Синтезаторы сетки частот в радиопередатчиках и в гетеродинах радиоприемников.

Синтезом частот называется формирование дискретного множества частот из одной или нескольких опорных частот. Опорной называется высоко­стабильная частота автогенератора.

Синтезатор частот -устройство, реализующее процесс синтеза, - используется в радиоприемных и радиопередающих устройствах различных радиотехнических систем, в том числе радиосвязи, радионавигации и радиолокации.

Основными параметрами синтезатора являются: диапазон частот вы­ходного сигнала, количество и шаг сетки частот, долговременная и кратко­временная нестабильность частоты, уровень побочных составляющих в вы­ходном сигнале и время перехода с одной частоты на другую.

В настоящее время один из основных способов построения синтезатора частот основывается на применении схемы импульсно-фазовой автоподстройки частоты и элементов вычислительной техники.

Структурная схема синтезатора с одним кольцом фазовой автопод­стройки частоты приведена на рисунку. Данная схема соответствует общей схеме автоматической подстройки частоты, если под преобразова­телями частоты понимать делитель в М раз частоты опорного генератора и делитель в N раз частоты стабилизируемого генератора, а под звеном срав­нения - импульсно-фазовый дискриминатор. ДПКД на схеме есть делитель с переменным коэффициентом деления. Назначение других звеньев схемы ясно из сделанных на них надписей. В блоке управления осуществляется прием и хранение данных программирования и формирование кодового сигнала, по которому устанав­ливается значение коэффициента деления N в зависимости от поступившей на синтезатор команды.

В результате действия фазовой автоподстройки частоты устанавлива­ется равенство частот сигналов, поступающих на вход импульсно-фазового дискриминатора :f1=f2, что позволяет записать следующее соотношение для частот стабилизируемого и эталонного автогенераторов с учетом значений коэффициентов деления:

 

 

Шаг сетки частот возбудителя — минимальный частотный интер­вал между соседними рабочими частотами. Если шаг сетки частот мал и соизмерим с абсолютной нестабильностью частоты или меньше ее, дискретность перестройки частоты не имеет существенного значения для качества об­работки сигнала на приемной стороне. Кроме того, при дискретной пе­рестройке частоты точность установки частоты повышается (по сравне­нию с плавной перестройкой) за счет устранения неточности градуиров­ки шкалы частот и ограниченной разрешающей способности механизма плавной установки рабочей частоты по шкале. Важно отметить просто­ту дистанционного, программного управления частотой возбудителя при ее дискретной перестройке. Шаг сетки частот возбудителя зависит от многих условий: назначения передатчика, ширины полосы частот при заданных видах работы, диапазона рабочих частот, условий эксплуата­ции и т.д. и может принимать значения от десятков мегагерц до 10 Гц.

Согласно формуле шаг сетки частот . Меняя управляемое значе­ние N, устанавливают требуемое значение частоты стабилизируемого генера­тора, который с помощью управляющего элемента может перестраиваться в требуемом диапазоне частот.

Пример. Требуется создать синтезатор с диапазоном частот 118... 136 МГц и шагом Δf _ш =25 кГц. Выбираем частоту кварцевого автогенератора f _эт =1 МГц. Отсюда требуемое значение М=1000/25=40. Согласно формуле для нижней час­тоты 118 МГц следует иметь: N 1=118000/25=4720, для верхней частоты N ₂=136000/25=5440. Следовательно, с помощью ДПКД - цифрового счетчика -следует обеспечить изменение коэффициента деления N через 1 в пределах от 4720 до 5440.

Одной из причин нестабильности частоты настройки в РПУ является изменение во времени параметров электрических цепей вследствие изменения внешних условий, старения, механических сотрясений и вибраций и т. д. Однако этот фактор нестабильности в современных РПУ достаточно легко устраним. Главной причиной частотной нестабильности в РПУ до настоящего времени остаются случайные изменения частот гетеродинов, ведущие к изменениям промежуточных частот. При многократном преобразовании общая нестабильность приемника определяется отклонением самой низкой ПЧ.

Использование в гетеродинах РПУ диапазонных стабилизированных LC-генераторов не позволяет реализовать стабильность выше 10~⁴. В современных РПУ высокостабильные гетеродины выполняются на основе генераторов с кварцевой стабилизацией, с термостатированием и с использованием современных высокочастотных кварцевых пластин. Такие опорные генераторы (ОГ) позволяют реализовать стабильность 10~⁸... 10~⁹.

Отметим, что высокостабильиый кварцевый ОГ совместно с устройством тормостатирования генерирующий колебание одной частоты, представляет собой достаточно сложное и дорогое устройство. Поэтому, естественно, нецелесообразно использовать в РПУ для приема сигнала каждой станции отдельный кварцевый генератор, так как в этом случае РПУ в целом было бы чрезвычайно дорогим.

Можно в ПРПУ применять несколько кварцевых генераторов (по числу поддиапазонов) только в первом гетеродине при плавной перестройке частоты второго гетеродина. Для такой схемы первая ПЧ - переменная, частота второго гетеродина меняется так, чтобы обеспечить постоянство второй ПЧ. Поскольку частота второго гетеродина значительно ниже диапазона принимаемых частот, нестабильность его частоты мало влияет на общую нестабильность приемника. Рассмотренная схема реализована в отечественном приемнике Р 250, однако стабильность его не превышает 10~⁵. Это объясняется тем, что в приемнике переключаются не кварцевые генераторы, а кварцевые пластины. Последнее не позволяет обеспечить высококачественное термостатирование ОГ.

Повысить стабильность можно применением кварцевых генераторов и во втором гетеродине. Однако в этом случае прием возможен только на ряде частот, число которых определяется произведением чисел кварцевых генераторов в первом и втором гетеродинах. Рассмотренные устройства применимы либо при низких требованиях к стабильности, не выше (2... 5) • 10~⁶, либо при фиксированном приеме ограниченного числа станций.

Наиболее широкое использование в РПУ для стабилизации частот нашла система частотного синтеза частот. Синтезатор частот, схема которого дана на рис. , включает в себя высокостабильный ОГ, генератор гармоник частоты ОГ ГГ и систему синтеза выходных частот (синтезатор С). В дальнейшем систему синтеза частот будем называть синтезатором частот (СЧ); при этом ряд специалистов не причисляет к СЧ опорный генератор. Применение СЧ в современных ПРПУ наряду с существенным повышением стабильности частоты настройки и уменьшением ее времени позволило автоматизировать настройку ПРПУ, т. е. настроить ПРПУ по заданной программе при местном и дистанционном управлении, повысить надежность приемников.

В простейшем СЧ напряжение от ОГ подается на ГГ (рисунок), напряжение на выходе которого обогащается высшими гармоническими составляющими. После ГГ ставится узкополосный фильтр, выделяющий требуемую рабочую частоту. При этом частота колебаний на выходе СЧ всегда кратна частоте ОГ, а стабильность определяется стабильностью его частоты. Однако такие СЧ работоспособны при ограниченном числе рабочих частот. Естественно, при использовании этих колебаний в качестве гетеродинных напряжений приемник сможет осуществлять прием только определенных радиостанций, работающих на фиксированных частотах. Однако в нем может быть предусмотрена возможность плавной подстройки частоты. Эта подстройка необходима как для ликвидации ухода частоты передатчика, так и для настройки приемника на частоты, находящиеся в промежутке между дискретными значениями частот на выходе СЧ. Перестройка ОГ для этих целей нежелательна, так как при этом ухудшается его стабильность.

 

Билет № 16

1. Устройства предварительной селекции и высокочастотные усилители.

Селективность – это способность приемника отделять полезный сигнал от мешающих – основана на использовании признаков различия между полезными и мешающими сигналами.

Преселектор ГТП (главный тракт приема) состоит из входного устройства, аттенюатора и усилителя высокой частоты.

Входное устройство (типовая схема)

Аттенюатор. Для расширения динамического диапазона между антенной и входом РПУ включается аттенюатор.

Усилитель высокой частоты.

 

Требования к УВЧ: малый коэф-т шума и высокая линейность. Способы разработки УВЧ с высокой степенью линейности:

1. выбор схемы включения транзисторов и принципиальной схемы;

2. разработка специальных новых транзисторов;

3. выбор оптимального режима транзисторов по постоянному току и динамического режима усилителя;

4. выбор типа транзистора;

5. введение линейной отрицательной обратной связи;

6. применение нелинейных корректирующих цепей;

7. подача сигнала вперед;

8. использование динамической нагрузки;

9. сравнение способов повышения линейности усилителей

2. Системы фазовой автоподстройки частоты в радиоприемниках. Фа́зовая автоподстро́йка частоты (ФАПЧ) — система автоматического регулирования, подстраивающая частоту управляемого генератора так, чтобы она была равна частоте опорного сигнала. Регулировка осуществляется благодаря наличию отрицательной обратной связи. Выходной сигнал управляемого генератора сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом, результат сравнения используется для подстройки управляемого генератора.

Система ФАПЧ используется для частотной модуляции и демодуляции, умножения и преобразования частоты, частотной фильтрации, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и в других целях.

ФАПЧ сравнивает фазы входного и опорного сигналов и выводит сигнал ошибки, соответствующий разности между этими фазами. Сигнал ошибки проходит далее через фильтр низких частот и используется в качестве привода для генератора, управляемого напряжением (ГУН), обеспечивающего отрицательную обратную связь. Если выходная частота отклоняется от опорной, то сигнал ошибки увеличивается, воздействуя на ГУН в сторону уменьшения ошибки. В состоянии равновесия выходной сигнал фиксируется на частоте опорного.

ФАПЧ широко используется в радиотехнике, телекоммуникациях, компьютерах и других электронных устройствах. Данная система может генерировать сигнал постоянной частоты, восстанавливать сигнал из зашумлённого коммуникационного канала или распределять сигналы синхронизации в цифровых логических схемах.

Билет № 17

1. Формирование и преобразование радиосигналов.

Виды сигналов

В радиотехнике различают:

электрические колебания;

электромагнитные колебания;

сигнал - электрическое или электромагнитное колебание, несущее информацию;

радиосигнал - излученный сигнал, распространяющийся в свобод­ном пространстве.

Для краткости под словом "сигнал" будем понимать не только собст­венно сам сигнал, но и электрические колебания.

Классификация сигналов возможна по нескольким признакам.

В зависимости от вида функции, описывающей сигнал: детермини­рованные и случайные. Детерминированный сигнал описывается функци­ей времени в форме аналитического выражения или графика, что позво­ляет определить его параметры в любой момент. Случайный сигнал относится к числу случайных процессов, его параметры в любой момент можно определить только с определенной степенью вероятности.

Детерминированные сигналы могут носить периодический характер с периодом повторения Т или быть представлены в форме одиночного, непериодического колебания.

Исходя из процесса модуляции, т. е. наложения исходной информа­ции на несущие колебания, различают: модулирующий сигнал - исходное сообщение, модулированный сигнал - несущие колебания, на которые на­ложен модулирующий сигнал. При многоступенчатой модуляции сигнал может выступать в двоякой роли и как модулирующий, и как модулированный.

В зависимости от вида модуляции различают сигнал с амплитудной, частотной, фазовой, импульсной и другими видами модуляции. При моду­ляции спектр сигнала расширяется. При этом в зависимости от ширины спектра различают узкополосные и широкополосные сигналы.

Среди детерминированных выделяют ортогональные и тестовые сигналы. Ортогональными называют два сигнала, разнесенные во време­ни или имеющие неперекрывающиеся частотные спектры. Тестовые сиг­налы предназначены для анализа и проверки радиотехнических устройств. Например, в качестве тестового может использоваться синусоидальный сигнал или сигнал в виде единичного скачка напряжения. Сигналы, ме­шающие нормальному приему полезных сигналов, называются помехами.

Сигналы претерпевают различные преобразования в радиотехниче­ских устройствах. К ним относятся: умножение, деление, увеличение или уменьшение частоты сигнала, модуляция и демодуляция сигнала, увели­чение мощности сигнала, обработка сигнала, его выделение из смеси раз­ных сигналов, фильтрация и излучение сигнала.