ЛЕКЦИИ по УФиГС, страница 8

Рис. 59 синтезатор частот КНС

Где на рисунке обозначено:

• ФД – фазовый детектор

• ДПКД – делитель частоты с переменным коэффициентом деления

• ГГ – генератора гармоник

• Ф – фильтр

• УПТ – усилитель постоянного тока;

• ФНЧ – фильтр НЧ;

• n_i – коэффициент деления частоты перестраиваемого генератора f₀

• m_i – коэффициент умножения частоты ОГ f_ОГ

Основным элементом схемы является фазовый детектор, характеристика которого представлена на рисунке 60. Перестраиваемый генератор представляет собой генератор управляемый напряжением, или ПГ-ГУН, в колебательный контур который включен варикап, обеспечивающий перестройку частоты при изменении действия на него постоянного управления напряжения U_У. Колебания с выхода перестраиваемого генератора, после деления их частоты в n_i раз, в делителе ДПКД , подающий на вход ФД, а на другой его вход подаются колебания ОГ, частота которых умножена в mi раз с выхода ГГ – умножителя частоты. Выходное напряжение ФД U_У – пропорционально разности частот на его выходах, которые определятся соотношением:

Рис. 60 Характеристика ФД

U_У 0, когда частоты на входе ФД Δf 0. Следовательно, если Δf=0, то f₀=f_ог=0, и частота, соответствующая условию: f_СР=m_i f_ОГ – частота сравнения, следовательно:

f₀=m_i n_i f_ОГ Перестройка частоты перестраиваемого генератора – либо за счет изменения m_I либо n_I. При этом f_OI для значения n_I: f_Oi=f_СР n_i

f_i+1=n_i+1 f_cp

шаг перестройки:

Δf_0i=f_0(i+1) f_0i=[n_i+1 - n_i] f_cp

Шаг перестройки = частоте сравнения;

Δf_0i=f_0(i+1)-f_0i=[( m_i+1)- m_i] f_cp=f_cp

Для уменьшения шага перестройки, необходимо уменьшить частоту сравнения, что обеспечивается в схеме синтезатора заменой ГГ делителем частоты с коэффициентом деления N<n, при этом схема синтезатора частот НКС с 2 делителями частоты на рис. 61:

Рис. 61

Все схемы синтезаторов выполняются на основе интегральных схем (любой степени интеграции), примеры интеграции синтезаторов частоты:

Синтезатор частоты на монопитаемой ИС выполняется следующим образом:

Рис. 62

Рис. 63 СЧ на интегральной схеме ADF 4II3:

Синтезатор выполняется на основе ИМС ADF 4II3, который включает в себя частотно – фазовый детектор, делители частоты с переменными коэффициентами деления N, M, A, R, ЦАП и интерфейс программирования. Синтезатор работает в диапазоне частот Δf₀=(1500:4000)МГц. С частотой ОГ f_0Г=(5:550)МГц. ЦОС ФАПЧ включает в себя ФНЧ и ОУ на МС AD 820. Широкополосный ГУМ на МС М 3500 2235 – синхронизатор на частотах f_0i: f_0i=(NM+A) f_or/R полосе синхронизации 40МГц, при этом выбор значений N, M, A, R – осуществляется в соответствии с соотношениями:

N=8/9; 16/17; 32/33; 64/65; M=3+8191; A=0+63; R=1+16383.

По заданным значениям ОГ. Пример: спектральная плотность фазовых шумов на выходе синтезатора – соответствует коэффициентом подавления шума: Lш=-173дБ/Гц (F 1МГц) или Lш=-89дБ/Гц (F=(1:10)кГц). Уровень побочного излучения LF=-70дБ; ПС=40кГц. Нестабильность частоты и уровень шума на выходе синтезатора – определяются соответствующими параметрами ОГ, заметим, что для синтезов частот прямого когерентного синтеза, эти параметры возрастают в М раз: М=f₀/f_or

Синтезатор частот на гибридной ИС:

Рис. 64 Структурная схема синтезатора частот

Синтезатор частот формирует малошумящий гармонический сигнал на частоте f₀=56 МГц, с выходной мощностью 10мВт, нестабильностью частоты < 5 . Источником сигнала гетеродина – является ГУН на транзисторе VT-1, синхронизируемый по частоте, колебаниями высоко стабилизационного ОГ, с частотой 10МГц. При помощи петли ФАПЧ, образуется ФД, с частотой сравнения 1МГц, на МС ДДЗ, с делителями частоты ДЧ – 1, ДЧ – 2. Делитель опорной частоты ДЧ – 1, с коэффициентом делителя М=10, выполняются на МС ДД2; на её вход подается сигнал ОГ. Делитель частоты ДЧ – 2, с коэффициентом деления n=56, собр. на МС ДД4, ДД5, ДД6, которые образуют 2 последовательные делителя частоты: с коэффициентом деления n₁=4 на мс ДД4-5 и n₂=14 на ДД6. Сигнал на вход ДД4 – подается с выхода усилителя на транзисторе VT2, через усилитель на VT3, обеспечивающий необходимый уровень сигнала на входе ДД4. С выхода ФД, управляющий сигнал, через ФНЧ – подается на варикап VД1, включенный в контур ГУН. В качестве выходного каскада используется эмиттерный повторитель на VT4, с коэффициентами усиления по мощности 3, питание МС осуществляется от источника напряжения U₀=5 В, через стабилизатор напряжения на МС ДД7. Питание транзисторов от ИН U0=15 В. В тех случаях, когда частота выходного сигнала синтезатора – не соответствует заданной несущей частоте (например, при отсутствии элементной базы) – её принимают равной некоторой промежуточной частоте: f_ПЧ=(35,70,135)МГц, осуществляем затем последовательный перенос сигнала ПЧ на несущую частоту, при помощи смесителя, как показано на рис 65:

Рис. 65

Модуляция в синтезаторах частот

Прямая ЧМ в синтезаторе частот – осуществляется путем подачи модулирующего напряжения на ОГ, в синтезаторах частот прямого когерентного синтеза или перестраиваемый генератор косвенного некогерентного синтеза.

Рис. 66 Схема ЧМ синтезатора частот ПКС

Модуляция частот в СЧ ПКС заключается в сопровождении стабильности его частоты, в модулированных СЧ ПКС – используется АПЧ. В схемах частот косвенного некогерентного синтеза – прямая ЧМ, сопровождаемая подачей модулированного напряжения одновременно на ОГ и ПГ, как показано на рисунке 67:

Рис. 67

Что позволяет устранить демодуляцию выходного модулированного сигнала, в области НЧ спектра, возникшие в результате их компенсации, в петле ФАПЧ.

ВЧ модуляторы

ВЧ модуляторы осуществляют косвенно частотную модуляцию выходного сигнала синтезатора частот. По методу формирования радиосигнала – различные линейные и квадратурные ВЧ модуляторы. Функциональная схема линейного модулятора – показана на рисунке 68:

Рис. 68 Обобщенная схема линейного модулятора

Основной элемент модулятор, осуществляет перемножение сигналов, на его входах. ВЧ – на несущей частоте , или НЧ .

Преобразователь сигналов представляет собой нелинейный элемент, ВАХ которого описывается нелинейной функцией: I=f(U_ВХ), где U_ВХ(t)=U_М(t)+U_О(t), и выходное напряжение U_ВЫХ=I R – может быть представлена степенным рядом:

Коэффициенты которого определяются аналитическим выражением функции f(U_ВХ). Если на входы ПС поступают 2 гармонических сигнала с частотами и , то выходной сигнал представляет собой бесконечную сумму гармонических колебаний с комбинационными частотами , где n, m – любые целые числа. Полосовой фильтр выделяются из этой суммы отдельные составляющие, необходимые для синтеза спектра радиосигнала, в зависимости от степени нелинейности аппроксимирующего полинома, и вида АЧХ фильтра на выходе модулятора – выделяется модулируемое ВЧ колебание.

Примеры трех линейных модуляторов АМ и ЧМ радиосигналов приведены в книге «Радиопередающие устройства» Давыдова. Для квадратичных ВАХ нелинейного элемента и гармоник.

Лекция №13

ВЧ модулятор синтезирует радиосигнал путем формирования входных сигналов:

Пример модулированного колебания с комплексной огибающей:

Преобразуя это уравнение получим:

которое совпадает с уравнением балансно – модулированного сигнала. Спектр этого сигнала и спектр выходного напряжения преобразователя, показаны на рисунке 69, при помощи полосового фильтра с АЧХ 1, модулятор формирует на выходе радиосигнал балансной модуляции.

Рис. 69

Для полосового фильтра с АЧХ – 2 модулятор формирует на выходе ОМ – сигнал (однополосно - модулированный). Обобщено функциональная схема квадратурного модулятора показано на рисунке 70:

Рис. 70

Здесь используются 2 преобразователя сигналов ПС-1, ПС-2, на основе нелинейных элементов с квадратичной функцией ВАХ, выходное напряжения которого суммируется на выходе сумматора:

, а гармонические сигналы с высокой и низкой частотой, подающиеся на вход преобразований со сдвигом фаз . При этом выходное напряжение преобразователей и сумматора определяется как:

Откуда выходное напряжение сумматора:

который выделяем при помощи полосового фильтра, аналогично линейному модулятору. На выходе квадратурного модулятора формируется балансно – модулированный радиосигнал, аналогично линейному модулятору, с амплитудой в 2 раза большей, что составляет преимущество БМ, а другие преимущества – более чистый спектр выходного напряжения, как следует из выражения . Таким образом рассмотренная схема линейного и квадратурного балансного модулятора, является основным функциональным элементом для всех видов ВЧ модуляторов, рассмотрим например схему модулятора ОМ сигнала: