ИНТЕГРАТОР РАДИОСИГНАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

Для осуществления операции интегрирования радиосигналов во временной области необходимо устройство с передаточной функцией вида (sinx/x) и импульсной характеристикой, представляющей собой радиоимпульс, огибающая которого максимально близка к прямоугольной форме, т.е. устройство с импульсной характеристикой вида

где ТИ – длительность, ω1 – частота несущего колебания импульсной характеристики интегратора радиосигналов.

Устройство с импульсной характеристикой (1) весьма успешно реализуется с помощью элементов на ПАВ. При этом, целесообразно использовать не веерные ВШП ПАВ, а эквидистантные ВШП ПАВ. Топология интегратора радиосигналов на ПАВ, разработанная на основе эквидистантных ВШП ПАВ [1,2], представлена на рис. 1.

В его состав входит пьезоэлектрическая подложка 1, представляющая собой пластину из пьезоэлектрического материала со звукопоглощающими покрытиями 2 на ее торцах. На полированную поверхность пьезоэлектрической подложки нанесены два эквидистантных ВШП ПАВ. Входной ВШП ПАВ

3 обладает широкой  полосой  пропускания и  состоит из двух-трех пар встречно включенных  штырей. Выходной ВШП ПАВ 4 обладает узкой полосой пропускания, так как он состоит из числа пар встречно включенных штырей значительно превосходящего число аналогичных пар входного ВШП ПАВ 3.

Акустическое расстояние между штырями определяет среднюю частоту полосы пропускания ВШП ПАВ, а его полная акустическая протяженность – ширину полосы пропускания.

Для уменьшения переотражений ПАВ, распространяющихся вдоль звукопровода, штыри выходного ВШП ПАВ 4 имеют прореженную структуру. Акустическое расстояние вдоль направления распространения ПАВ между соседними парами штырей в выходном  ВШП ПАВ 4 соизмеримо с акустической длиной входного ВШП ПАВ 3. Акустическая протяженность выходного ВШП ПАВ 4, наряду с шириной его полосы пропускания, определяет длительность импульсной характеристики интегратора радиосигналов на ПАВ. Акустическое расстояние между первыми штырями входного и выходного ВШП ПАВ определяет величину постоянной задержки, вносимой интегратором радиосигналов на ПАВ.

Интегратор радиосигналов на ПАВ, разработанный с параметрами: средняя частота полосы пропускания f1=15 МГц, длительность импульсной характеристики ТИ=22 мкс, имеет амплитудно-частотную характеристику, представленную на рис. 2. Для определения импульсной характеристики интегратора на ПАВ использовался зондирующий сигнал (рис. 3), представляющий собой один период гармонического колебания, центральная частота спектральной характеристики которого составляла 15 МГц. Из осциллограммы импульсной характеристики интегратора на ПАВ, представленной рис. 4, следует, что величина постоянной задержки, вносимой разработанным интегратором на ПАВ, составляет t01=4,5 мкс.

Экспериментально подтверждено, что импульсная характеристика разработанного интегратора на ПАВ представляет собой радиоимпульс, форма огибающей которого с высокой точностью, достаточной для большинства практических применений, является прямоугольной, что весьма важно для любого интегратора, обеспечивающего высококачественное интегрирование исследуемых сигналов во временной области. Короткий импульс (рис. 4), предшествующий импульсной характеристике интегратора, представляет собой зондирующий сигнал. Временной интервал между началами зондирующего сигнала и импульсной характеристики интегратора определяет величину постоянной задержки t01, вносимой интегратором на ПАВ.

Исследования функциональных возможностей разработанного интегратора на ПАВ осуществлялись с помощью устройства, структурная схема которого изображена на рис. 5.

В состав данного устройства входят: полосовой усилитель (ПУ1) с полосой пропускания 6,5 МГц и средней частотой 25 МГц; широкополосный дифференциатор радиосигналов на ПАВ (ШДР на ПАВ) и полосовой усилитель (ПУ2) с теми же параметрами; преобразователь частоты (ПЧ), опорный гетеродин которого вырабатывает непрерывное колебание с частотой fог=40 МГц; полосовые усилители (ПУ3 и ПУ4) с полосой пропускания 6,5 МГц и средней частотой 15 МГц; интегратор радиосигналов на ПАВ (рис. 1) и строб-каскад (СК), запуск которого осуществляется импульсом с соответствующего выхода синхронизатора, а длительность «окна» СК соизмерима с длительностью ТИ импульсной характеристики интегратора на ПАВ (рис. 4).

Принцип действия устройства (рис.5) состоит в следующем. При воздействии на вход устройства радиосигнала s(t), представленного в общем виде

В интеграторе на ПАВ происходит свертка исследуемого сигнала (4) с импульсной характеристикой интегратора (1). В результате этого на выходе ПУ4 (без учета постоянной задержки t01, вносимой интегратором на ПАВ) на интервале времени (0

Из конечного результата соотношения (5) следует, что на выходе интегратора на ПАВ на интервале времени (0

Наличие в устройстве (рис. 5) строб-каскада с длительностью «окна», соизмеримого с длительностью импульсной характеристики разработанного интегратора на ПАВ, обусловлено следующими причинами. Во-первых, при воздействии на вход интегратора на ПАВ выходного сигнала ПУ3 происходит свертка данного сигнала с импульсной характеристикой интегратора. При этом на выходе ПУ4 формируется сигнал, содержащий двойную информацию о результате их свертки. Первый результат свертки формируется на интервале времени от t01 до ТИ (на этом интервале времени исследуемый сигнал «входит» в импульсную характеристику интегратора), а второй – на интервале времени от (t01+ТИ) до 2ТИ (на этом интервале времени исследуемый сигнал «выходит» из импульсной характеристики интегратора), отличающийся от первого результата обратным знаком. Для исключения повторной информации длительность «окна» СК устанавливается равной длительности импульсной характеристики интегратора. Во-вторых, если длительность исследуемого радиосигнала соизмерима с длительностью импульсной характеристики интегратора на ПАВ, то наличие СК позволяет успешно обрабатывать последовательность радиосигналов, следующих со скважностью меньше 2.

С целью экспериментального подтверждения вышеизложенного на вход устройства (рис. 5) поочередно подавались следующие радиосигналы:

•                   Радиоимпульс (рис. 6,а) с параметрами: длительность – 10 мкс, частота несущего колебания 25 МГц. Результат его обработки (зафиксированный на выходе СК) представлен на рис. 6,б.

•                   ФМ сигнал (рис. 7,а), состоящий из двух элементов со скачком фазы на величину π между элементами, с параметрами: длительность сигнала – 8 мкс, частота несущего колебания 25 МГц, длительность элемента – 4 мкс. Результат его обработки (зафиксированный на выходе СК) представлен на рис. 7,б.

•                   ФМ сигнал (рис. 8,а), представляющий собой пятизначный код Баркера и состоящий из пяти элементов со скачками фазы на величину π между 3-4 и 4-5 элементами, с параметрами: длительность сигнала – 20 мкс, частота несущего колебания 25 МГц, длительность элемента – 4 мкс. Результат его обработки (зафиксированный на выходе СК) представлен на рис. 8,б.

Анализ экспериментальных данных показал, что разработанный интегратор на ПАВ успешно выполняет свои функции на промежуточной частоте как при обработке простых, так и сложных радиосигналов.

Список литературы

1.   Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1990.

2.     Абрамов А. П., Петров П. Н. Устройство определения фазовой структуры радиосигнала // Информационно-управляющие системы. 2015. № 4(77). С.87-90.