устройство для автоматической настройки избирательного усилителя

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ, содержащее последовательно соединенные управляемый ступенчатый аттенюатор, вход которого является входом устройства, перестраиваемый избирательный усилитель, выход которого является выходом устройства, амплитудный детектор и пороговый элемент, а также первый цифровой исполнительный элемент, выход которого соединен с входом управления управляемого ступенчатого аттенюатора, второй цифровой исполнительный элемент, регистр памяти и генератор тактовых импульсов, при этом входы первого и второго цифровых исполнительных элементов являются входами для сигнала "Пуск", отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения достоверности настройки на любую заданную гармонику частотного спектра входного сигнала, между выходом амплитудного детектора и первым входом второго цифрового исполнительного элемента включены последовательно соединенные счетчик импульсов, блок сравнения кодов, триггер и первый элемент совпадения, между выходом порогового элемента и первым входом первого цифрового исполнительного элемента введен второй элемент совпадения, а между выходом порогового элемента и вторым входом триггера введен блок фиксации экстремума, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен с вторыми входами первого и второго элементов совпадения, второй выход триггера соединен с третьим входом второго элемента совпадения, выход второго цифрового исполнительного элемента соединен с управляющим входом избирательного усилителя, второй вход регистра памяти и второй вход счетчика импульсов являются входом для сигнала "Пуск", выход регистра памяти соединен с вторым входом блока сравнения кодов, а вход регистра памяти является входом для кодового сигнала о номере гармоники входного сигнала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для автоматической настройки избирательных систем на заданный номер гармоники входного сигнала.

Известно устройство автоматического измерения частоты непрерывных колебаний СВЧ-диапазона, содержащее перестраиваемый ферритовый фильтр, схему пилообразного тока управления частотой настройки фильтра, амплитудный детектор, дифференциальный каскад, нуль-орган, схему пуска и формирователь временного интервала. В этом устройстве осуществляется автоматическая настройка ферритового фильтра на сигнал измеряемой частоты по максимуму коэффициента передачи фильтра. Значение измеряемой частоты пропорционально длительности временного интервала, формируемого от момента начала линейной перестройки фильтра до момента настройки фильтра на максимум выходного сигнала.

При наличии паразитных составляющих в спектре входного сигнала возможны ошибки в определении значения частоты, что соответствует настройке фильтра на частоту неосновного сигнала. Другим важным недостатком устройства является то, что невозможно программировать настройку фильтра на требуемый номер гармоники в случае наличия входного сигнала в виде составляющих регулярного спектра частот.

Известно также устройство дискретной автоматической настройки избирательного усилителя, содержащее управляемый ступенчатый аттенюатор, перестраиваемый избирательный усилитель, амплитудный детектор, пороговый элемент, переключатель сигнала тактового генератора, тактовый генератор, первый и второй цифровые исполнительные элементы, регистр памяти, блок переключения и цепь сброса.

По своему составу и принципу работы это устройство более близкое к заявляемому техническому решению и поэтому выбрано в качестве прототипа.

В этом устройстве настройка избирательного усилителя на максимум коэффициента передачи осуществляется автоматически циклами, начиная с начала частотного диапазона при полностью открытом аттенюаторе. В каждом цикле первым перестраивается по частоте избирательный усилитель до момента срабатывания порогового элемента, затем осуществляется запись цифровой информации об уровне управляющего напряжения избирательного усилителя в регистре памяти и регулировка памяти и регулировка ослабления (вводится ослабление) ступенчатого аттенюатора до момента отпускания пороговой схемы.

После этого повторяется новый цикл перестройки избирательного усилителя. Итак, усилитель перестраивается циклами до момента достижения максимума коэффициента передачи, затем перестройка усилителя продолжается непрерывно до переполнения второго цифрового исполнительного элемента. Сигналом переполнения отключается исполнительный элемент от управляющего входа усилителя и к управляющему входу усилителя подключается выход регистра памяти с информацией, соответствующей максимуму коэффициента передачи усилителя.

Устройство работает эффективно при чистом спектре входного сигнала. При наличии в спектре входного сигнала шумов, регулярных составляющих и гармоник настройка на рабочий сигнал невозможна. Устройство также не позволяет осуществить настройку усилителя (избирательной системы) на заданный (программируемый) порядковый номер гармоники даже при стабильном и регулярном спектре входного сигнала.

Цель изобретения - увеличение быстродействия и повышение достоверности автоматической настройки избирательного усилителя на любую заданную гармонику частотного спектра входного сигнала.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные вход, управляемый ступенчатый аттенюатор, перестраиваемый избирательный усилитель, выход которого является выходом устройства, амплитудный детектор и пороговый элемент, а также первый цифровой исполнительный элемент, выход которого соединен с входом управления управляемого ступенчатого аттенюатора, второй цифровой исполнительный элемент, регистр памяти и генератор тактовых импульсов, при этом входы первого и второго цифровых исполнительных элементов является входами для сигнала "Пуск", а между выходом амплитудного детектора и первым входом второго цифрового исполнительного элемента включены последовательно соединенные счетчик импульсов, блок сравнения кодов, триггер и первый элемент совпадения, между выходом порогового элемента и первым входом первого цифрового исполнительного элемента введен второй элемент совпадения, между входом порогового элемента и вторым входом триггера введен блок фиксации экстремума, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со вторыми входами первого и второго элементов совпадения, второй выход триггера соединен с третьим входом второго элемента совпадения, выход второго цифрового исполнительного элемента соединен с управляющим входом избирательного усилителя, второй вход регистра памяти и второй вход счетчика импульсов является входом для сигнала "Пуск", выход регистра памяти соединен с вторым входом блока сравнения кодов, а вход регистра памяти является входом для кодового сигнала о номере гармоники входного сигнала.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря введению новых узлов и связей в известное устройство настройку избирательного усилителя на частоту входного сигнала осуществляют не циклами, как в прототипе (сначала перестраивают дискретно по частоте усилитель до срабатывания пороговой схемы, запоминают информацию об уровне сигнала управления усилителем и уменьшают дискретно уровень входного сигнала с помощью аттенюатора до момента отпускания пороговой схемы, приближая таким образом всякий раз максимум амплитудно-частотной характеристики усилителя к частоте входного сигнала), а непрерывно, начиная с начала частотного диапазона.

В прототипе управляемый ступенчатый аттенюатор перестраивается в каждом цикле настройки избирательного усилителя. В предлагаемом устройстве аттенюатор работает после настройки усилителя, приводя выходной уровень устройства к требуемому значению, определяемому заданным уровнем опорного напряжения порогового элемента. Во время настройки избирательного усилителя управляемый ступенчатый аттенюатор открыт и на выходе амплитудного детектора каждый раз появляются импульсные сигналы (отклики) при переходе амплитудно-частотной характеристики усилителя через каждую гармонику входного сигнала. Процесс перестройки прекращается только тогда, когда количество откликов с выхода амплитудного детектора сравнится с числом соответствующим номеру гармоники настройки, занесенным в регистр памяти, причем момент прекращения перестройки фиксируется при переходе программируемого отклика через максимум, что соответствует максимуму коэффициента передачи частотно-избирательной системы усилителя.

В момент прекращения перестройки усилителя выдается разрешение на дискретную перестройку аттенюатора, что приводит к ослаблению входного сигнала и соответственно уменьшению уровня выходного сигнала и сигнала на выходе амплитудного детектора. В момент равенства выходного напряжения детектора и заданного напряжения опоры (срабатывает пороговый элемент) прекращается процесс настройки.

Предлагаемая совокупность признаков данного устройства проявляет новое свойство, основанное на различных подходах к поиску максимума коэффициента передачи частотно-избирательной системы усилителя (по сравнению с прототипом): оптимизация настройки избирательного усилителя на заданную частотную составляющую регулярного гармонического сигнала при поиске максимума коэффициента передачи усилителя путем нахождения экстремума отклика амплитудно-частотной характеристики усилителя на выходе амплитудного детектора.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для автоматической настройки избирательного усилителя на заданный номер гармоники входного сигнала; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для автоматической настройки избирательного усилителя на заданный номер гармоники входного сигнала содержит перестраиваемый избирательный усилитель 1, второй элемент 2 совпадения, второй цифровой исполнительный элемент 3, регистр 4 памяти, управляемый ступенчатый аттенюатор 5, первый цифровой исполнительный элемент 6, амплитудный детектор 7, пороговый элемент 8, первый элемент 9 совпадения, генератор 10 тактовых импульсов, вход 11 для сигнала "Пуск", триггер 12, блок 13 сравнения кодов, блок 14 фиксации экстремума, счетчик 15 импульсов, вход 16 ввода кодового сигнала о номере гармоники.

Вход устройства соединен с входом управляемого ступенчатого аттенюатора, выход которого соединен с входом перестраиваемого избирательного усилителя, выход которого является выходом устройства, а также соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с первым входом первого цифрового исполнительного элемента, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ступенчатого аттенюатора, выход амплитудного детектора соединен с первым входом счетчика импульсов и с входом блока фиксации экстремума, выход которого соединен с вторым входом триггера, первый вход триггера соединен с выходом блока сравнения кодов, первый вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, второй вход счетчика импульсов соединен со вторым входом регистра памяти, с входом сигнала "Пуск", со вторыми входами первого и второго цифровых исполнительных элементов и с третьим входом первого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и со вторым входом второго элемента совпадения, первый вход первого элемента совпадения соединен с первым выходом триггера, второй выход которого соединен с третьим входом второго элемента совпадения, выход первого элемента совпадения соединен с первым входом второго цифрового исполнительного элемента, выход которого соединен с управляющим входом, первый вход регистра памяти соединен с входом ввода информации о номере гармоники.

Устройство работает следующим образом.

До начала процесса автоматической настройки избирательного усилителя 1 на вход устройства поступает рабочий сигнал, содержащий регулярный частотный спектр (фиг. 2 а). Цифровые исполнительные элементы 3, 6, счетчик 15 импульсов и регистр 4 находятся в исходном состоянии. Частотно-избирательная система усилителя 1 находится в начале рабочего частотного диапазона (фиг. 2б), ослабление ступенчатого аттенюатора 5 имеет минимальное значение, счетчик 15 обнулен. В регистр 4 через вход 16 ввода цифровой информации заносится число, равное номеру гармоники входного сигнала, на которую требуется настроить перестраиваемый усилитель 1, например, число n-1 (фиг. 2в).

Для осуществления настройки усилителя в момент t 1 на вход 11 подается сигнал "Пуск" в виде потенциального уровня (фиг. 2е). Этой командой дается разрешение на работу цифровых исполнительных элементов 3, 6 и счетчика импульсов 15. При этом через первый элемент совпадения 9 тактовые импульсы (фиг. 2д) генератора 10 поступают на управляющий вход второго цифрового исполнительного элемента 3 (фиг. 2ж). Поступление тактовых импульсов в исполнительный элемент 3 изменяет управляющее напряжение на входе усилителя 1 (фиг. 2г) и соответственно частоту настройки (фиг. 2б).

Перестройка по частоте избирательной системы усилителя 1 приводит к появлению импульсов (откликов) на выходе амплитудного детектора 7 (фиг. 2з) на каждой гармонике входного сигнала (фиг. 2а), а также импульсов (фиг. 2и) на выходе блока фиксации экстремума 14 в моменты достижения максимального значения напряжения на выходе амплитудного детектора 7. При этом в счетчике импульсов 15 будет увеличиваться число и при достижении значения (n-1) блок сравнения кодов 13 выдает на свой выход сигнал в виде потенциального уровня (фиг. 2к), а блок фиксации уровня - импульс (фиг. 2и) - момент t 2. Наличие этих сигналов на первом и втором входах триггера 12 приводит к срабатыванию триггера 12, который сигналом с первого выхода (фиг. 2н) закрывает первый элемент 9 и сигналом со второго выхода (фиг. 2м) открывает второй элемент 2. Импульсы тактового генератора 10 теперь не поступает на первый вход второго цифрового исполнительного элемента (фиг. 2ж), а поступают на второй вход второго элемента совпадения 2 и соответственно на первый вход первого цифрового исполнительного элемента 6 (фиг. 2о).

Под действием тактовых импульсов напряжение на управляющем входе ступенчатого аттенюатора нарастает, что приводит к росту ослабления и соответственно к уменьшению напряжения на выходе амплитудного детектора (фиг. 2з). Регулировка (уменьшение) уровня напряжения на выходе амплитудного детектора 7 продолжается до момента 3 срабатывания порогового элемента 8. Выходным напряжением (фиг. 2л) порогового элемента 8 закрывается второй элемент 2 совпадения, тактовые импульсы не проходят на вход первого цифрового исполнительного элемента 6 и регулировка ослабления аттенюатора 5 прекращается. В итоге устройство настроено на заданный номер гармоники входного сигнала и выдает на выход постоянный уровень этой гармоники, определяемый уровнем опорного напряжения порогового элемента.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с прототипом, так как в зависимости от занесенного числа в регистр памяти позволяет осуществлять настройку как на одиночную частотную составляющую спектра входного сигнала, так и на любую требуемую гармоническую составляющую сложного спектра входного сигнала, начиная с 1-й (нижней по частоте) и кончая (верхней).

Кроме того, при наличии нежелательных составляющих спектра (например, регулярных помех) входного сигнала устройство позволяет избежать настройки на таковые, что повышает достоверность работы системы в условиях помех. По сравнению с прототипом устройство обладает более высоким быстродействием, так как здесь настройка на максимум коэффициента передачи осуществляется не циклически, а непрерывно до момента достижения экстремума программируемого номера отклика частотной характеристики.

Предлагаемое устройство выполняется на современной элементной базе. Схема фиксации экстремума выполнена на дифференциальном усилителе с нелинейной обратной связью и запоминающей емкостью. На выходе схемы фиксации экстремума стоит компаратор. В устройстве для автоматической настройки избирательной системы использованы ферритовый перестраиваемый фильтр типа ФФЛК2-19Б, усилитель СВЧ типа М421131, управляемый аттенюатор, выполненный на pin-диодах, генератор гармоник СВЧ-варакторного типа, схемы совпадения, триггер, схема сравнения кодов, регистр памяти, счетчик импульсов на микросхемах серий 133, 533, цифровые исполнительные элементы на микросхемах серий 533, 572, 140, пороговый элемент на микросхеме серии 521, схема фиксации экстремума на микросхемах серий 140, 521.