34. Формирование радиосигналов в синтезаторах частоты с фап.

Один из основных элементов возбудителя – синтезатор частот - устройство для генерирования и формирования колебаний, частота которого может принимать одно из множества дискретных значений, образующих сетку частот. В синтезаторах частот выходные рабо­чие частоты образуются в результате когерентных преобразований час­тоты одного опорного высокостабильного автогенератора. Синтезаторы частоты позволяют решить проблему связанную с невозможностью одновременного получения высокостабильной частоты колебания и перестройки частоты при помощи обычных перестраиваемых АГ.

При этом синтезаторы частоты строятся на основе метода либо прямого, либо косвенного синтеза.Прямой синтез – совокуп операций сложен (вычитан) частот, а также их умножен и делен на пост коэф. Косв синтез – колеб-я рабоч частоты фор-ся в отдельн ген-ре путем регулярн подстройки по этолон-му колеб с учетом коэф-в делен и умнож-я частот.

Синтезаторы частоты, построенные на основе метода косвенного синтеза, содержат в своем составе подстраиваемый по частоте автогенератор, охваченный петлей фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Простейшая структурная схема системы ФАПЧ изображена на рис. Сигналы частот ω_эг и ω_пг от эталонного (ЭГ) и подстраивае­мого (ПГ) генераторов поступают на фазовый детектор (ФД), выходное напряжение которого определяется разностью фаз напряжений, дейст­вующих на его входах. Выходное напряжение ФД через ФНЧ воздейст­вует на управляющий элемент (УЭ), например варикап, который изменяет частоту ПГ, приближая ее к частоте ЭГ. В стационарном режиме, когда ω_эг=ω_пг, в системе устанавливается постоянная разность фаз м/у сигналами соответствующих генерато­ров и выходное напряжение ФД постоянно. Это постоянное напряжение подается на вход УЭ. Поэтому между ФД и УЭ включаются устройства, пропускающие постоянный ток. Такими устройствами являются ФНЧ, которые устраняют из спектра сигнала управления нежелательные составляющие побочных частот. Попадая на вход УЭ, эти составляющие вызывают паразитную угловую модуляцию эталонного сигнала.

Под полосой захвата понимается область начальных расстроек ПГ и ЭГ, в которой при любых начальных условиях устанавливается режим удержания (или квазисинхронизма). В момент включения сис­темы частоты ПГ и ЭГ не совпадают и в системе наблюдается режим биений. При этом сигнал ПГ модулируется по частоте напряжением биений.

Зная принцип работы системы ФАПЧ, нетрудно пояснить работу синтезатора, работающего по методу косвенного синтеза. Структурная схема такого синтезатора изображена на рис. 4.30.

Сигнал с выохода эталонного генератора преобразуется из аналоговой в цифровую форму и поступает на делитель частоты, куда также поступает коэффициент деления из блока управления частотой.Сигнал с выхода делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД) перобразуется в аналог из цифры в Пр и поступает на ФД, на который одновременно поступает сигнал от кварцевого генератора (КГ) с частотой f₀. Выходное напряжение ФД, как в обычной системе ФАПЧ, через ФНЧ воздействует на УЭ, который изменяет частоту ПГ (ГУН ген-р упр-мый напр-м), с него и снимается рабочая частота f_Р.(f_ПГ) В качестве ПГ используется тран­зисторный автогенератор, выполненный по схеме емкостной трехточки и УЭ с варикапом, включенным в колебательный контур. В синхронном состоянии частоты сигналов, сравниваемых ФД, оказываются равными (fо = f_ПГ/N, где N — коэффициент деления ДПКД), и долговременная нестабильность выходной частоты ПГ та же, что и КГ. Меняя коэффициент деления N, по команде внешнего устройства, зада­ющего код требуемой выходной частоты, можно изменять частоту ко­лебаний на выходе синтезатора (f_ПГ = Nf₀). При этом шаг частот синтезатора равен частоте f₀. В качестве ДКПД используются счетчики импульсов, выполненные на цифровых интегральных схемах сред­ней и большой степени интеграции. Цифровые ДПКД устойчиво работают на частотах входного сигнала до 1,5...2ГГц. В работе косвенного синтезатора можно выделить три режима работы: 1) асинхронный – когда сравниваемые частоты не равны k1*Fср1≠ k2*Fср2 2) синхронный Fср1≠ Fср2 3) квазисинхронный k1*Fср1= k2*Fср2, где Fср1= Fэ/М; Fср2= Fэ/N

Рабочая частота опр по фор Fр= Fэ*N/M

Шаг сетки частот ΔFc=ΔN* Fэ /M

Синтезаторы прецизионных радиосигналов с угловой модуляцией. Здесь о синтезе радиосигналов с угловой (т.е. частотной или фазовой) модуляцией (ЧМ, ФМ) или манипуляцией (ЧМн, ФМн) на основе СЧ с ФАПЧ. Обобщенная схема синтезатора прецизионного сигнала с угловой модуляцией (СПУМС) приведена на рис. 4.19. Здесь в сравнении с СЧ с ФАПЧ новыми узлами являются только фазовые модуляторы (ФМ), интеграторы (И) и сумматор (С).

В новь появившиеся узлы (всего их шесть) выделены на рис. 4.19 пунктир­ными линиями. Выбирая эти узлы, включая одновременное использование двух их них, а также комбинируя точки входа модулирующих сигналов (обо­значены буквами «а» и «б»), можно построить варианты синтезаторов.

Вариант 1. Манипуляция осуществляется по входу 1. Резуль­тат подачи управляющего воздействия на вход «а» в виде последовательности прямоуголь-ных двух- или многоуровневых импульсов с частотой f_ИМП. Сигнал подается на варикап, имеющийся в составе ГУН или дополнительно введенный в схему. Частота ГУН принимает последовательно два или несколько значений, что вызывает реакцию ФАПЧ в виде стремления подавить любые изменения частоты. Реально подавляются только те компо­ненты модулирующего воздействия, спектр которых попадает в полосу ФНЧ. Поскольку в реальных многоканальных радиосистемах частоты соседних каналов отличаются на шаг синтеза Δf, то для соседних каналов выполнено ус­ловие Δf>>f_ИМП. Полоса прозрачности фильтра получается более узкой. Фазовая автоподстройка частоты при этих условиях способна стабилизировать несущую частоту, не препятствуя ее манипуляции. Поэтому вследствие эффекта стабилизации девиация частоты уменьшится, а спектр ЧМ сигнала исказится.

Вариант 2. При подаче сигнала на вход «б» сиг­нал после интегрирования поступает на ФМ. Это классический вариант кос­венной ЧМн. Пилообразному изменению напряжения на управляющем входе ФМ соответствует манипуляция опорного сигнала по частоте. Фазовая авто­подстройка частоты воспроизводит этот сигнал, умножая девиацию частоты, как и несущую, в n раз. Это происходит при условии, что полоса фильтра Fф превосходит полосу манипулирующего сигнала, т.е. Fф>>f_ИМП. Поэтому в полоcу фильтра попадает несколько гармоник импульсного сигнала. При управлении по входу «а» имеет место ФМн опор­ного и синтезируемого сигналов. Только в этом случае умножается девиация фазы в n раз. Полоса ПРС уже, чем при ЧМн, соответственно может быть уменьшена полоса ФНЧ.

Варианты 3 и 4. На УЧ точной настройки ГУН воздействуют дополнительные напряжения. Они вызывают ЧМн. По­этому, если ГУН имеет один варикап, то манипуляция по входам 3 и 4 дает одинаковую девиацию. Если два – и они имеют разную крутизну, то целесообразно проводить манипуляцию по входу 1.

Вариант 5. Состоит в манипуляции коэффициентами деления ДПКД. Такой СПУМС должен обладать двумя сетками частот: одна – крупная – обеспечивает синтезируемые частоты, другая – частоты манипуляции. Преимущества такого решения: отсутствие дополнительных элементов и источников шума в основной ФАПЧ и возможности стабилизации каждой из частот манипуляции петлей ФАПЧ.