девиации
фазы можно использовать также
умножение частоты в последующих
каскадах. Однако при фильтрации
нужной гармоники ЛЧМ сигнала
в умножителе частоты предъявляются
жесткие требования к линейности
фазочастотной характеристики фильтра
в пределах занимаемой полосы.
Коррекция
модуляционных характеристик: При
изменении управляющего напряжения
в управляемых генераторах и
в фазовых модуляторах наблюдаются
отклонения амплитуды и фазы выходного
сигнала от заданных. Для уменьшения
этих отклонений используют различные
способы коррекции.
Рассмотрим вначале коррекцию
характеристики. Программные устройства
линеаризации MX различаются видом
нелинейного преобразования напряжения
и схемой автоматической коррекции
нелинейности. В этих схемах используют
дополнительное нелинейное звено
в цепи управляющего напряжения,
которое обеспечивает минимальное
отклонение характеристики от
линейного во времени закона.
Настраивая звено нелинейности,
интерполируют зависимость, заданную
в выбранном числе точек. Чем
больше число точек настройки
и выше степень аппроксимирующего
полинома между ними, тем меньше
наибольшее отклонение характеристики
в целом. Однако при этом
значительно усложняется процесс настройки
и уменьшается полоса модулирующих частот,
в которой зависимость можно считать безынерционной.
Система
автоподстройки ЛЧМ
Система
автоподстройки ЛЧМ сигнала предназначена
для автоматической коррекции отклонений
фазы, частоты или скорости ЧМ независимо
от вызвавшей их причины.
Измеритель сигнала ошибки (ИСО)
вырабатывает напряжение, пропорциональное
отклонениям параметров формируемого
ЛЧМ сигнала от заданных значений.
Высокие требования к точности
работы ИСО заставляют использовать
в составе таких устройств
элементы, являющиеся эталонными
с точки зрения изменения температуры,
а также и- других внешних
факторов или старения.
В настоящее время широко используются
три типа ИСО. В первом из
них ЛЧМ сигнал с помощью
эталонной ЛЗ и смесителя преобразуется
в сигнал разностной частоты.
При этом отклонения от линейного
закона ЧМ приводят к вариациям
фазы сигнала разностной частоты,
поступающего затем на частотный
или фазовый детектор (ФД).
В дальнейшем, поскольку ФД с
точки зрения точности более
предпочтителен, мы будем в основном
рассматривать ИСО с фазовым
детектированием. Второй тип ИСО
позволяет измерять отклонения
фазы от заданного квадратичного
закона непосредственно, не преобразуя
ЧМ сигнал на разностную частоту.
Такое измерение осуществляется
в импульсно-фазовом детекторе
(ИФД) при помощи последовательности
коротких видео- или радиоимпульсов.
И, наконец, в третьем типе
ИСО применяется цифровой преобразователь
ЛЧМ сигнала в сигнал постоянной
частоты. Точность измерения во
всех этих схемах зависит не
только от стабильности характеристик
входящих в них элементов, но
и от выбора их параметров.
На характеристики ИСО влияет
тип ФД. Например, ИФД типа "выборка-запоминание"
имеют малую инерционность и
обеспечивают подавление входного
сигнала на выходе более чем
на -80 дБ.
В зависимости от формы сигналов,
поступающих на входы ФД, диапазона
частот, типа ИСО и конкретной
схемы входящего в него дискриминатора
его характеристика может быть
различной (синусоидальной, пилообразной,
треугольной и т. д.). Иногда
используют варианты упомянутых
ИСО, отличающиеся дополнительными
преобразованиями частоты, умножением
или делением частоты в целое
число раз.
Основная составляющая спектра
соответствует расчетной разностной
частоте. Уровень боковых составляющих
спектра зависит от погрешностей
формирования ЛЧМ сигнала, а
также от отношения, поскольку
сигнал имеет частоту, близкую
к расчетной только в течение
части периода. При спектральном
анализе требования к качеству
формирования гетеродинного ЛЧМ
сигнала определяются типом анализатора
спектра, а также видом измеряемого
сигнала и возмущения.
В дисперсионных анализаторах
спектра требования к точности
поддержания заданной скорости
ЧМ значительно выше и фактически
совпадают. Для достижения точности
анализа единицы процентов необходимо
поддерживать заданную скорость
ЧМ с точностью до долей
процента. Гармонические возмущения
в анализаторах спектра приводят
к появлению ложных откликов
типа "парного эхо" и интерпретируются
как нелинейные искажения или
ложные сигналы.
При
формировании ЛЧМ сигналов с малой
девиацией и большой базой
успешно применяются аналого-цифровые
схемы ИСО. Цепь обратной связи преобразует
напряжение в сигнал коррекции с
необходимым его сглаживанием. Для
компенсации изменения во времени
коэффициента передачи ИСО с преобразователем
в ЦОС иногда используется блок с
переменным усилением.
Известны схемы, где в ЦОС
применяют цифровые и переключающие
элементы, обеспечивающие оптимальную
коррекцию фазовой погрешности
формируемого ЛЧМ сигнала. Дальнейшее
существенное повышение точности
подстройки достигается при использовании
в ЦОС автоматического компенсатора
регулярных искажений.
Практическая
реализация систем автоподстройки
параметров ЛЧМ сигналов
с линией задержки
Измерители на ЛЗ применяются
как для стабилизации частоты,
так и для контроля линейности
закона модуляции.
Очень часто их применяют в
РВ, где они обеспечивают калибровку
и стабилизацию шкалы высоты,
причем результат измерения либо
используется непосредственно для
уменьшения отклонений от линейного
закона ЧМ излучаемого сигнала,
либо учитывается при обработке
принятого сигнала. Для панорамного
измерения крутизны MX и диапазона
перестройки ЧМ генераторов схема
ИСО на ЛЗ была предложена
А. М. Чернушенко в 1957 г.
Позднее
появился усовершенствованный вариант
такого ИСО, в котором частотный
детектор был заменен быстродействующим
преобразователем "частота - напряжение".
Методика измерения отклонений частоты
от линейного закона в ИСО на ЛЗ
с фазовым детектированием. К
одним из первых работ по исследованию
систем автоподстройки с ИСО на ЛЗ можно
отнести статьи, опубликованные в Японии
в 1963-1966 гг.
В них исследовались генераторы
на ЛОВ с ИСО как на разностной,
так и на промежуточной частоте,
но с той лишь разницей, что
вместо фазового дискриминатора
использовался частотный. В обоих
случаях формировались ЛЧМ сигналы
в диапазоне 35 ГГц с девиацией
500 МГц и длительностью 2 мс, а
время запаздывания в ЛЗ было
взято равным 0,2 мкс. Линия задержки
вдвое меньшей длины требуется
в том случае, когда она включена
на отражение.
При этом падающая и отраженная
волны разделяются при помощи
циркулятора. Такой же принцип использован
в системе автоподстройки, работающей
в диапазоне миллиметровых волн, где для
реализации требуемого запаздывания ЛЧМ
сигнал излучается передающей антенной
в сторону уголкового отражателя. Отраженный
ЛЧМ сигнал поступает далее на приемную
антенну и используется для создания разностной
частоты.
При такой реализации ЛЗ ошибки
измерения, связанные с ее дисперсионностью,
практически отсутствуют. Малое затухание
обеспечивается высокой направленностью
антенны, которая достаточно легко реализуется
на частоте 94 ГГц. Система автоподстройки
с ИСО, предназначенная для работы в РЛС
с корреляционной обработкой, исследовалась
в диапазоне 10 ГГц.