СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С КОММУТАЦИЕЙ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ

Данная полезная модель относится к области радиосвязи, радиотехнике.
На сегодняшний день известны синтезаторы частот косвенного типа с применением двухкольцевых структур, обзор которых приведен в источнике Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике и радиосвязи. М.: Радио и связь, 1991. 265 с. Наиболее близким аналогом (прототипом) данной полезной модели является синтезатор частот, структурная схема и описание которого описано в книге: Манассевич В., Синтезаторы частот (Теория и проектирование). Пер. с англ. / Под ред. А.С.Галина. М.: Связь, 1979. 384 с. Данный синтезатор частот содержит микроконтроллер, опорное кольцо и главное кольцо, содержащее опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, импульсно-фазовый детектор, фильтр низких частот, аналоговый сумматор, управляемый генератор, частотный смеситель, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, электронный потенциометр.
Недостатком данного устройства является высокий уровень спектральной плотности мощности фазовых флуктуации синтезированного сигнала.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества формируемого сигнала за счет снижения уровня спектральной плотности мощности фазовых флуктуации синтезированного сигнала.
Технический результат достигается тем, что в двухкольцевом синтезаторе частот, состоящем из микроконтроллера, главного кольца, в которое входит электронный потенциометр и последовательно соединенные опорный генератор, первый делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый импульсно-фазовый детектор, первый фильтр низких частот, первый управляемый генератор, выход которого соединен с одним из входов смесителя, частотный смеситель, третий фильтр низких частот и первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом первого импульсно-фазового детектора; и опорного кольца, содержащего последовательно соединенные второй делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, второй импульсно-фазовый детектор, второй управляемый генератор, выход которого соединен со вторым входом смесителя главного кольца и входом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого в свою очередь соединен со вторым входом второго импульсно-фазового детектора, согласно полезной модели в главном кольце первый импульсно-фазовый детектор дополнительно снабжен шиной управления, соединенной с одним из входов микроконтроллера, и добавлен компаратор, который имеет два входа: один вход соединен с выходом электронного потенциометра, второй вход соединен с выходом первого фильтра низких частот, выход компаратора соединен с другим входом микроконтроллера.
Технический результат достигается за счет того, что отсутствие аналогового сумматора, по сравнению с прототипом, приводит к сокращению источников фазового шума, и происходит снижение уровня спектральной плотности мощности фазовых флуктуации выходного сигнала. За счет добавления компаратора и управляющей шины сокращается влияние нелинейных характеристик элементов главного кольца, что также способствует улучшению качества выходного сигнала.
На фиг.1 представлена структурная схема синтезатора частот с коммутацией структуры и параметров.
Синтезатор частот содержит последовательно соединенные опорный генератор ОГ (1), первый делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД1 (2), первый импульсно-фазовый детектор ИФД1 (3), соединенный с микроконтроллером МК (11) с помощью управляющей шины (17); первый фильтр низких частот ФНЧ1 (4), первый управляемый генератор ГУН1 (5), выход которого соединен с одним из входов смесителя (10); выход смесителя (10) соединен с входом третьего фильтра низких частот ФНЧ3 (9); выход ФНЧ3 соединен с первым делителем частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД1 (8), выход которого соединен со вторым входом первого импульсно-фазового детектора ИФД1 (3); последовательно соединенные второй делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД2 (12), второй импульсно-фазовый детектор ИФД2 (13), второй фильтр низких частот ФНЧ2 (14), второй управляемый генератор ГУН2 (15), выход которого соединен со вторым входом смесителя (10) и входом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД2 (16), выход которого соединен со вторым входом второго импульсно-фазового детектора ИФД2 (13). Микроконтроллер МК (11) соединен с электронным потенциометром ЭП (6) и управляющими входами первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления (8) и (16). Один вход компаратора К (7) соединен с выходом электронного потенциометра ЭП (6), второй - с выходом первого фильтра низких частот (4); выход компаратора К (7) соединен с другим выходом микроконтроллера (11).
Устройство работает следующим образом.
С опорного генератора (1) сигнал поступает на вход ДФКД2 (12) опорного кольца, а с выхода микроконтроллера МК (11) - на вход ДПКД2 (16), откуда через второй импульсно-фазовый детектор (13), второй фильтр низких частот (14) сигнал поступает на вход второго управляемого генератора (15), где формируется сетка частот с крупным шагом для главного кольца, после чего сформированный сигнал поступает в смеситель (10). Также сигнал с опорного генератора ОГ (1) поступает на вход первого делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД1 (2) главного кольца. Сигнал с выхода первого делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД1 (2), через первый импульсно-фазовый детектор ИФД1 (3) и первый фильтр низких частот ФНЧ1 (4) поступает на компаратор (7). Электронный потенциометр ЭП (6) формирует напряжение, величина которого управляется микроконтроллером МК (11) и которое сравнивается с напряжением на выходе первого фильтра низких частот ФНЧ1 (4) в компараторе (7). Задавая напряжение электронного потенциометра ЭП (6) посредством микроконтроллера МК (11), можно изменять напряжение на выходе компаратора (7). При равенстве сигналов с выхода электронного потенциометра (6) и с выхода первого фильтра низких частот (4) появляется сигнал на выходе компаратора (7). После появления сигнала на выходе компаратора (7) сигнал поступает на микроконтроллер МК (11), после чего микроконтроллер генерирует сигнал управления и передает его по управляющей шине (17) на первый импульсно-фазовый детектор ИФД1 (3). Происходит включение первого импульсно-фазового детектора ИФД1 (3), что приводит к естественному захвату частот. Данный режим исключает применение активных элементов в канале управления, тем самым сокращается число элементов, которые вносят свой вклад в формирование итоговой спектральной плотности мощности фазовых флуктуации формируемого сигнала.
Особенностью модели является возможность изменять величину тока импульсно-фазового детектора ИФД1 (3) и тем самым сокращать влияние нелинейных характеристик некоторых элементов главного кольца.
Использование предлагаемых технических решений позволяет создать прецизионные синтезаторы частоты с низким уровнем фазовых флуктуации, работающих в широком диапазоне частот.
Экспериментально установлено, что уровень спектральной плотности мощности фазовых флуктуации выходного сигнала предлагаемой модели ниже, чем уровень спектральной плотности мощности фазовых флуктуации выходного сигнала прототипа, на 20 дБ и что уровень спектральной плотности мощности фазовых флуктуации остается постоянным во всем диапазоне синтезируемых частот, что возможно благодаря изменению тока импульсно-фазового детектора.
На сегодняшний день ряд зарубежных компаний (Analog Devices, National Semiconductor, Hittite) поставляют микросхемы, в которых реализованы: делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, импульсно-фазовый детектор с коммутируемой структурой и параметрами, делитель частоты с переменным коэффициентом деления. Компаратор реализуется с помощью операционного усилителя, также имеются готовые микросхемы генераторов, управляемых напряжением, электронных потенциометров, смесителей частоты. Используя данные микросхемы, можно изготовить предлагаемое устройство.