Лекция 7 Синтезаторы частот

ЛЕКЦИЯ 7

СИНТЕЗАТОРЫ ЧАСТОТЫ В ПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ

План лекции:

1. Основные понятия синтеза частот

2. Параметры систем синтеза частот

3. Классификация систем синтеза частот

4. Принципы действия различных типов синтезаторов

1 Основные понятия теории синтеза частот

Для переноса модулированного сигнала на требуемую частот для передачи необходимо сформировать колебание с частотой, лежащей в рабочем диапазоне передатчика.

В передающих устройствах для формирования требуемых частот могут использоваться синтезаторы частот.

Современные системы синтеза частот работают в диапазоне частот от долей герц до десятков гигагерц. Они используются в аппаратуре различного назначения, заменяя в ней простые автогенераторы.

Синтезом частот ‑ называют процесс получения одного или нескольких колебаний с нужными номинальными значениями частоты из конечного числа исходных колебаний путем преобразования частот, т.е. с помощью таких операций над колебаниями, при которых происходит сложение, вычитание частот и (или) умножение и деление их на рациональные числа.

Комплекс устройств, осуществляющих синтез частот, называют системой синтеза частот. Если система синтеза частот выполнена в виде конструктивно самостоятельного устройства, то ее называют синтезатором частот.

2 Параметры систем синтеза частот

Показатели, позволяющие оценить качество формирования выходного колебания (чистоту его спектральной линии, т.е. отличие его от моногармоники). Как техническое устройство любая ССЧ характеризуется рядом эксплуатационно-технических характеристик.

Основными эксплуатационно-техническими характеристиками ССЧ, используемых в возбудителях радиопередатчиков и в качестве гетеродинов радиоприемников, являются:

1. Диапазон частот рабочих частот синтезатора, ;

2. Диапазон перекрытия по частоте ;

3. Шаг сетки частот рабочего колебания.

4. Частота опорного генератора.

Совокупность номинальных значений частот, которые могут быть получены на выходе системы синтеза частот и следуют друг за другом через заданный интервал, называют сеткой частот.

Интервал между соседними номинальными значениями частоты, входящими в сетку частот, называют шагом сетки частот. B настоящее время ,в радиопередающей и радиоприемной аппаратуре широко используются системы синтеза частот с шагом сетки Гц, где а ‑ целое положительное или отрицательное число или нуль. Кроме того получили распространение системы с шагом сетки Гц.

3 Классификация систем синтеза частот

Колебания, являющиеся исходными в процессе синтеза частот, получают от высокостабильных источников, которые называют опорными генераторами (OГ₁, ΟΓ₂, ..., ОГ_n на рис. 1). Частоты колебаний этих генераторов (f₀₁, f₀₂, …, f_on на рис. В1) называют опорными частотами, точнее, первичными опорными частотами. Современные системы синтеза частот работают, как правило, от одного опорного генератора (рис. B.2). Такие системы называют одноопорными (когерентными). При двух и более опорных генераторах системы называют многоопорными (некогерентными).

При этом речь может идти об одном колебании, частота которого способна принимать любое из этих значений (см. рис. B.1a), или нескольких одновременно существующих колебаниях (см. рис. B.1б). Первый случай встречается в возбудителях радиопередатчиков гетеродинах радиоприемников, второй — в многоканальной аппаратуре с частотным разделением каналов.

Обычно в одноопорных системах синтеза частот сначала устройство, называемое датчиком опорных частот (ДОЧ) или, точнее, датчиком вторичных опорных частот, формирует вспомогательные колебания, частоты которых называют вторичными опорными частотами. Затем устройство, называемое датчиком сетки частот (ДСЧ), вырабатывает из этих вспомогательных колебаний нужные выходные колебания, частоты которых образуют сетку. Некоторые колебания подаются на выход непосредственно от ДОЧ (см. рис. B.2).

Все типы ССЧ делят на два класса:

• системы активного синтеза частот;

• системы пассивного синтеза частот.

Системами активного синтеза частот или, сокращенно, системами активного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебания синтезируемой частоты осуществляется с помощью активного фильтра в виде фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Системами пассивного синтеза частот или, сокращенно, системами пассивного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебания синтезируемой частоты осуществляется без применения ФАПЧ.

Системы того и другого классов могут быть выполнены целиком на аналоговых элементах или с применением цифровой элементной базы.

4 Пример работы синтезаторов на базе аналогового пассивного синтеза частот

Ha рис. 1.4 представлена структурная схема простейшей системы пассивного синтеза, построенной на аналоговой элементной базе. Колебание опорного генератора (ОГ), имеющее частоту f₀ (первичная опорная частота), подается на вход датчика опорных частот. B датчике опорных частот (ДОЧ) с помощью умножителя и делителя частоты вырабатываются два других колебания с частотами и (вторичные опорные частоты), которые подаются на входы двух генераторов гармоник (ΓΓ₁ и ΓΓ₂).

Каждый из генераторов гармоник состоит из формирователя импульсов (ФИ₁ и ФИ₂) и перестраиваемого полосового фильтра. Первый преобразует входное квазигармоническое колебание в последовательность очень коротких (по сравнению с периодом этого колебания) импульсов той же частоты (равными соответственно и ). Спектр этой последовательности содержит множество высших гармоники; фильтр настраивают на нужную из них и выделяют ее. B результате на выходах генераторов гармоник получают квазигармонические колебания с частотами и .

Оба эти колебания подают на сумматор частот, состоящий из смесителя (См) и перестраиваемого полосового фильтра. Последний выделяет из спектра выходного продукта смесителя квазигармоническое колебание с нужной частотой

Смеситель обычно реализуется в виде балансного модулятора.

Пример. Пусть , , может принимать значения 1, 2, 3, a — значения 20, 21, 22, …, 39, то система имеет диапазон частот с шагом сетки от

до

Пассивный цифровой синтез частот

B системах пассивного цифрового синтеза формирование требуемой частоты осуществляются цифровой обработкой сигналов, и только на выходе системы используют аналоговый фильтр.

Структурная схема ССЧ на базе пассивного цифрового синтеза частот представлена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Структурная схема одного из вариантов системы пассивного цифрового синтеза

Опорный генератор формирует высокостабильное колебание с опорной частотой, используемой для получения требуемой частоты на выходе синтезатора. Это опорное колебание преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов в формирователе импульсов (ФИ) путем ограничения по уровню сверху и снизу сформированного колебания. На выходе делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) последовательность импульсов на входе преобразуется в последовательность импульсов, которая следует с частотой, определяемой коэффициентом деления. Коэффициент деления N можно устанавливать равным любому целочисленному значению в пределах от N1 до N2. Его значение определяется счетно-решающим устройством исходя из частоты, установленной на пульте управления частотой. Счетчик на базе триггера формирует цифровые импульсы с требуемой скважностью. Полосовой фильтр (ПФ) восстанавливает из этой последовательности импульсов гармоническое колебание с необходимой частотой.

Рассмотрим пример. Пусть, например, требуется синтезировать сетку частот от 20 до 25 кГц с шагом 1 кГц. При этом частота опорного генератора соответствует 1 МГц.

В этом случае можно использовать коэффициенты деления N=25 (1 000 000/25 = 40 000) и N= 20 (1 000 000/20 = 50 000), при которых будут формироваться частоты 40 кГц и 50 кГц с шагом 2 кГц. В счетчике можно сформировать на базе этих частот поток прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2, и частотой, которая может принимать все нужные значения. Наконец, можно с помощью полосового фильтра, имеющего частоты среза 20 кГц (нижнюю) и 30 кГц (верхнюю), выделить нужные колебания, подавив высшие гармоники.