Cинтезатор частот с широкополосной частотно-модулированной шумовой помехой

С.А. Шерстюков, м.П. Горелышев В.В. Недомолкин

кандидат технических наук, доцент

CИНTЕЗATOP ЧАСТОТ С ШИРОКОПОЛОСНОЙ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОЙ ШУМОВОЙ ПОМЕХОЙ

FREQUENCY SYNTESIZER WITH BROADBAND FREQUENCY-MODULATED NOISE INTERFERENCE

Описан синтезатор частот на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) с широкополосной частотно-модулированной шумовой помехой (ЧМШП). Приводится структурная схема, поясняющая реализованный в синтезаторе метод двухточечной ЧМ. Показана электрическая принципиальная схема ввода модуляции с фазовым модулятором и даётся краткое описание работы ЧМ синтезатора частот (ЧМСЧ). Важным достоинством такой схемы является возможность полученияравно-мерной амплитудно-частотной модуляционной характеристики в полосе частот модулирующего шума от 0,1 Гц до 2D кГц.

Frequency synthesizer based on a ring of pulse-phase automatic frequency control (PPAFC) with a broadbandfrequency-modulated noise interferences (FMNI) is described. Schematic diagram explaining the method implemented in the two-points FMsynthesizer is suggested. Circuit diagram of input to the modulation with phase modulator is shown, and brief description of the FMfrequencys synthesizer (FMFS) is defined. An important advantage of this scheme is the ability to obtain uniform amplitude-frequency modulation characteristics in the frequency modulating noise from Q. 1 Hz to 2D kHz.

В настоящее время в модернизированных станциях радиоэлектронного подавления (РЭП) для формирования частотно-модулированных шумовых помех (ЧМШП) возможно применение двухточечной модуляции кольца ИФАПЧ в широком диапазоне частот модулирующего шума, частоты которого могут находиться за верхней и нижней границами ширины полосы пропускания замкнутой системы. Например, в [1, 2] описана система ИФАПЧ, в которой частотная модуляция осуществляется посредством фазовой модуляции в первом опорном канале модуляции для всех частот в пределах ширины полосы и посредством модуляции через второй канал на входе генератора, управляемого напряжением (ГУН), для всех модулирующих частот вне ширины полосы частот системы ИФАПЧ.

В частности, в подобных существующих системах первый канал модуляции объединяет цепи для интегрирования подводимого сигнала модуляции, поступающего на вход частотно- фазового детектора (ЧФД) системы ИФАПЧ. Второй канал модуляции содержит цепи для суммирования подводимого сигнала модуляции и сигнала управления частотой (т.е. сигнала ошибки системы), подаваемого на ГУН системы ИФАПЧ. Относительно равномерные амплитудно-частотные модуляционные характеристики (АЧМХ) при этом методе ЧМ12 [1, 2] достигаются в подобной системе посредством введения переменного коэффициента усиления (т.е. чувствительности ) канала модуляции, в который входит интегрирующая цепь [1, 2].

На рис. 1 показана структурная схема синтезатора частотно-модулированной шумовой помехи, где в первом канале модуляции используется ФНЧ, а во втором — ФВЧ. После завершения переходного процесса в кольце ИФАПЧ при смене выходной частоты СЧ метод ЧМ12 осуществляется подачей модулирующего шума ит(ї) от ИШН по первому каналу через ФНЧ на вход ФМ, а по второму каналу через ФВЧ на модуляционный вход ГУН.

Рис. 1. Структурная схема синтезатора частотно-модулированного сигнала: ОГ — опорный генератор; ОД — опорный делитель; ФМ — фазовый модулятор; ФНЧ — фильтр нижних частот; ФВЧ — фильтр верхних частот; ЧФД — частотно-фазовый детектор; ИШН — источник шумового напряжения; Д — программируемый делитель; ГУН — генератор, управляемый напряжением

Показанная на рис. 2 принципиальная схема ввода модуляции ФМ представляет вариант практической реализации метода ЧМ12. Схема ввода модуляции выполнена на сдвоенном операционном усилителе М1, причём на первой половине М1-1 собран активный ФВЧ, а на второй половине М1-2 — активный ФНЧ. Сигнал модулирующего шума через потенциометр и разделительный конденсатор подаётся на объединённую точку входов ФНЧ и ФВЧ. Изменяя уровень сигнала модуляции в этой точке, с помощью потенциометра можно изменять значение девиации частоты Д/ выходной ЧМШП.

100к И2

Рис. 2. Принципиальная схема ввода модуляции и ФМ: М1 — КР140УД20; М2 — 521СА3; М3 — КР561ТМ2; Т1, Т2 — 2Т3129 Б9; Т3 — 2 Т3130Б9

В схему ФМ включён Б-триггер М3, который устанавливается передним фронтом сигнала с частотой и сбрасывается в момент совпадения уровней пилообразного и модулирующего сигнала на входе компаратора М2. Выходной сигнал Б-триггера формирует сигнал для замыкания ключа на транзисторе Т3, обнуляет напряжение на конденсаторе С и запускает новый цикл для линейного увеличения напряжения на нём с помощью генератора тока заряда на транзисторах Т1 и Т2. При этом передний фронт выходных импульсов Б-триггера М3 подвергается фазовой модуляции в соответствии с сигналом модуляции.

Так как значения периода сигнала с частотой сравнения , тока генератора тока заряда и ёмкости С постоянны, то и крутизна «пилы» также постоянна и её значение определяет коэффициент передачи ФМ [3].

Передаточная функция ФВЧ определяется выражением

ЖфвЧ

а передаточная функция ФНЧ —

Гфнч

где 5 — комплексная переменная.

В работах [1, 2] показано, что при реализации двухточечных методов ЧМ необходимо получить нулевое фазовое рассогласование сравниваемых сигналов на входе ЧФД. Это достигается при выполнении условия:

КгуН WфВЧ

или

^фнч

Так как в схеме ввода модуляции значения сопротивления резисторов ^1=^2=^з и ёмкости конденсаторов С1=С2, то

Жфнч

Причём 1/Я2С1= КГУН/ КФМ-Ж Если последнее соотношение выполняется, то АЧМХ синтезатора имеет вид КГУН^шоё Жфвч(]2п /ш) с характеристикой пропускания верхних частот, ограниченной снизу по уровню -3дБ частотой:

/ш=1/2р ^1=1/6,28100 1 03 33 10-6=0,05 [Гц].

При разработке СЧ коэффициент деления N ДПКД считается заданным параметром наравне с крутизной модуляционного входа КГУН, поэтому при проектировании необходимо обеспечить нужное значение КФМ, варьируя значением ёмкости конденсатора С и величиной тока генератора тока заряда пилы. Нижней границей АЧМХ необходимо задаваться с помощью расчёта значений Я2 и С1 из соотношения /т=1/2пК2С1. Потенциометр К3 используется в схеме для того, чтобы лучше согласовать усиление по первому и второму каналам модуляции. Если ГУН в синтезаторе перекрывает диапазон частот в пределах 5% перестройки, то ручной регулировки К3 достаточ-

но. В широкополосных СЧ значительно изменяются значение коэффициента деления N и значение средней крутизны управления ГУН при работе в широкой полосе. Поэтому необходимо вместо резисторов Я1 и Я3 использовать программируемые потенциометры [1]. При этом вполне достижима высокая стабильность АЧМХ в диапазоне не только модулирующих частот, но и выходных частот СЧ. Верхняя граница АЧМХ будет определяться полосой пропускания по уровню -3 дБ модуляционного входа используемого в схеме ГУН (возможно 100 кГц и более).

Приведённые на схеме ввода модуляции и ФМ значения параметров элементов рассчитаны и применены в СЧ на диапазон рабочих частот 165—175 МГц с шагом 25 кГц. Этот синтезатор не обладает высоким быстродействием, так как частота среза кольца ИФАПЧ составляет примерно 100 Гц и он имеет возможность практически использоваться только в одночастотном режиме для подавления аналоговых систем радиосвязи с малым быстродействием. Однако формируемая разработанным синтезатором ЧМШП обладает высокими маскирующими свойствами и её коэффициент качества максимально приближается к белому шуму в части подавляемой полосы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тихомиров Н.М., Романов С.К., Леньшин А.В. Формирование ЧМ сигналов в синтезаторах с автоподстройкой / под ред. Н.М. Тихомирова. — М.: Радио и связь, 2004. — 245 с.

2. Угловая модуляция цифровых синтезаторов частот: монография / под ред. П. А. Попова. — Воронеж: ВИ МВД России, 2001. — 262 с.

3. Импульсные системы фазовой автоподстройки частоты / В.В. Григорьев [и др.]. — Л.: Энергоатомиздат, 1982. — 243 с.