Управление частотой автогенератора.

Для управления частотой АГ широко используют варикапы. При увеличении напряжения смещения Е_упр на варикапе уменьшается его емкость (см. вольт-фарадную характеристику варикапа на рис. 4.4, где U_мо=E_упр) и, соответственно, увеличиваются резонансная частота колебательной системы АГ и близкая к ней частота генерации.

Для изменения частоты АГ можно также изменять время задержки (сдвиг фаз) в цепи обратной связи. Из условия баланса фаз (3.2) видно, что изменения фаз приводит к изменению сдвига фаз в коллекторной цепи АГ на угол. В частности, при фазовый угол входного сопротивления выходного контура АГ равен. При малых сдвигах фаз () для параллельного колебательного контура справедливо равенство, где Q_Н – добротность нагруженного контура. Из последнего равенства следует, что увеличение времени задержки в цепи обратной связи, т.е. фазы приводит к изменению резонансной частоты колебательной системы АГ и, соответственно, частоты генерации на величину (см. частотные характеристики параллельного колебательного контура на рис. 1.1, где). Чем больше расстройка частоты генерации относительно резонансной частоты колебательной системы АГ, тем меньше сопротивление колебательной системы |Z_ЭК| (см. рис 1.1) и тем меньше амплитуда колебаний U_K. При очень малой величине сопротивления |Z_ЭК| условие баланса амплитуд не выполняется и происходит срыв автоколебаний.

32. Квадратурные фазовые модуляторы, использующие метод преобразования амплитудной модуляции в фа-зовую модуляцию.

При квадратурной амплитудной модуляции (KAM) каждому двоичному слову блока длиной k символов ставятся определенные значения начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала. Например, двоичным словам из 4 символов можно поставить в соответствие 16 радиосигналов одинаковой длительности, отличающихся друг от друга амплитудой и фазой. Значения амплитуд и фаз для всех 16 радиосигналов определяются с помощью рис. 3.33. Например, для одного из сигналов начальная фаза равна 45°, а амплитуда равна 42. Эти значения соответствуют вектору, проведенному из начала координат до выделенной точки.

Квадратурный амплитудно-модулированный сигнал формируется посредством кодирования. Модуляционный код определен при этом правилом отображения двоичных слов блока в начальные фазы и амплитуды радиосигналов.

Радиосигнал с KAM

где Д — амплитуда; v(t) — форма видеоимпульса; т_и — длительность единичного (тактового) интервала; ср₂ — начальная фаза г-го радиоимпульса.

Рис. 3.33. Значения амплитуд и начальных фаз радиосигналов KAM

Рис. 3.34. Структурная схема модулятора сигнала с КЛМ: 1,2 — умножители; 3 — фазосдвигающее на п /2 устройство; 4 — вычитающее устройство

Если амплитуда импульсов остается постоянной, то сигнал с KAM превращается в сигнал с многократной ФМ.

Структурная схема модулятора показана на рис. 3.34.

Использование KAM позволяет (как и при многократной ФМ) сократить ширину спектра сигнала в log раз или при той же ширине полосы, что и для двоичной ФМ, увеличить скорость передачи в k = log N раз, где N — число значений амплитуд и начальных фаз.

 

33.  Синтез частот - формирование дискретного множества частот из одной или нескольких опорных частот f_ОП. Опорной называется высокостабильная частота автогенератора, обычно кварцевого.

Синтезатор частот — устройство для генерации периодических сигналов (гармонических колебаний, или электрических тактовых сигналов) с определёнными частотами с помощью линейных повторений (умножением, суммированием, разностью) на основе одного или нескольких опорных генераторов. Синтезаторы частот служат источниками стабильных (по частоте) колебаний в радиоприёмниках, радиопередатчиках, частотомерах, испытательных генераторах сигналов и других устройствах, в которых требуется настройка на разные частоты в широком диапазоне и высокая стабильность выбранной частоты. Стабильность обычно достигается применением фазовой автоподстройки частоты или прямого цифрового синтеза (DDS) с использованием опорного генератора с кварцевой стабилизацией. Синтез частот обеспечивает намного более высокую точность и стабильность, чем традиционные электронные генераторы с перестройкой изменением индуктивности или ёмкости, очень широкий диапазон перестройки без каких-либо коммутаций и практически мгновенное переключение на любую заданную частоту.

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.

Методы синтеза частот:

1) прямой аналоговый синтез (ПАС, Direct Analog Synthesis, DAS) на основе структуры смеситель/фильтр/делитель, при котором выходная частота получается непосредственно из опорной частоты посредством операций смешения, фильтрации, умножения и деления;

2) косвенный (indirect) синтез на основе фазовой автоматической

подстройки частоты (ФАПЧ, Phase Locked Loop, PLL), при котором выходная частота формируется с помощью дополнительного генератора (чаще всего это генератор управляемый напряжением (ГУН)), охваченного петлей ФАПЧ;

3) прямой цифровой синтез частоты,

при котором выходной сигнал синтезируется цифровыми методами;

4) гибридный синтез, представляющий собой комбинацию нескольких методов, описанных выше.

Метод прямого синтеза.

В прямых методах синтеза частота выходного сигнала формируется из частоты опорного генератора (или из частот нескольких опорных генераторов – датчиков опорных частот (ДОЧ)) путем ее преобразования (умножения, деления, алгебраического сложения). Нужную составляющую преобразованного колебания отделяют от остальных узкополосным перестраиваемым фильтром в селекторе гармоник (СГ).

Прямым методам синтеза частот свойственен ряд достоинств и недостатков: методы прямого синтеза частот предпочтительны в тех случаях, когда на выходе синтезатора частот требуется одновременно несколько когерентных сигналов с разными частотами (то есть для многочастотных синтезаторов). В прямых синтезаторах частот можно обеспечить сколь угодно малый шаг частоты выходного сигнала (до тысячных долей герца) при использовании методов идентичных декад, дуад или тетрад.

Метод непрямого синтеза.

При косвенных методах синтеза частот выходной сигнал получают самостоятельно от подстраиваемого по частоте генератора (ПГ) без каких-либо нелинейных преобразований. Для обеспечения требуемой стабильности частоты ПГ используют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ) по сигналу опорного эталонного генератора. Система АПЧ в косвенных синтезаторах, как правило, является фазовой (ФАПЧ) ввиду большой точности ее работы по сравнению с частотной АПЧ. Что касается ПГ, то в качестве него используется, как правило, транзисторный автогенератор, выполненный по схеме емкостной трехточки, и УЭ с варикапом, включенным в колебательный контур.

36.  В отличие от традиционных (аналоговых) решений, цифровые синтезаторы используют цифровую обработку для получения требуемой формы выходного сигнала из базового (тактового) сигнала. Сначала с помощью фазового аккумулятора создаётся цифровое представление сигнала, а затем генерируется и сам выходной сигнал (синусоидальной или любой другой желаемой формы) посредством цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).Скорость генерации цифрового сигнала ограничена цифровым интерфейсом, но весьма высока и сопоставима с аналоговыми схемами. Цифровые синтезаторы также обеспечивают довольно малый уровень фазовых шумов. Однако основным достоинством цифрового синтезатора является исключительно высокое разрешение по частоте (ниже 1 Гц), определяемое длиной фазового аккумулятора. Главные недостатки – ограниченный частотный диапазон и большие искажения сигнала. В то время как нижняя граница рабочего диапазона частот цифрового синтезатора находится близко к нулю герц, его верхняя граница, в соответствии с теоремой Котельникова, не может превышать половины тактовой частоты. Кроме того, реконструкция выходного сигнала невозможна без фильтра нижних частот, ограничивающего диапазон выходного сигнала приблизительно до 40% тактовой частоты.

Другая серьезная проблема – высокое содержание нежелательных спектральных составляющих из-за ошибок преобразования в ЦАП. С этой точки зрения цифровой синтезатор ведёт себя как частотный смеситель, генерирующий побочные составляющие на комбинационных частотах. В то время как частотное местоположение этих составляющих можно легко вычислить, их амплитуда гораздо менее предсказуема. Как правило, искажения более низкого порядка имеют наиболее высокую амплитуду. Тем не менее, искажения высокого порядка также приходится учитывать при разработке архитектуры конкретного синтезатора. Амплитуда паразитных спектральных составляющих увеличивается и с увеличением тактовой частоты, что также ограничивает диапазон генерируемых частот. Практические значения верхней границы диапазона находятся в районе от нескольких десятков до нескольких сотен мегагерц при уровне дискретных спектральных продуктов -50…-60 дБн. Очевидно, прямое умножение выходного сигнала частотного синтезатора невозможно из-за дальнейшей деградации спектрального состава.