СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ

Решение относится к радиотехнике.
В качестве прототипа выбран синтезатор частот по авторскому свидетельству СССР №1681377, Н 03 В21/02, 1991г.
Синтезатор частот содержит генератор опорной частоты, формирователь частоты сигнала, формирователь импульсов, блок сдвига опорной частоты гетеродина, блок выбора направления сдвига частоты гетеродина.
Выход генератора опорной частоты соединён с формирователем частоты сигнала, а выход последнего - со входом формирователя импульсов. Блок сдвига опорной частоты гетеродина представ.11яет собой последовательно соединённые генератор «пилы, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, смеситель и дифференциальный усилитель. Второй вход смесителя соединён с вьгходом цифроаналогового преобразователя (ЦАП), на вход которого поступают импульсы со счётчика, обнуляющегося после каждого периода выходного колебания.
Недостатки известного решения: узкий диапазон выходных частот (до 10), наличие труднореализуемого высококачественного генератора «пилы.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача-совершенствование синтезатора частот. Технический результат - расширение динамического диапазона выходных частот и изменение состава элементной базы.
Этот технический результат достигается тем, что в синтезаторе, содержащем генератор опорной частоты, формирователь частоты сигнала, формирователь имнульсов, блок сдвига опорной частоты и блок выбора направления сдвига частоты гетеродина, сигнальный вход блока сдвига частоты соединён с выходом генератора опорной частоты, а управляющий вход - с выходом формирователя импульсов, блок сдвига частоты выполнен в виде цепочки двухпозиционных фазовращателей, управляющий вход каждого из которых соединён с выходом соответствующего делителя частоты, которые выстроены также в виде цепочки, параллельной цепочке фазовращателей, вход последнего делителя соединён с выходом формирователя импульсов, который своим входом подключён к выходу формирователя частоты сигнала, причём управляющие входы делителей частоты подключены к блоку выбора направления сдвига частоты гетеродина, выполненному в виде щины синхронизации, а направление соединения делителей противоположно направлению соединения фазоврощателей; во втором варианте технический результат достигается тем, что управляющий вход каждого фазовращателя соединён с соответствующим управляемым инвертором, из которых составлен блок выбора направления сдвига частоты гетеродина, каждый из инверторов сигнальным входом подключён к соответствующему модулю выбора нужной гармоники частоты сигнала, состоящему из последовательно соединённых смесителя с вычитанием, полосового фильтра, смесителя со сложением и управляемого фильтра высоких частот, вторые сигнальные входы обоих смесителей подключены к выходу перестраиваемого генератора, управляющий вход которого соединён с управляющим входом фильтра высоких частот и подключён к блоку управления генераторами, входы всех модулей выбора нужной гармоники частоты сигнала подсоединены к выходу формирователя импульсов, вход которого соединён с выходом формирователя частоты сигнала, туда же (к выходу формирователя импульсов) подключён зшравляющий вход блока управления
генераторами, а к выходу формирователя частоты сигнала подключён сигнальный вход инвертора нервого фазовращателя.
Предлагаемый синтезатор частот приведён на чертежах: на фиг. 1 электрическая структурная схема- 1 вариант; на фиг. 2 - временная диаграмма работы; на фиг. 3-2 вариант.
Синтезаторы, вьшолненные по вариантам 1 и 2, содержат следующие общие элементы: генератор 1 опорной частоты (ГОЧ), формирователь 2 частоты сигнала (ФЧС), формирователь 3 импульсов (ФИ), блок 4 сдвига опорной частоты гетеродина (БСОЧГ), блок 5 выбора направления сдвига частоты гетеродина. Причём сигнальный вход гетеродина соединён с выходом генератора опорной частоты, а управляющий вход - с выходом формирователя импульсов.
По варианту 1 блок 4 сдвига опорной частоты выполнен в виде цепочки двухпозиционных фазовращателей 6-11, управляющий вход каждого из которых соединён с выходом соответствующих делителей частоты 12-16, которые выстроены также в виде цепочки, параллельной цепочке фазовращателей 6-11. Вход последнего делителя 16 соединён с выходом ФИ 3. ФИ своим входом соединён с выходом ФЧС 2. Управляющие входы делителей частоты 12-16 подключены к блоку 5 выбора направления сдвига частоты, вьшолненному в виде шины синхронизации. Паправление соединения делителей 12-16 противоположно направлению соединения фазовращателей.
По варианту 2 управляющие входы каждого фазовращателя 6-11 соединены с соответствующими инверторами 17-22, управляемыми блоком 23 управления сдвигом частоты, которые и образуют блок 5 выбора направления сдвига частоты гетеродина. Каждый из инверторов 17-22 сигнальным входом подключён к соответствующему модулю 24-28 выбора нужной гармоники частоты сигнала, состоящему из последовательно соединённых смесителя с вьиитанием 29-33, полосового фильтра 3438, смесителя со сложением 39-43 и управляемого фильтра 44-48 высоких частот. Вторые сигнальные входы обоих смесителей нодключены к выходу перестраиваемого генератора 49-53, управляющий вход которого соединён с управляющим входом фильтра высоких частот и подключён к блоку 54 управления генераторами 49-53. Входы всех модулей 24-28выбора нужной гармоники частоты сигнала подсоединены к выходу ФИ 3. Вход его соединён с выходом ФЧС 2. Туда же (на выход ФИ 3) подключён управляющий вход блока 54 управления генераторами.
Синтезатор работает следующим образом: из соотношения между частотой со и фазой ф колебаний со ёф/д1 следует, что частоту сигнала можно изменить, меняя его фазу при прохождении в системе. Плавное изменение фазы может быть с достаточной степенью точности аппроксимировано её стуненчатым изменением с малым шагом дискретизации. А непрерывное нарастание фазы без ущерба для результата может быть заменено на изменение фазы от О до 2л: с последующим сбросом снова на О (для сигнала безразлично, какова фаза, О или 2га, где i +-l;+-2;+-3 и т.д.). При поступлении на вход системы фазовращателей 6-11 гетеродинной частоты Ргет под воздействием поочерёдного синхронизированного переключения фазовращателей 6-11 частота изменится на заданную величину с нужным знаком. Изменение будет с положительным знаком при синхронизации делителей 12-16 по переднему фронту, и с отрицательным, если они синхронизируются по заднему фронту сигнала. Шаг сетки перестройки частоты задаётся в блоке 2 ФЧС, который может быть реализован различными методами.
Синусоидальное напряжение ФЧС 2 превращается в последовательность прямоугольных импульсов с помощью формирователя импульсов 3 , сигнал с выхода которого запускает нервый фазовращатель,а также поступает на цифровой делитель частоты 16. Таким же образом работают и все последующие звенья.
Сигнал СВЧ, формируемый в ГОЧ 1, в первый момент времени проходит всю цепочку фазовращателей 6-11 без изменения (если синхронизация делителей 12-16 осуществляется по заднему фронту), затем задерживается на первом из них 11, при этом фаза сигнала отстаёт па 7С/32 в течение времени с Тс/64 по Тс/32. В последующий момент времени (через Тс/32) первый фазовращатель 11 возвращается в нулевое состояние, зато второй 10, переключаясь, сдвигает фазу гетеродинного сигнала на л/16. Через время 3Тс/64 включается первый фазовращатель 11 (второй 10 в это время так же включён), и сигнал приобретает набег фазы Зп/32 и т.д. до полного сдвига входящего колебания на 2к за время периода сигнала Тс.
Особенность работы синтезатора по варианту 2 заключается в том, что сигнал с выхода ФЧС 2 и ФИ 3 поступает сразу на вход системы модулей 24-28 выбора нужных гармоник. При этом этот сигнал не будет в 32 раза выше по частоте приращения сигнала на выходе системы, как в варианте 1.
В обоих вариантах дискретизация фазы доведена до я/32, что соответствует 5.725° (6 звеньев в системе). Дальнейшее уменьшение щага дискретизации фазы нецелесообразно из-за технологических неточностей изготовления фазовращателей с крупным шагом дискретизации, которые, при уменьшении шага перестройки фазы, становятся сравнимы с минимальньш приращением фазы. Указанная система даёт подавление побочных составляющих в спектре выходного сигнала более 50 дБ. Диапазон выходных частот опреде.11яется лишь выходным диапазоном и шагом изменения частоты ФЧС. С наиболее перспективными пирамидальными структурами ФЧС и несколькими переключаемыми опорными частотами на гетеродинном входе данная система может обеспечить динамический диапазон до , недоступный ни для одной другой сеч. По данной величине представленная система значительно превосходит прототип, в котором данное значение не превосходит 10.
Предложенная система характеризуется быстродействием около 100 не, что реализовано в очень немногих современных системах синтеза частот.