Билет №2. Вопрос №2.

В общем случае выделяют следующие методы синтеза частот: прямые (пассивные), косвенные (активные), цифровые и комбинированные. В последних в произвольной комбинации используются два или три предшествующих метода. Кроме того, прямые и косвенные синтезаторы частот могут быть реализованы на аналоговой, цифровой элемнтной базе или при совместном использовании той и другой. В свою очередь, в цифровых синтезаторах частот могут быть реализованы те же алгоритмы, что и в аналоговых, но реализация базируется на цифровых микросхемах или микросборках. Стоит отметить, что при цифровом методе синтеза частот применяют специфические методы, реализация которых на элементах аналоговой техники либо невозможна, либо приводит к неприемлемому усложнению синтезатора (например, двух- , многоуровневые методы синтеза).

В прямых методах синтеза частота выходного сигнала формируется из частоты опорного генератора (или из частот нескольких опорных генераторов – датчиков опорных частот (ДОЧ)) путем ее преобразоавния (умножения, деления, алгебраического сложения). Нужную составляющую преобразованного колебания отделяют от остальных узкополосным перестраиваемым фильтром в селекторе гармоник (СГ).

Прямым методам синтеза частот свойственен ряд достоинств и недостатков: методы прямого синтеза частот предпочтительны в тех случаях, когда на выходе синтезатора частот требуется одновременно несколько когерентных сигналов с разными частотами (то есть для многочастотных синтезаторов). В прямых синтезаторах частот можно обеспечить сколь угодно малый шаг частоты выходного сигнала (до тысячных долей герца) при использовании методов идентичных декад, дуад или тетрад.

Структурные схемы прямых синтезаторов, даже если и включают большое число узлов, функционально просты. Многие из них – пассивные, с небольшой инерционностью. Время переключения выходной частоты прямых синтезаторов частот может быть доведено до единиц наносекунд. Простейший такой синтезатор строится с использованием генератора гармоник (ГГ) (рис.1.1). Из колебаний опорного и эталонного генератора (ЭГ) с помощью ГГ формируются короткие импульсы. Спектр этих импульсов богат гармониками. С помощью узкополосного полосового фильтра (ПФ) из спектра импульсов выделяется сигнал требуемой рабочей частоты . Степень подавления нежелательных компонентов на выходе синтезатора определяется ПФ.

При большом числе рабочих частот указанный ПФ необходимо перестраивать в широких пределах, что на практике оказывается затруднительным. Для облегчения требований, предъявляемых к ПФ, используется специальная схема с двойным преобразованием частоты, или схема «с вычитанием ошибки» (рис.1.2).

Рисунок 1.1 – Синтезатор частот с использованием генератора гармоник

Рисунок 1.2 – Схема синтезатора частот с «вычитанием ошибки»

В преобразователе Пр₁ частота всех гармоник, поступающих с генератора гармоник ГГ, понижается на частоту вспомогательного генератора (Г). Узкополосный фильтр (Ф) имеет центральную частоту, совпадающую с частотой одной из гармонических составляющих входного сигнала (пусть для примера – с чатотой ). Все остальные составляющие подавляются этим фильтром. Далее на выходе второго смесителя выделяется сигнал частоты .

Нестабильность частоты вспомогательного генератора определяет полосу пропускания фильтра Ф и не влияет на выходной сигнал преобразователя Пр₂. Для изменения выходной частоты в схеме с «вычитанием ошибки» достаточно только менять частоту генератора Г.

В более сложныхсинтезаторах, построенных по методу прямого синтеза, используется принцип «идентичных декад». На рис.1.3 показана структурная схема синтезатора, построенного по этому принципу. Из сигнала частоты кварцевого генератора (КГ) в формирователе вспомогательных частот (ФоВЧ) формируются десять опорных частот и сигнал частоты . Опорные частоты связаны соотношением , где ;  шаг сетки вспомогательных частот. С помощью декадных переключателей П₁,…,П₂ сигнал одной из частот можно подать на вход любого преобразователя ПР. Полосовые фильтры выделяют сигналы суммарной частоты. Частота выделенного сигнала делится в 10 раз в делителе Д (в последней декаде делитель отсутствует). Можно показать, что выходная частота синтезатора определяется соотношением

, где  последняя декада без делителя;  число декад;  номер положения переключателя П_к ( ). Если число декад , то ; если , то и т.д.

Рисунок 1.3 – Схема синтезатора частот с идентичными декадами

Отметим, что шаг полученной сетки частот в раз мельче интервала между соседними опорными частотами диапазона . Увеличивая число декад, можно уменьшить шаг сетки выходных частот, при этом не требуется перестройка ПФ. Недостатком синтезаторов, построенных по методу идентичных декад, является необходимость изменения значительного числа преобразователей и фильтров, что в конечном итоге усложняет получение подавления уровня побочных частот на выходе синтезатора более чем на 60…80 дБ. Таким образом, в как видно из приведенных примеров в синтезаторах прямого типа трудно получить выходной сигнал с высокой чистотой спектра:

при транспонировании, умножении и делении частоты возникают комбинированные побочные составляющие, увеличиваются в большинстве случаев шумовые компоненты. Для повышения чистоты спектра приходится использовать большое число фильтров, далеко не всегда поддающихся миниатюризации. В результате либо увеличиваются габаритные размеры, масса синтезатора, либо ухудшаются показатели синтезатора частот по чистоте спектра выходного сигнала.

При использовании в прямых синтезаторов нескольких вспомогательных опорных частот, к стабильности которых предъявляются более жесткие требования, чем к стабильности частоты выходного сигнала, часто приходится брать в качестве опорного генератора более стабильный эталонный генератор или использовать несколько автономных опорных генераторов. Это удорожает синтезатор, увеличивает его массу, размеры, энергопотребление.