Целью статьи является исследование возмож-ностей по формированию широкополосных ЛЧМ сигналов прямыми цифровыми методами с помо-щью синтезаторов DDS с высокой частотной


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Обробка інформації в складних технічних системах
современными
радиоэлектронными ус
ройствами к
полосе частот формируемого сигнала, уровню п
о-
бочных
излучений, погрешностям установки ампл
и-
туды и фазы выходного сигнала.
Такие сигналы
име
ют строго заданную
скорость частотной мод
у-
ляции, а также высокую стабильность частоты, к
о-
торая определяется стабильностью опорного генер
а-
тора, что очень важно при использовании их в ра
з-
личных и
мерительных приборах и т.д.
Основными элементами формирователе
й ш
и-
рокополосных сигналов являются цифровые синт
е-
заторы сигналов
DDS
и ЦАП.
Львиную долю
DDS
выпускают
фирмы
Analog
Devise
и
Texas
Instrument
(табл
1).
Таблица 1
Современные
цифровые
синтезаторы сигналов различных фирм производителей
п/п
Названи
Производитель
Тактовая частота,
МГц
Кол
во
двоичных
разрядов
ЦАП
Тип
DDS
1508ПЛ8Т
НПЦ «Элвис»
DDS
с ЛЧМ
AD9858
Analog Device
DDS
с ЛЧМ
AD9912
Analog Devi
DDS
AD9910
Analog Device
DDS
с ЛЧМ
AD9914
An
alog Device
DDS
с ЛЧМ
AD9
Analog Device
DDS
с ЛЧМ
AD9146
Analog Device
ЦАП
DAC567
Texas Instrument
ЦАП
DAC34SH84
Texas Instrument
ЦАП
Из таблицы видно
, что наиболее подходящим
аналог
м микросхем фир
AD
и
DAC
является ро
с-
сийская микросхема
НПЦ «Элвис», например, ми
к-
росхема 1508ПЛ8Т
[
. Несмотря на относительно
меньш
ее значение тактовой частоты, она имеет два
независимых выходных
канала,
что дает возмо
ность формировать квадратурные сигналы и
прои
з-
во
дить коррекции линейных искажений приемоп
е-
редающего устройства путем динамического изм
е-
нения амплитуды и фазы выходного сигнала.
Все
эти микросхемы можно
эффективно использовать
при формировании широкополосных ЛЧМ сигналов
в полосе частот до 400
0 МГц
более
Упрощенная структурная схема формирователя
широкополосного
ЛЧМ
сигнала приведена на рис.
1.
Здесь с
устройства
управления (ЭВМ или пр
о-
цессора управления) поступают сигналы управл
е-
ния, позволяющие установить необходимые знач
е-
ния параметров выход
ного сигнала:
значения начальной частоты
и фазы
форм
и-
руемого сигнала;
значения скорости частотной модуляции;
длительность и период повторения радиои
м-
пульса;
значения амплитуды выходного сигнала;
дополнительное изменение фазы формиру
е-
мого выходног
о сигнала для коррекции линейных
искажений.
Коды управления параметрами сигналов могут
храниться в памяти устройства управления либо
непосредственно вычисляться и записываться новые
перед каждым тактом по мере необходимости. Г
е-
нератор опорных частот (ГОЧ)
синхронизирует р
а-
боту всего устройства формирования. Сигналы
управления позволяют формировать гармонический
сигнал с различными видами и формами модуляций
FSK
,
BPSK
,
QPSK
,
QAM
и др.); формировать си
г-
налы с ЛЧМ в полосе частот до 0,5 тактовой част
о-
ты микро
схемы с заданными параметрами начал
ь-
ной частоты, амплитуды и начальной фазы; обесп
е-
чить коррекцию линейных искажений в приемоп
е-
редающем тракте радиоэлектронных средств.
Рис. 1. Структурная схема формирователя ЛЧМ
си
нала мет
одом прямого цифрового синтеза
Важнейшими параметрами
синтезатора
шир
о-
кополосн
ых
ЛЧМ
сигналов являются уровень п
о-
бочных излучений в спектре формируемого сигнала
,
,
ЦАП
ПФ
ПК
УУ
(ЭВМ)
(t)
U(t)
ГОЧ
Системи обробки інформації, 2016, випуск
(1
)
ISSN 1681
7710
и фазовый шум
вблизи несущей
.
справочных да
н-
ных на
DDS
есть
характеристик
и снятые экспер
и-
мен
тально для
нескольких частот
.
Как разработчика
формирователей различных сигналов на базе
DDS
представляет интерес, а какие же шумы нас будут
ожидать на других интересующих нас частотах и
диапазонах.
Поэтому, попытаемся восполнить этот
пробел, и д
алее будем
проводить моделирование
этих характеристик
для
DDS
AD
и
AD
9915, как
наиболее новых и быстродействующих на данный
момент времени
интегральных цифровых вычисл
и-
тельных синтезаторов
Тем не менее,
все
присущие
рассуждения будут
распространяться и на друг
ие DDS
с более низкой
тактовой частотой.
Для начала, представим ЛЧМ сигнал ступенч
а-
той аппроксимацией закона изменения частоты [
Согласно [
], в
ыражение для расчета искаж
е-
ний
ЛЧМ
сигнала от
ошибок
квантования и дискр
е-
тизации выглядит следующим образом
нш
Un
21
ent21sinent2Tn
ffent
m2
=
-

(1)
где
= 0, 1, 2...R
текущее значение номера вр
е-
менного отсчета;
начальная частота формиру
мого сигнала;
разрядность вычислителя кода фазы;
разрядность цифроаналогового преобраз
о-
вателя;
шаг прираще
ния частоты;
T1f
интервал дискретизации;
кол
и-
чество отсчетов тактовой частоты за время длител
ь-
ности одной ст
пеньки
На рис.
2 п
риведены спектры гармонических
сигналов рассчитанных по (1)
при скорости часто
т-
ной модуляции р
авной нулю
Из рисунка видно, что
уровень побочных спектральных составляющих н
а-
прямую зависят от разрядности ЦАП использова
н-
ого
в том или ином DDS
.
Это
хорошо
видно из
рис.
,
и рис.
,
.
При од
инаковых параметрах
сигнала
, но ра
з-
личных разрядностях ЦА
П уровень побочных спе
к-
тральных составляющих уменьшился
во втором
случае
на 24 дБ.
Для синтезаторов
AD
9915 и
AD
9914 (рис.
,
в,
г) уровень побочных спектральных составляющих
примерно одинаков. Однако можно заметить, что в
AD
9914 общий шумовой фон на неско
лько
децибел
ниже, это объясняется более высокой тактовой ча
с-
тотой
синтезатора
и более высоким качеством
формирован
ного
сигнала.
На рис
3 приведены спектры ЛЧМ сигналов
сформированные
этими
же синтезаторами с разли
ч-
ными параме
трами, но одинаковой длительн
стью
импульса 1мкс.
На рис.3
,
б изображены спектры сигналов с
одинаковыми
начальными
параметрами и та
товой
частотой, но с различными разрядностями ЦАП.
Спектр на рис.
,
б отличается лучшим качес
т-
вом т
ак
к
ак
сформирован
DDS
с
14 разрядным ЦАП.
При этом отношение сигнал/шум у обоих синтез
а-
торов пр
мерно одинаков.
Приведенные на рис.3в,
г, д спектры ЛЧМ сигналов сформированы

синтез
а-
Рис.
. Спектры гармонических сигналов част
той
240 МГц на выходе
DDS
синтезаторов:
AD
9858;
AD
9910;
AD
9915;
AD
9914
G(f),
дБ
G(f),
дБ
f,
МГц
f,
МГц
f,
МГц
f,
МГц
(f),
дБ
G(f),
дБ
Обробка інформації в складних технічних системах
торами
AD
и
AD
9914, нижние частоты кот
о-
рых выбраны из условия обе
печения эффективной
ильтрации сигнала при его переносе в диапазон
СВЧ. Верхняя частота огран
чивается
в каждом
случае
своей частотой дискрет
зации
DDS
. На
рис.3д, для примера показ
но, как при увеличении
девиации отношение си
нал/шум уменьшается.
Кроме того, при росте девиаци
и ча
тоты из
за не
идеальности ЦАП и его АЧХ
нера
номерность
спектральной плотности спектра сигн
ла в полосе
частот
может достигать
1,5 дБ и более, что усложн
я-
ет фильтрацию таких сигналов и
вызывает необх
о-
димость
применять полосовые фильтры
более
выс
о-
ких
порядков.
При этом
все
DDS
позволяют формировать
ЛЧМ сигналы с
о стабильными
значениями начал
ь-
ных параметров. На рис.4,а показан сжатый ЛЧМ
сигнал со случайной начальной фазой, а на рис.4,б
показан тот же сигнал, но с заданным значением
начальной фазы равны
м нулю.
ис.
3. Спектры ЛЧМ сигналов на выходе
DDS
а
AD
9858,
= 240
МГц
,
= 50
МГц;

AD
9910,
= 240
МГц
,
= 50
МГц
AD
9915,
= 500
МГц
,
= 250
МГц

AD
9914,
= 700
МГц
,
= 350
МГц
AD
9914, f
= 500
МГц
,
F = 700
МГц

а б
Рис. 4. Сжатые ЛЧМ сигналы, полученные
экспериментально при случайной (а) и постоянной н
чальной (б) фазе сформированные
DDS
f,
МГц
G(f),
дБ
G(f),
дБ
G(f),
дБ
f,
МГц
f,
МГц
f,
МГц
G(f),
дБ
G(f),
дБ
f,
МГц
Системи обробки інформації, 2016, випуск
(1
)
ISSN 1681
7710
стройство управления позволяет формировать
различные законы изменения частоты выходного
сигнала (нарастающий или спадающий).
Внешний вид экспериментального синтезатора
ЛЧМ сигналов показан на рис.
Рис. 5. Внешний вид
экспериментального си
тезатора
DS
Выводы
На основании анализа характеристик совр
е-
менной элементной базы был
исследованы вопр
о-
сы по формированию широкополосных ЛЧМ сигн
а-
лов методами прямого цифрового синтеза.
Проведенные исследования
временных и спе
к-
тральных характеристик синтезаторов
широкоп
о-
лосных
ЛЧМ
сигналов
показали
полоса частот синтезаторов широкополосных
сигналов с ЛЧМ, формируемых методом прямого
цифрового синтеза, может достигать 700 МГц;
синтезаторы широкополосных сигналов п
о-
зволяют задавать необходимые значения начальн
ых
параметров
выходных сигналов и обеспечивать ко
рекцию фазочастотной характеристики формиру
е-
мых сигналов
уровни побочных составляющих при форм
и-
ровании сетки частот напрямую зависят от тактовой
частоты и разрядности ЦАП и в среднем колеблю
т-
ся от
70 д
Б до
95 дБ;
при формировании широкополосных ЛЧМ
сигналов
отношение
сигнал/шум в
основном
ав
сит
от девиации и длительности сигнала и л
жит в
диапазоне
40…80 дБ.
Список литературы
Кандырин Н.П.
Исследование в
просов применения
цифровых синте
заторов сигналов для формирования сло
ж-
ных сигналов в метеорадиолокации
/ Н.П.
Кандырин
Збірник наук
ових
праць Харківського університету Пові
т-
ряних Сил

Х.:
ХУПС,
2013.
4
(37).
С. 58
63.
2. Канди
рі
н
.П.
Цифрові синтезатори сигналів у
пристроях
управління і зв’язку
/ М.П.Кандирін
// Системи
озброєння і військова техніка. Науковий жу
рнал.
Х.:
ХУПС,
2006.
4 (8).
С. 93
97.
3. Кандир
н Н.П.
Цифровое
ормирование мног
о-
частотных сигналов в радиолокации и медицине
/
Н.П.
Кандир
Системи обро
бки інформації: збірник
наукових праць Ха
ківського університету Повітряних
Сил імені Івана Кожедуба
.
Х.: ХУПС,
2014.
Вип.
(117).
С. 26
29.
Манасевич В. Синтезаторы частот (теория и
проектирование) / В. Манасевич: пер. с англ.; под ред.
А.С. Га
лина
.
М.: Связь, 1979.
394 с.
5. Канд
н Н.П.
Цифровые методы формиров
а-
ния сигналов в РЛС с изменяющейся нес
щей частотой /
Н.П. Кандырин
//
Системи озброєння і військова техн
і-
ка. Науковий жу
нал
.
Х.: ХУПС
, 2014.

3(39).
C. 100
107.
НПЦ «ЭЛ
ВИС» 1508ПЛ8Т.
Техническое опис
ние
Зеленоград, ЗАО «Элвис»,
2014.
32
с.
7.
Analog
Devices
,
Inc
., 2013.
[Электронный р
е-
сурс]
.
Режим доступа к материалу
:
http
: //
www
analog
com
ru
index
html
8. Кандырин
Н.П.
Шумы квантования в цифровых
синтезаторах
сигналов и способы их уменьшения /
Збі
р-
ник наук
ових
праць Харківського університету Пові
т-
ряних Сил / Н.П. Кандир
н.
Х
ХУПС, 2015.
Вип.
(45).
С. 57
63.
Поступила в
редколлегию
12
Рецензент:
р техн. наук, проф. О.И. Сухаревский, Ха
ь-
ковский университет Воздушных Сил им. И. Кож
дуба
,
Хар
ков
ФОРМУВАННЯ ШИРОКОСМУГОВИХ ЛЧМ СИГНАЛІВ МЕТОДОМ
ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО СИНТЕЗУ ТА ПЕРЕНЕСЕННЯ ЇХ В ДІАПАЗОН НВЧ
Частина 1. Формування прецизійних ЛЧМ сигналів DDS синтезаторами
М.П. Кандирін
У статт
і розглядаються питання щодо формування широкосмугових ЛЧМ сигналів методами прямого цифрового
синтезу. Синтезатори дозволяють гнучко змінювати параметри формованих ЛЧМ сигналів і забезпечувати корекцію
їх фазочастотних характеристик.
Ключові слова
: сигнал
з лінійною частотною модуляцією, прямий цифровий синтез.
FORMING OF WIDEBAND LFM SIGNALS AND TRANSFER
OF THEM METHOD OF DIRECT DIGITAL SYNTH
SIS IN RANGE GSE
Part 1. Forming of the precision LFM signals of DDS by synthesizers
N.P.
Кandyrin
In the articl
e questions are examined on forming of the wideband LFM signals the methods of direct digital synthesis. Sy
thesizers allow flexibly changing the parameters of the formed LFM signals and providing the correction of their phase
frequency characteristic.
Key
words
: signal with linear frequency modulation, direct digital synthesis.
Системи обробки інформації, 2016, випуск
(1
)
ISSN 1681
7710

Приложенные файлы

  • pdf 7781856
    Размер файла: 409 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий