ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве возбудителя передатчика с частотной модуляцией и гетеродина приемника без подачи модулирующего сигнала.
Известен цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией (ЧМ), построенный на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи, в котором для формирования частотномодулированного сигнала в широкой полосе модулирующих частот используется комбинированный двухточечный способ, когда модулирующий сигнал поступает на модулирующий вход зшравляемого генератора (УГ) и через интегратор одновременно на модулирующий вход импульсно-фазового модулятора, включенного в опорном канале между делителем частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) и импульсно-фазовым детектором (ИФД) (см. а. с. СССР №919040, Н 03 С 3/10 Н 03 L 7/16,1982).
При двухточечной модуляции по этому способу с помощью импульснофазового модулятора (ИФМ) импульсы на опорном входе ИФД должны быть промодулированы по фазе так же, как импульсы после ДПКД, то есть синфазно. Тогда на выходе ИФД не будет импульсного сигнала ошибки от модуляции и, следовательно, не будет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение. Иначе говоря, кольцо ИФАПЧ в этом случае как бы разомкнуто по модулирующему воздействию. При этом имеется принципиальная возможность попустить в ЦСЧ модулирующий сигнал в широкой полосе частот без искажений и с сохранением такого же высокого быстродействия, как и без модуляции, поскольку выбор фильтра нижних частот (ФНЧ) в цепи управления УГ теперь уже практически не зависит от условия прохождения заданной полосы модулирующих частот.
Однако и в этом случае быстродействие известного ЦСЧ остается недостаточным, что обусловлено инерционностью ФНЧ в кольце ИФАПЧ. Инерционность ФНЧ в этом ЦСЧ в основном определяется необходимостью подавления до заданного уровня помех в цепи управления УГ с частотами, кратными частоте сравнения. Известно, что частота сравнения Fcp в однокольцевом ЦСЧ выбирается, исходя из заданного шага сетки частот РШ и не может превышать его, то есть ) . При сушествуюшей тенденции к уменьшению шага сетки частот и ужесточению норм по подавлению паразитной частотной модуляции полоса пропускания в кольце ИФАПЧ обычно намного меньше частоты сравнения, что резко снижает быстродействие ЦСЧ.
Кроме того, паразитная частотная модуляция в ЦСЧ с ЧМ увеличивается тогда, когда модулируюпще частоты близки к частоте сравнения. Это объясняется тем, что в результате взаимодействия частоты сравнения Рф с модулирующими частотами FM на выходе импульсно фазового детектора формируется комбинационные частоты FK , т.е. ИФД работает как смеситель: FK  п FM ± k Fcp. Причем суммарные комбинационные составляющие не проходят через ФБЧ, а разностные могут пройти и промодулировать частоту УГ.
В известном ЦСЧ с двзосгочечной ЧМ происходит компенсация реакции кольца ИФАПЧ на основное модулирующие воздействие по УГ, а устранить дополнительную паразитную частотную модуляцию (ПЧМ) от комбинационных частот FK затруднительно, так как в компенсирз ющем сигнале, поступающем на модулирующий вход ИФМ через ряд узлов, этих комбинационных составляющих нет. Таким образом, для повыщения подавления ПЧМ от указанных воздействий необходимо увеличивать инерционность ФНЧ, а это приводит к снижению быстродействия синтезатора.
Паиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с ЧМ (см. описание ПМ №13279 к свидетельству Российской Федерации с приоритетом от 10.12.1999 г.), в котором происходит дополнительное подавление (компенсация) ПЧМ выходного сигнала с помощью введенных новых элементов (интегрирующий фильтр, усилитель постоянного тока, инвертор и управляемый фазовращатель), объединенных соответствующими связями с остальными узлами синтезатора. Такое перераспределение подавления ПЧМ между ФПЧ и вновь введенными элементами автокомпенсатора позволило уменьпшть инерционность ФНЧ и тем самым повысить быстродействие ЦСЧ. При этом значительно подавляется ПЧМ, вызванная не только помехами, кратными частоте сравнения, но и комбинационными частотами FK.
Однако в известном ЦСЧ на выходе зшравляемого фазовращателя (выходе устройства) возникают паразитные фазовые приращения самого автокомпенсатора из-за действия дестабилизируюпрк факторов в этих элементах: интегрирующем фильтре (ИФ), усилителе постоянного тока (УПТ), инверторе (ИНВ) и управляемом фазовращателе (УФВ). Эти фазовые приращения на выходе УФВ приводят к дополнительной паразитной фазовой (частотной) модуляции выходного сигнала синтезатора.
Целью предлагаемого технического рещения является ослабление паразитных фазовых приращений самого автокомпенсатора, возникающих из-за действия дестабилизирующих факторов при одновременном сохранении пшрокого диапазона модулирующих частот информационным сигналом, высоком быстродействии и уменьщении уровня паразитной частотной модуляции.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровой сшггезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делите;п частоты с переменным коэффициентом деления, импульснофазовый детектор и фильтр нижних частот, последовательно соединенные
опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом импульсно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор и интегратор, выход которого соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, а также блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющим входом управляемого аттенюатора, причем модулирующий вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала, последовательно соединенные первый интегрирующий фильтр, первый усилитель постоянного тока и инвертор, а так же управляемый фазовращатель, первый вход которого соединен с выходом управляемого генератора, при этом вход первого интегрирующего фильтра соединен с выходом фильтра нижних частот, введены последовательно соединенные фазовый детектор, второй интегрирующий фильтр, второй усилитель постоянного тока и сумматор, выход которого соединен со вторым входом управляемого фазовращателя, второй вход сумматора соединен с выходом инвертора, при этом первый вход фазового детектора соединен с выходом управляемого генератора, второй вход - с выходом управляемого фазовращателя, который является выходом устройства.
Существенным отличием предложенного ЦСЧ с ЧМ является дополнительное подавление (компенсация) паразитных фазовых приращений самого автокомпенсатора в полосе пропускания второго интегрирующего фильтра (в полосе полезного модулирующего сигнала), возникающих в последовательно соединенных элементах автокомпенсатора (первом интегрирующем фильтре, первом усилителе постоянного тока, инверторе и управляемом фазовращателе) из-за действия различных дестабилизирующих факторов. При этом одновременно значительно подавляется ПЧМ, вызванная не только помехами с частотами, кратными частоте сравнения, но и комбинационными частотами, появляющимися в результате взаимодействия частот информационного модулирующего сигнала, близких к частоте Fcp, с гармониками частоты сравнения на выходе ИФД, а также сохраняется высокое быстродействие и широкий диапазон модулирующих частот информационным сигналом.
Предлагаемое техническое решение, по мнению заявителя, обладает существенными отличиями, так как при поиске не выявлены аналоги, содержащие признаки, сходные с отличительными.
Па фигуре 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.
Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией содержит соединенные в кольцо управляемый генератор УГ1, делитель частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД2, импульсно-фазовый детектор ПФДЗ и фильтр нижних частот ФНЧ4, выход которого соединен с управляющим входом УГ1, последовательно соединенные опорный генератор ОГ5, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД6 и импульснофазовый модулятор ИФМ7, выход которого соединен со вторым входом ИФДЗ, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала ИМС8, управляемый аттенюатор УА9 и интегратор ИНТ 10, выход которого соединен с модулирующим входом ИФМ7, а также блок установки частоты БУЧИ, выход которого соединен с установочным входом ДПКД2 и управляющим входом УА9, причем модулирующий вход УГ1 соединен с выходом ИМС8, последовательно соединенные первый интегрирующий фильтр ИФ12, первый усилитель постоянного тока УПТ13 и инвертор ИНВ14, а также управляемый фазовращатель УФВ15, первый вход которого соединен с выходом УГ1, последовательно соединенные фазовый детектор ФД16, второй интегрирующий фильтр ИФ17, второй усилитель постоянного тока У11118 и сумматор С19. При этом выход сзп матора С19 соединен со вторым входом УФВ15, второй вход С19 соединен с выходом ИНВ14, первый вход ФД16 соединен с выходом УГ1, второй вход - с выходом УФВ15, который является выходом устройства.
Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.
После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ при введении модулирующего напряжения от ИМС8 на модулирующий вход УГ1 происходит его частотная модуляция. При этом на выходе Д11КД2 импульсы будут промодулированны по фазе в соответствии с модулируюпщм сигналом. Для компенсации этой реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ1 модулируюцщй сигнал от ИМС8 одновременно подается через УА9, интегратор ИПТ10 на модулирующий вход ИФМ7, в котором происходит модуляция опорных импульсов с выхода ДФКД6 по фазе так же, как промодулированны импульсы с выхода ДПКД2. В результате сравнения одинаково промодулированных по фазе входных импульсов ИФДЗ сигнал ошибки от модуляции на его выходе не образуется. Следовательно, нет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ1. В управляющем сигнале, поступающем с выхода ФПЧ4 на управляющий вход УГ1, есть только составляюпще помех, кратных частоте сравнения Fcp и комбинационные составляющие FK, которые вызывают соответствующую паразитную угловую модуляцию выходного сигнала УГ1. С выхода УГ1 на первый вход УФВ15 поступает высокочастотный (ВЧ) сигнал, промодулированный информационным сигналом и содержащий паразитную частотную модуляцию. Чтобы компенсировать эту ПЧМ, с выхода ФНЧ4 паразитные приращения управляющего напряжения Аед(1), вызывающее паразитное приращение
частоты на выходе УГ1, поступает через первый ИФ12, первый УПТ13, ИПВ14 и сумматор С19 на второй вход УФВ15.
Модулирующее напряжение Ае (t), поступающее с выхода С19 на второй вход УФВ15, вызывает противофазную (обратную) модуляцию высокочастотного сигнала с УГ1 с ПЧМ, постзшающего на первый вход УФВ15. В результате на выходе УФВ15 формируется высокочастотный сигнал синтезатора со значительно подавленной ПЧМ и с сохранением полезной
модуляции информационным сигналом в широкой полосе модулирующих частот.
Однако при прохождении компенсир тощего сигнала с выхода ФНЧ4 через последовательно соединенные элементы ИФ12, У11113, ИНВ14 в нем возникают паразитные фазовые приращения из-за воздействия на эти элементы различных дестабилизирующих факторов. Возншопие паразитные фазовые приращения управляющего сигнала дополнительно модулируют ВЧ сигнал в УФЕ 15, что приводит к дополнительной паразитной угловой модуляции выходного сигнала ЦСЧ. Для компенсации этих паразитных фазовых приращений сигнал с выхода УФЕ 15 поступает на второй вход ФД16, на первый вход которого приходит ЕЧ сигнал с выхода УГ1. Е результате на выходе ФД16 образуется разностное напряжение, которое пропорционально значению паразитного фазового приращения. Это разностное напряжение через второй ИФ17 с полосой пропускания, равной полосе полезного модулирующего , проходит на вход второго У11118, где усиливается до величины, достаточной для полной компенсации возншоыих фазовых приращений и поступает на первый вход С19 в противофазе с теми фазовыми приращениями, которые имеются на втором входе С19 с выхода ИНЕ14. Е результате линейного суммирования на выходе С19 происходит подавление возникпшх фазовых приращений управляющего сигнала и на выходе УФЕ 15 формируется ЕЧ сигнал ЦСЧ с подавленной дополнительной тловой модуляцией и с сохранением полезной модуляции информационным сигналом в пшрокой полосе модулирующих частот. Степень подавления дополнительной угловой модуляции при этом зависит от выбора параметров введенной схемы компенсации.
Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые блоки типовые.
Фазовые детекторы могут быть выполнены либо на основе фазочастотных дискриминаторов (см., например, Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985, стр. 403-405, рис. 16.36 - 16.41), либо на основе фазовых дискриминаторов балансных преобразователей (см.. Радиоприемные устройства. Под ред. А.П. Жуковеного. М.: «Еысщая щкола, 1989, стр. 142,143, рис. 7.29, 7.31).
Сумматор может быть выполнен пассивным на резисторах. Интегрирующий фильтр ИФ12 представляет собой интегрирующую RC-цепь. Усилитель постоянного тока может быть выполнен на основе широко известных операционных усилителях (например, на микросхеме 544 УД2).
Таким образом, применение предлагаемого цифрового синтезатора частот с частотной модуляцией позволяет значительно ослабить паразитные фазовые приращения сигнала самого автокомпенсатора при одновременном уменьшении уровня паразитной частотной модуляции, увеличении быстродействия и сохранении щирокого диапазона модулирующих частот информационным сигналом.