2. Синтезаторы частоты

2.1. Основные характеристики синтезаторов

Синтез частот представляет собой процесс получения одного или нескольких колебаний с заданным набором номинальных значений их частот из конечного числа исходных колебаний, обычно создаваемых опорными кварцевыми генераторами (ОКГ).

Комплекс устройств, осуществляющий синтез частот, называют системой синтеза частот, а совокупность номинальных значений частот, которые могут быть получены на его выходе и следуют друг за другом через заданный интервал, – сеткой частот. Если система синтеза выполнена в виде конструктивно самостоятельного устройства, то ее называют синтезатором частоты или синтезатором сетки частот (ССЧ). В зависимости от требуемого для синтеза числа ОКГ различают одноопорные и многоопорные ССЧ.

Сами ОКГ обычно не включаются в состав ССЧ. Современные синтезаторы, как правило, работают от одного ОКГ, что позволяет в процессе синтеза обеспечить когерентность выходных колебаний ССЧ исходному колебанию ОКГ и, как следствие, приблизить стабильность каждой из частот формируемой сетки к стабильности частоты ОКГ.

Системы синтеза частот могут быть выполнены как на аналоговой элементной базе, так и с применением цифровых устройств.

Механизм формирования сетки дискретных частот в аналоговых ССЧ реализуется с помощью фильтров и конкретного набора нелинейных элементов, выполняющих операции умножения, деления и алгебраического суммирования частот.

Аналоговые системы синтеза частот, в которых селекцию синтезируемых частот осуществляют пассивные фильтры, не содержащие автогенераторов, относятся к классу систем пассивного синтеза частот. Часто подобные синтезаторы называют синтезаторами прямого синтеза. Системы синтеза частот, в которых фильтрацию реализуют активные фильтры в виде колец частотной и фазовой автоподстройки (ФАП) частоты или компенсационных колец, называют системами активного (непрямого или косвенного) синтеза частот [2], [8].

Использование цифровой элементной базы, как и в случае аналоговой, позволяет реализовать и прямые, и косвенные методы синтеза, а сами синтезаторы обычно называют цифровыми [4].

Технические характеристики различных видов ССЧ однотипны. Основными из них являются следующие:

• интервал между ближайшими соседними значениями рабочих частот (шаг сетки частот) – . Шаг сетки частот обычно удовлетворяет соотношениюГц, где– целое положительное или отрицательное число, или нуль;

• минимальная () и максимальная () частоты диапазона, ширина диапазона рабочих частот (), коэффициент перекрытия диапазона. Общее число фиксированных частот всетке и шаг сетки связаны соотношением=. Значение колеблется от 10 дои более, а– от долей герца до десятков и сотен килогерц;

• погрешность установки среднего значения каждой из частот сетки , заданная в абсолютных или относительных единицах. В зависимости от назначения ССЧ обычно< < ;

• нестабильность каждой частоты дискретного множества. Как правило, задают кратковременную и долговременную нестабильности частоты, выраженные либо в абсолютных, либо в относительных единицах. Кратковременная нестабильность частоты определяется спектральной плотностью мощности шумов (здесьF – частота Фурье анализа) в выходном сигнале ССЧ [2], [7]. Величина – средний квадрат фазового шума, выраженный в радианах, в полосе 1 Гц в окрестности частоты анализа F;

• уровень побочных колебаний , характеризующий выраженное в децибелах отношение мощности побочного колебанияна выходе ССЧ к пиковой мощностина рабочей частоте. Обычно уровеньпобочных составляющих не должен превышать дБ. В отдельных случаях необходим еще более низкий уровень, напримерили дажедБ;

• время перестройки с одной рабочей частоты на другую. Подследует понимать интервал времени между моментом окончания команды перестройки (при дистанционном управлении) или ручной установки органов управления частотой в нужное положение и моментом, после которого отклонение текущего значения рабочей частоты от требуемого не превышает допустимого значения.

Помимо указанных к основным характеристикам синтезатора в зависимости от его назначения могут быть отнесены следующие параметры: возможность формирования в тракте ССЧ сигнала с различными видами модуляции и манипуляции, мощность формируемого сигнала, массогабаритные характеристики, требуемые условия эксплуатации, энергопотребление, надежность и т. п.

ССЧ могут иметь двоичную, десятичную или комбинированную структуру выбора нужного значения выходной частоты [7]. В частности, декадное построение определяется десятичной системой учета и регистрации частот с допустимой погрешностью, составляющей доли и единицы герц при полосе рабочих частот до нескольких десятков гигагерц. Двоичная структура легко сопрягается с системами управления цифровыми ССЧ. При этом выбор значения выходной частоты сводится к вводу двоичных кодов, задающих коэффициенты пропорциональности между выходной и эталонной частотами.

В настоящее время наиболее широкое применение находят цифровые ССЧ [2], [3], [7], позволяющие в полной мере реализовать преимущества современной цифровой элементной базы в части уменьшения массы и габаритов устройств, повышения их надежности и технологичности.