Синтезатор сетки частот

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и предназначена для использования в технике синтеза частот и сигналов.
Известен «Синтезатор частот» [RU 2214043, МПК H03L 7/18 (2000.01), опубл. 10.10.2003 г.], содержащий цифровой синтезатор с прямым синтезом частот (ЦС), имеющий вход точной регулировки частоты и вход синхронизирующих сигналов для приема, соответственно, внешних фазовых данных и внешних синхросигналов, и выход, на котором образуется опорный сигнал, фильтр, имеющий вход, соединенный с выходом ЦС и выход, схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Схема ФАПЧ состоит из последовательно соединенных в кольцо перестраиваемого генератора (ПГ), делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), частотно-фазового детектора (ЧФД) и фильтра нижних частот (ФНЧ), имеющую вход, соединенный с выходом фильтра, вход грубой регулировки частоты для приема кода, соответствующего коэффициенту деления ДПКД, и выход, на котором образуется сигнал синтезатора. Синтезатор частот также содержит решающее устройство (РУ), имеющее первый и второй входы и первый и второй выходы, и цифровой сумматор, который имеет первый и второй входы и выход, причем первый вход РУ соединен со входом точной регулировки частоты синтезатора, первый выход соединен со входом точной регулировки частоты ЦС, второй вход соединен со вторым входом цифрового сумматора и с входом грубой регулировки частоты синтезатора, а второй выход РУ подключен к первому входу цифрового сумматора, выход которого соединен со входом грубой регулировки частоты схемы ФАПЧ. При этом решающее устройство вычисляет значение дробной части коэффициента деления (Кдр) цифрового синтезатора с прямым синтезом частот, формирует сигнал, который изменяет код грубой регулировки частоты, и сигнал, который изменяет значение входного кода цифрового синтезатора с прямым синтезом частот.
Известен «Синтезатор частот с использованием цифрового вычислительного синтезатора частот» [RU 128045, опубликовано 10.05.2013, МПК H03L 7/16(2006.01)], содержащий цифровой вычислительный синтезатор частот (ЦВС), первый фильтр и первую схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состоящую из последовательно соединенных фазового детектора (ФД), фильтра и генератора, управляемого напряжением (ГУН), выход которого является выходом первой схемы ФАПЧ и через делитель соединен с входом ФД. Введены вторая, третья и четвертая схемы ФАПЧ, аналогичные первой ФАПЧ, причем выход второй схемы ФАПЧ соединен с входом ЦВС, выходы третьей и четвертой схем ФАПЧ соединены с соответствующими входами коммутационного устройства, выход которого соединен с соответствующим входом смесителя, выход которого является выходом синтезатора, при этом выход первой схемы ФАПЧ через второй фильтр соединен с другим входом смесителя, кроме того, входы второй, третьей и четвертой схемы ФАПЧ соединены и являются входом для сигнала опорного генератора.
Недостатками указанных решений являются низкие быстродействие при перестройке рабочих частот и диапазон рабочих частот.
Наиболее близким по технической сущности является «Формирователь сигналов с автокомпенсатором фазовых искажений и регулированием по отклонению» [RU 186742, опубликовано 31.01.2019, МПК H03L 7/00(2006.01)], содержащий последовательно соединенные: опорный генератор, первый умножитель частоты на основе петли фазовой автоподстройки частоты, цифровой вычислительный синтезатор, управляемый фазовращатель, который выполнен с возможностью поступления на второй вход управляющего сигнала с сумматора автокомпенсатора фазовых искажений, фильтр нижних частот и второй умножитель частоты на основе петли фазовой автоподстройки частоты. Каждая петля фазовой автоподстройки частоты содержит следующие последовательно соединенные блоки: фазовый детектор, фильтр нижних частот и генератор, управляемый напряжением, а также делитель частоты в петле обратной связи; автокомпенсатор фазовых искажений, состоящий из опорного тракта, содержащего Т-триггер и информационного тракта, содержащего последовательно соединенные дифференцирующую цепь, двухполупериодный выпрямитель и Т-триггер. При этом опорный тракт выполнен с возможностью подачи на вход сигнала с выхода генератора, управляемого напряжением первой петли фазовой автоподстройки частоты, информационный тракт - с возможностью подачи на вход сигнала с выхода управляемого фазовращателя, причем выходные сигналы обоих трактов подаются на фазовый детектор автокомпенсатора фазовых искажений, выходной сигнал которого поступает последовательно на первый фильтр нижних частот автокомпенсатора фазовых искажений, первый усилитель и сумматор, второй вход которого выполнен с возможностью поступления сигнала с выхода фазового детектора второй петли фазовой автоподстройки частоты, прошедший последовательно через второй фильтр нижних частот автокомпенсатора фазовых искажений и второй усилитель.
Недостатком указанного решения является низкая скорость переключения выходных частот формирователя сигналов и узкий диапазон рабочих частот.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение быстродействия переключения частот при работе в широком диапазоне частот.
Сущность предлагаемой полезной модели заключатся в том, что синтезатор сетки частот содержит цифровой вычислительный синтезатор, первый делитель частоты, фильтр нижних частот.
Новым является то, что дополнительно введены первый делитель мощности, второй делитель мощности, третий делитель мощности, второй делитель частоты, первый смеситель, второй смеситель, третий смеситель, первый полосовой фильтр, второй полосовой фильтр, первый усилительный тракт, второй усилительный тракт, третий усилительный тракт, четвертый усилительный тракт, пятый усилительный тракт. Причем каждый из усилительных трактов состоит из последовательно соединенных входного полосового фильтра, вход которого является внешним входом каждого усилительного тракта, входного фильтра нижних частот, усилителя, выходного фильтра нижних частот, выходного полосового фильтра, выход которого является внешним выходом каждого усилительного тракта. Кроме того, введены первый расширитель диапазона частот, второй расширитель диапазона частот, причем каждый из расширителей диапазона частот состоит из входного делителя мощности, делителя частоты, фильтра нижних частот, смесителя, вход делителя мощности является первым внешним входом каждого из расширителей диапазона частот, а второй вход делителя частоты является вторым внешним входом расширителя диапазона частот, первый выход делителя мощности подключен к первому входу делителя частоты, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, выход фильтра нижних частот соединен с первым входом смесителя, второй вход смесителя подключен ко второму выходу делителя мощности, выход смесителя является внешним выходом расширителя диапазона частот, также вход первого делителя мощности является первым внешним входом синтезатора сетки частот. Первый выход первого делителя мощности соединен с первым входом первого делителя частоты, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, выход фильтра нижних частот подключен к первому входу первого смесителя, выход которого подключен к входу первого усилительного тракта, выход которого подключен к первому входу цифрового вычислительного синтезатора. Второй выход первого делителя мощности подключен к входу второго делителя мощности, первый выход которого подключен ко второму входу первого смесителя, а второй выход соединен с входом третьего делителя мощности, выход цифрового вычислительного синтезатора подключен к входу первого полосового фильтра, выход которого соединен с первым входом второго смесителя, выход второго смесителя подключен к входу второго усилительного тракта, выход которого подключен к первому входу второго делителя частоты, выход которого подключен к входу второго полосового фильтра, выход второго полосового фильтра соединен с первым входом третьего смесителя. Первый выход третьего делителя мощности соединен со вторым входом второго смесителя, а второй выход третьего делителя мощности соединен со вторым входом третьего смесителя, выход которого подключен к входу третьего усилительного тракта, выход которого подключен к первому входу первого расширителя диапазона частот. Выход первого расширителя диапазона частот соединен с входом четвертого усилительного тракта, выход которого подключен к первому входу второго расширителя диапазона частот, выход второго расширителя диапазона частот соединен с входом пятого усилительного тракта, выход которого является внешним выходом синтезатора сетки частот. Вторые входы цифрового вычислительного синтезатора, первого делителя частоты, второго делителя частоты, первого расширителя диапазона частот, второго расширителя диапазона частот подключены к управляющей шине, являющейся вторым внешним входом синтезатора сетки частот.
На Фигуре 1 изображена структурная схема синтезатора сетки частот.
На Фигуре 2 изображена структурная схема усилительного тракта.
На Фигуре 3 изображена структурная схема расширителя диапазона частот.
Синтезатор сетки частот содержит цифровой вычислительный синтезатор (1), первый делитель мощности (2), второй делитель мощности (7), третий делитель мощности (8), первый делитель частоты (3), второй делитель частоты (12), фильтр нижних частот (4), первый смеситель (5), второй смеситель (10), третий смеситель (14), первый полосовой фильтр (9), второй полосовой фильтр (13), первый усилительный тракт (6), второй усилительный тракт (11), третий усилительный тракт (15), четвертый усилительный тракт (17), пятый усилительный тракт (19), первый расширитель диапазона частот (16), второй расширитель диапазона частот (18).
Вход первого делителя мощности (2) является первым внешним входом синтезатора сетки частот, первый выход первого делителя мощности (2) соединен с первым входом первого делителя частоты (3), выход которого подключен к входу ФНЧ (4). Выход ФНЧ (4) подключен к первому входу первого смесителя (5), выход которого подключен к входу первого усилительного тракта (6), выход которого подключен к первому входу цифрового вычислительного синтезатора (1). Второй выход первого делителя мощности (2) подключен к входу второго делителя мощности (7), первый выход которого подключен ко второму входу первого смесителя (5), а второй выход соединен с входом третьего делителя мощности (8). Выход цифрового вычислительного синтезатора (1) подключен к входу первого полосового фильтра (9), выход которого соединен с первым входом второго смесителя (10), выход второго смесителя (10) подключен к входу второго усилительного тракта (11), выход которого подключен к первому входу второго делителя частоты (12), выход которого подключен к входу второго полосового фильтра (13), выход второго полосового фильтра (13) соединен с первым входом третьего смесителя (14). Первый выход третьего делителя мощности (8) соединен со вторым входом второго смесителя (10), а второй выход третьего делителя мощности (8) соединен со вторым входом третьего смесителя (14), выход которого подключен к входу третьего усилительного тракта (15), выход которого подключен к первому входу первого расширителя диапазона частот (16). Выход первого расширителя диапазона частот (16) соединен с входом четвертого усилительного тракта (17), выход которого подключен к первому входу второго расширителя диапазона частот (18), выход второго расширителя диапазона частот (18) соединен с входом пятого усилительного тракта (19), выход которого является внешним выходом синтезатора сетки частот. Вторые входы цифрового вычислительного синтезатора (1), первого делителя частоты (3), второго делителя частоты (12), первого расширителя диапазона частот (16), второго расширителя диапазона частот (18) подключены к управляющей шине, являющейся вторым внешним входом синтезатора сетки частот.
Усилительный тракт состоит из последовательно соединенных входного полосового фильтра (20), вход которого является внешним входом каждого усилительного тракта, входного фильтра нижних частот (21), усилителя (22), выходного фильтра нижних частот (23), выходного полосового фильтра (24), выход которого является внешним выходом каждого усилительного тракта.
Расширитель диапазона частот состоит из входного делителя мощности (25), делителя частоты (26), фильтра нижних частот (27), смесителя (28). Вход делителя мощности (25) является первым внешним входом каждого из расширителей диапазона частот, а второй вход делителя частоты (26) является вторым внешним входом расширителя диапазона частот, первый выход делителя мощности (25) подключен к первому входу делителя частоты (26), выход которого подключен к входу фильтра нижних частот (27), выход фильтра нижних частот (27) соединен с первым входом смесителя (28), второй вход смесителя (28) подключен ко второму выходу делителя мощности (25), выход смесителя (28) является внешним выходом расширителя диапазона частот.
Синтезатор сетки частот работает следующим образом. На вход первого делителя мощности (2) являющимся первым внешним входом синтезатора сетки частот поступает опорный сигнал от внешнего генератора, например высокостабильного кварцевого генератора. В первом делителе мощности (2) происходит разделение мощности сигнала на гетеродинный и преобразуемый сигналы. Гетеродинный сигнал со второго выхода первого делителя мощности (2) поступает на вход второго делителя мощности (7), а ответвленный преобразуемый сигнал поступает на вход первого делителя частоты (3). После операции деления на выходе первого делителя частоты (3) сигнал фильтруется первым ФНЧ (4) и далее поступает на первый вход первого смесителя (5), второй (гетеродинный) вход которого подключен к первому выходу второго делителя мощности (7). Из спектральных составляющих сигнала, полученного после преобразования частоты, поступающих с выхода первого смесителя (5) выделяется и усиливается полезный сигнал, в первом усилительном тракте (6), построение которого приведено на Фиг. 2. Для этого входной полосовой фильтр (20) осуществляет фильтрацию поступающего на его вход сигнала. Далее сигнал поступает на входной ФНЧ (21), с выхода которого подается на вход усилителя (22). Усиленный сигнал поступает на вход выходного ФНЧ (23). Входной и выходной ФНЧ (21) и (23) располагаются у входа и выхода усилителя, тем самым обеспечивая устранение паразитного возбуждения усилителя из-за резонанса, возникающего во входном и выходном полосовых фильтрах (20), (24). Выходной полосовой фильтр (24) осуществляет выделение полезного сигнала от составляющих, возникших в нелинейных элементах усилителя (22). Таким образом, формируется сигнал с частотой необходимой для тактирования ЦВС (1).
С выхода первого усилительного тракта (6) сигнал поступает на первый (тактовый) вход ЦВС (1). ЦВС (1) формирует сигнал в соответствии с командой управления, поступающей с внешнего блока управления или синхронизатора на второй вход синтезатора сетки частот. Таким образом, происходит первый этап формирования сигнала необходимой частоты.
С выхода ЦВС (1) сигнал поступает на первый ПФ (9), а после фильтрации поступает с его выхода на вход второго смесителя (10), второй (гетеродинный) вход которого соединен с первым выходом третьего делителя мощности (8). Во втором смесителе (10) происходит преобразование сигнала с формированием сигнала на более высокой частоте. Полезный сигнал выделяется и усиливается вторым усилительным трактом (11) из сигнала, поступающего с выхода второго смесителя (10). Затем проводится второй этап повышения частоты полезного сигнала. Для этого сигнал поступает на вход второго делителя частоты (12), далее сигнал фильтруется вторым ПФ (13) и поступает на вход третьего смесителя (14), гетеродинный вход которого соединен со вторым выходом третьего делителя мощности (8). Сигнал с выхода третьего смесителя (14) поступает на вход третьего усилительного тракта (15).
Далее сигнал поступает на вход первого расширителя диапазона частот (16), схема которого приведена на Фиг. 3. Входной делитель мощности (25) делит сигнал между делителем частоты (26) и смесителем (28). Делитель частоты (26) в соответствии с коэффициентом деления заданным управляющей командой через его второй вход производит деление частоты сигнала. ФНЧ (27) отсекает ненужный верхний диапазон частот сигнала. Далее в смесителе (28) происходит значительное повышение значения частоты сигнала за счет подачи на его второй (гетеродинный) вход в качестве опоры сигнала с выхода третьего усилительного тракта (15) с частотой, повышенной в предыдущих этапах обработки сигнала.
С выхода расширителя диапазона частот (16) сигнал поступает на четвертый усилительный тракт (17). После усиления в четвертом усилительном тракте (4) сигнал поступает на вход второго расширителя диапазона частот (18), в котором аналогично первому расширителю диапазона частот (16) происходит значительное повышение частоты сигнала до заданного выходного значения. Выходной сигнал второго расширителя диапазона частот (18) усиливается пятым усилительным трактом (19) и поступает на внешний выход синтезатора сетки частот.
Значение требуемой частоты выходного сигнала синтезатора сетки частот определяется ЦВС (1), делителями частоты (3), (12) и расширителями диапазона частот (16), (18). Для этого для заранее заданного набора выходных частот во внешнем блоке управления задан соответствующий набор команд управления, которые подаются на второй вход синтезатора сетки частот по управляющей шине, например шине стандарта передачи данных LVDS. Команды управления содержат коды частоты для ЦВС (1) и коды коэффициентов деления для делителей частоты (3), (12), (26) в комбинации необходимой для формирования сигнала требуемой частоты. Переключение между значениями частоты выходного сигнала синтезатора сетки частот осуществляется подачей соответствующих команд его второй вход. По управляющей шине команды поступают на вторые входы ЦВС (1), делителей частоты (3), (12) и расширителей диапазона частот (16), (18) и после этого на выходе синтезатора сетки частот формируется сигнал с другим значением частоты.
Таким образом, заявляемый синтезатор сетки частот обеспечивает повышение быстродействия переключения выходных частот при работе в широком диапазоне частот по сравнению с прототипом.