ШИРОПОЛОСНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ НА ДЕСЯТИЧНУЮ ДРОБЬ (ВАРИАНТЫ)

Устройство относится к радиотехнике, импульсной технике и может быть применено для широкополосного умножения частоты на десятичную дробь синусоидальных и прямоугольных импульсов типа меандр, например в радиотехнических системах в качестве гетеродина, а также в синтезаторах частот.
Техническим результатом устройства является умножение частоты на десятичную дробь и, как результат, деление частоты на любое число, целое и дробно-десятичное с высокой точностью, достигающей Гц и долей Гц. Упрощение расчетов, получение когерентных частот с возможностью интеграции.
Современные синтезаторы используют несколько методов синтеза частот.
- Метод прямого синтеза частот
- Метод непрямого синтеза частот
- Метод синтеза частот с поверхностными акустическими волнами.
- Метод цифрового синтезирования частот, используя систему фазовой автоподстройки частоты, работающий в импульсном режиме
Все эти методы имеют недостатки. Методом прямого синтеза можно получить частоты с какой-то сеткой частот до 100 Гц, причем потребуется
большое количество узкополосных фильтров для подавления соседних гармоник.
Метод непрямого синтеза частот требует обязательно перестраиваемый по частоте генератор, последний знак усредняется и наличие фильтров.
Недостатком синтезатора частот с поверхностными волнами является большое время переходного процесса, поскольку для устранения многозначности рабочих частот используется узкополосный фильтр в кольце фазовой автоподстройки частоты.
Недостатком цифрового синтезирования частот является повышенный уровень побочных составляющих в спектре выходного колебания.
(см. В.А.Ворона, «Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета», М.
«Горячая линия-Телеком» 2007 г., стр.128-138)
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является широкополосный линейный умножитель частоты (патент РФ №110882 опубл. 27.11.2011 г.)
Использование данной полезной модели (патент №110882) позволяет получить на выходе умножение частот на любое число от двух до девяти и больше, а также позволяет производить сложение и вычитание частот (см. фиг.3 и фиг.4).
Данные возможности устройства по патенту №110882 позволяют применить в полезной модели умножения частоты Fвх на десятичную дробь 0, абвгдежз…, где а, б, в, г, - любое число от 0 до 9.
Указанный технический результат достигается тем, входную частоту Fвх с помощью двоично-десятичных делителей 1.1-1.2 (Фиг.1) делим таким образом, чтобы получить частоты Fвх:10, Fвх:100, Fвх:1000, Fвх:10000 и т.д. по числу разрядов десятичной дроби. Каждое значение разрядов десятичной дроби необходимо умножить на данное значение дроби, которое может быть от 0 до 9. 2.1-2.2 (Фиг.1). Полученные частоты имеют форму прямоугольных импульсов типа меандр.
Если имеется синусоидальный или импульсный сигнал, то для получения меандра частоты необходимо разделить ее синхронизированным триггером на два и с помощью умножителя частоты на два получить на выходе прямоугольный сигнал типа меандр данной частоты.
Перемножим каждое значение частоты на соответствующее значение десятичной дроби:
а(Fвх:10)и б(Fвх:100)
Складываем (вычитаем) два соседних разряда и получаем:
Таким же способом можно сложить (вычесть) два следующих разряда, получим:
Складывая (вычитая) полученные значения частот 1 и 2, получим:
Когда число разрядов десятичной дроби превышает порядок значения частоты, технический результат достигается тем, что необходимо следующие разряды десятичной дроби перемножать и складывать на повышенных частотах и полученные частоты разделить двоично-десятичными делителями 1.5-1.8 (Фиг.2) и получаем частоты:
0,0000дежзFвх
Складывая с первым значением частоты (3) и делителя частоты 1.5-1.8, (4) получаем:
0,абвгдежзFвх (Фиг.2)
Необходимость данного устройства обусловлена тем, что частота 0,0000000зFвх может быть порядка Гц или долей Гц и работа ГПН на данной частоте затруднена из-за больших емкостей и их большого разброса, что было показано в патенте №110882.
Изменив значение любого знака десятичной дроби, можно изменить выходную частоту Fвых.
При умножении частот на десятичную дробь необходимо анализировать, какие действия целесообразно произвести, например:
Проще осуществить вычитание частот 0,39Fвх=0,4Fвх-0,01Fвх, чем сложение частот 0,3Fвх+0,09Fвх.
Умножение на десятичную дробь эквивалентно делению:
0,5 - деление на 2
0,3333 - деление на 3 с точностью 0,03%
0,25 - деление на 4
0,2 - деление на 5 и т.д.
Если требуется получить синусоидальный сигнал на выходе, необходимо после сложения (вычитания) частот, поставить фильтры на данную частоту, предварительно преобразовав прямоугольные импульсы с помощью интегратора в треугольные импульсы, уничтожая четные гармоники для упрощения фильтров.
Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства, повышение точности преобразования частот, получение когерентных частот, упрощение расчета схем и устройств, повышение технологичности изготовления и возможности разработки микросхем.
1. Данная полезная модель может быть реализована для кварцевого гетеродина для стабильного получения любой частоты с точностью до Гц и долей Гц.
2. Данная полезная модель может быть реализована для музыкального синтезатора, например, для получения ноты ДО четвертой октавы берется нота РЕ, равная 2349,3 Гц и умножается на десятичную дробь 0,89090367 и получаем 2093 Гц.
Аналогично для получения ноты ДО из ноты СИ, равная частоте 3951,1 Гц, умноженной на 0,52972589, получаем частоту 2093 Гц.
3. Данное устройство может быть применено для получения когерентных частот для кодирования цветоразностных сигналов SEKAM и PAL.
4. В схеме вычитания частот можно исключить широкополосный инвертор при условии наличия в аналоговом перемножителе парафазных выходов и подключить второй вход выходного дифференциального усилителя к второму выходу второго аналогового перемножителя.
5. Можно получить чисто арифметическим путем любую частоту из любой входной частоты, а вместе с патентом РФ №110882 проводить арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления частоты.
6. Можно предусмотреть одновременное получение выходной частоты, сдвинутый по фазе на 90°.