синтезатор сверхвысоких частот
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных и передающих СВЧ-устройствах. Сущность изобретения: синтезатор сверхвысоких частот содержит соединенные последовательно генератор СВЧ, управляемый напряжением (ГУН) с помощью варикапа, первый фильтр (ФНЧ), фазовый детектор (ФД) и опорный генератор (ОГ).
ГУН выполнен с запаздывающей обратной связью с резонансной системой на длинной линии с величиной запаздывания3 Генератор СВЧ выполнен на диоде Ганна или лавинопролетном диоде. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппарате связи, радиолокации, широкополосной технике СВЧ, где требуются высокостабильные, дискретно перестраиваемые по частоте генераторы СВЧ.
В частности, в современных широкополосных радиоприемных устройствах СВЧ используются перестраиваемые генераторы СВЧ с эквидистантно расположенным множеством частот синтезаторы частоты. Известен ряд систем пассивного (косвенного) и активного (прямого) синтеза частот.
В системах активного синтеза фильтрация колебаний синтезируемых частот осуществляется с помощью активного фильтра в виде кольца автоподстройки частоты.
При этом, как правило, частота сигнала преобразуется, например, с помощью многократного деления, в низкочастотный диапазон, где происходит сравнение с частотой кварцевого опорного генератора и вырабатывается напряжение автоподстройки СВЧ-генератора, управляемого напряжением (ГУН).
Системы пассивного синтеза частоты основаны на преобразовании сигнала кварцевого опорного генератора с СВЧ диапазоном путем многократного умножения, либо супергетеродинного переноса частоты с выделением и усилением соответствующих гармоник, либо промежуточных частот.
В СВЧ генераторах метод активного синтеза более предпочтителен, так как обеспечивает более высокое подавление побочных спектральных составляющих и фазовых шумов несущего колебания. Наиболее близким к предлагаемому синтезатору является синтезатор, реализующий принцип активного синтеза с кольцом фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), который принят за прототип.
Синтезатор частот прототип содержит (см. фиг. 4) генератор СВЧ, перестраиваемый напряжением (ГУН) 1 с элементом перестройки варикапом 12 и петлю ФАПЧ в составе делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 14, опорный генератор 10, фазовый детектор (ФД) 9, первый (для отличия от дополнительного ФД в предложении) фильтр нижних частот (ФНЧ) 11, выход которого подключен к управляющему входу варикапа 12 ГУН 1, причем выход генератора 1 является выходом синтезатора. Синтезатор частоты прототип работает следующим образом:
Часть сигнала с ГУН 1 поступает на вход ДПКД 14, где частота делится в N раз, а с его выхода поступает на вход ФД 9, где сравнивается с точностью до фазы с частотой опорного генератора 10 (обычноо5 МГц, правда, в последнее время получают распространение опорные генераторы на диэлектрических резонаторах на частоты до 2 ГГц). При этом на выходе ФД 9 вырабатывается напряжение подстройки ГУН 1, которое через первый ФНЧ 11 поступает на управляющий вход варикапа 12 и осуществляет подстройку ГУН 1 на требуемое значение частоты.
Если коэффициент деления ДПКД равен N, а частота опорного генераторао, то стабилизируемая частота СВЧ генератора 1 синтезатора-прототипа равна
fсвчоN
Перестройка синтезатора-прототипа осуществляется путем изменения коэффициента деления ДПКД 14. Наиболее сложным элементом синтезатора-прототипа является делитель 14.
Так существующая элементарная база позволяет создавать цифровые ДПКД на частотах не выше 1,5-2 ГГц, т. е. предел рабочих частот прототипа ограничен диапазоном ДПКД и не выше 1,5-2 ГГц.
Дальнейшее повышение рабочей частоты прототипа приводит к еще большему усложнению и удорожанию синтезатора, так как требует включения в его состав дополнительных высокостабильных переносчиков частоты 13. Целью настоящего изобретения является расширение диапазона частот и упрощение схемы синтезатора СВЧ.
Для реализации этой цели предлагается синтезатор СВЧ, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, перестраиваемый напряжением (ГУН), фазовый детектор (ФД), первый фильтр нижних частот (ФНЧ) и опорный генератор (ОГ), подключенный ко второму входу ФД.
Согласно изобретению, ГУН выполнен с запаздывающей обратной связью (ЗОС) с резонансной системой на длинной линии с величиной запаздывания3, например, на отрезке волновода, снабженного на обоих торцах короткозамыкателями, внутри которого на удалении четверти длины волны от одного из короткозамыкателей установлен собственно генератор (усилитель) СВЧ отражательного типа с элементом перестройки варикапом, а в другом короткозамыкателе имеется элемент вывода энергии, к выходу которого последовательно подключены развязывающий вентиль, полосовой фильтр с полосойf < 1/3, причем катод генератора (усилителя) СВЧ соединен с волноводом, а к анодной цепи подключен другой ФНЧ на полосу1/3, выход которого подключен ко второму входу ФД, а выход ФД через первый ФНЧ соединен с управляемым входом варикапа ГУН. В известных технических решениях не обнаружены признаки и свойства, сходные с признаками и свойствами, которыми обладает предложенное устройство, поэтому оно обладает новизной и изобретательским уровнем. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 макет предлагаемого генератора; на фиг. 3 СВЧ и результаты деления частоты; на фиг. 4 схема прототипа. Предлагаемый синтезатор СВЧ содержит ГУН СВЧ1, включающий собственно генератор (усилитель) СВЧ1 отражательного типа с резонансной системой на длинной линии, например, отрезке волновода 2 (двойственность записи генератор (усилитель) СВЧ означает, что в предложении может быть использован как генератор, так и усилитель, исходя из того, что генератор является усилителем с обратной связью). Торцы упомянутого резонатора снабжены короткозамыкателями, причем внутри волновода на удалении четверти длины волны от короткозамыкателя 3 установлен собственно диод генератора (усилителя) СВЧ1, например, диод Ганна, а во втором короткозамыкателе 4 имеется элемент связи 5 вывода энергии. К выходу резонатора через развязку 6 (ферритовый вентиль) подключен полосовой фильтр 7 с полосой
f < 1/3
Катод ГУН 1 соединен с волноводом 2, а к его анодной цепи подключен ФНЧ 8 с полосой1/3, выход которого соединен со входом ФД 9.
Ко второму входу ФД 9 подключен опорный генератор 10, а выход ФД9, через ФНЧ 11 подключен к управляющему входу варикапа 12, установленному в волноводе также на расстоянии/4 от короткозамыкателя 3.
ФНЧ 8, ФД 9, опорный генератор 10, ФНЧ 11, варикап 12 образует петлю ФАПЧ.
Из теории систем с ЗОС известно, что они обладают гребенчатой амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) с эквивалентной (через1/3) расстановкой собственных частот, определяемых уравнением
fсвч n”/3, где n целое число из ряда;
3 величина задержки обратной связи.
При использовании волноводного резонатора длиной l,3 определяется двойным проходом сигнала 2l. Как показывают экспериментальные исследования авторов, совпадающие с другими аналогичными работами по диодам Ганна с ЗОС, этот генератор СВЧ1 с ЗОС генерирует периодическую последовательность радиоимпульсов с периодом повторения3, линейчатые составляющие спектра которой эквидистантно отстоят от1/3.
Авторами экспериментально выявлено, что в анодной цепи диода Ганна присутствует продетектированная периодическая последовательность импульсов также с периодом следования3. Выделив с помощью ФНЧ 8 первую гармонику видеопоследовательности, частота которой1 1/3, получаем продукт деления частоты СВЧ радиосигнала генератора (fсвч) на постоянную величину N.
Так авторами частота СВЧ генератора 1 fсвч 36,5 ГГц с резонатором длиной l 172 мм поделена описываемым путем до частоты318 МГц, т.е. приблизительно в 100 раз. При изменениях частоты выходного сигнала генератора (усилителя) СВЧ1 от дестабилизирующих факторов, и в первую очередь от температуры, происходит изменение длины резонатора l, а следовательно3, что линейно (см. фиг.
3) приводит к изменению1. Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подаче питания на анод генератора (усилителя) СВЧ1, он генерирует периодическую последовательность коротких радиоимпульсов, с периодом следования3, пропорциональной двойной длине l волноводного резонатора 2.
С выхода резонатора 2 через элемент связи 5 и ферритовую развязку 6 спектр радиосигнала поступает на полосовой фильтр 7, который пропускает на выход устройства лишь одну составляющую линейчатого спектра автогенератора fсвч.
С анодной цепи генератора (усилителя) СВЧ1, через развязывающий по току конденсатор, снимается периодическая последовательность видеоимпульсов, из которой дополнительный ФНЧ 8 пропускает на первый вход фазового детектора 9 только первую гармонику1, тем самым завершая процесс деления fсвч на постоянную величину N в низкочастотный диапазон1.
На второй вход первого фазового детектора 9 подаетсяо от опорного генератора 10, поэтому фазовый детектор 9 вырабатывает сигнал подстройки, который через первый ФНЧ 11 поступает на управляющий вход частотно-управляющего элемента автогенератора с ЗОС варикап 12.
Предлагаемый синтезатор СВЧ обладает следующими технико-экономическими преимуществами по сравнению с прототипом: существенно более широким (высоким) диапазоном частот. Так, если прототип на существующей элементарной базе реализуем до частот 1,5-2 ГГц, то авторами реально создан макет диапазона 36,5 ГГц, что более чем на порядок выше;
существенно большей функциональной простотой, связанной с отсутствием сложных схем переноса частоты, с отсутствием ДПКД, и одновременным решением с помощью автогенератора с ЗОС функций делителя частоты.
В Ростовском НИИ радиосвязи создан и испытан макет автогенератора с ЗОС в диапазоне 36,5 ГГц, который приведено на фиг. 2, а зависимость изменена поделенной частоты1, от изменения длины (имитация изменения температуры) l приведено на фиг. 3. Испытания макета подтвердили основные возможности и преимущества предлагаемого устройства.
Формула изобретения
1. СИНТЕЗАТОР СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ, содержащий соединенные последовательно генератор сверхвысоких частот, управляемый напряжением, первый фильтр нижних частот, фазовый детектор и опорный генератор, отличающийся тем, что генератор, управляемый напряжением, выполнен с резонансной системой на длинной линии с величиной запаздывания3, например, на отрезке волновода, снабженного на обоих торцах короткозамыкателями, внутри которого на расстоянии четверти длины волны от одного из короткозамыкателей установлен излучающий элемент с элементом перестройки, например варикапом, а в другом короткозамыкателе расположен элемент вывода энергии, к выходу которого подключены последовательно соединенные развязывающий элемент, например вентиль, и полосовой фильтр с полосой пропусканияf < 1/3, причем катод излучающего элемента соединен с корпусом волновода, а к его аноду подключен вход второго фильтра нижних частот с полосой пропускания= 1/3, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, а выход фазового детектора через первый фильтр нижних частот соединен с анодом варикапа. 2. Синтезатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве излучающего элемента в генераторе сверхвысоких частот, управляемом напряжением, использован диод Ганна или лавинопролетный диод.
Источник: http://www.freepatent.ru/patents/2041564
Saelig предлагает генератор СВЧ сигналов с синтезатором частот в форме флеш-накопителя
» Новости » Измерения
12-02-2013
Telemakus » TEG4000-1
Американская дистрибьюторская компания Saelig анонсировала разработанный Telemakus USB генератор СВЧ сигналов TEG4000-1, имеющий габариты флеш-накопителя (Рисунок 1). Созданный на основе синтезатора частот генератор перекрывает полосу частот от 200 МГц до 4 ГГц.
В приборе предусмотрена возможность качания частоты. Стартовая точка свипирования может выбираться с шагом 1 кГц в любой области рабочего диапазона частот.
Новый генератор, по характеристикам фактически не уступающий лабораторным приборам, стоит намного меньше настольных аналогов.
| Рисунок 1. | Генератор СВЧ сигналов TEG4000-1. |
На выходной разъем типа SMA поступает радиочастотная мощность до +1 дБм, уровень которой контролируется и устанавливается с использованием поставляемого ПО для ПК.
Удобный в использовании и простой графический интерфейс пользователя позволяет вводить информацию как в цифровой форме с помощью клавиатуры, так и посредством слайдеров, перемещаемых мышью (Рисунок 2).
Важным преимуществом прибора является возможность лабораторной предустановки конфигурации, сохраняющейся после отключения от ПК, в целях последующего использования настроек при автономной работе с прибором в полевых условиях.
| Рисунок 2. | Вводить информацию можно как в цифровой форме, так и посредством слайдеров. |
TEG4000-1 содержит внутренний высокостабильный кварцевый генератор 10 МГц с температурным уходом не боле ±2 ppm и уровнем фазовых шумов –100 дБн/Гц при отстройке 100 кГц. При напряжении питания 5 В прибор потребляет всего 150 мА.
Устройство содержит флеш-память емкостью 0.5 ГБ для хранения инсталляционных файлов, калибровочных параметров и сопроводительной документации. Интерфейсом прикладных программ обеспечивается совместимость с C++, C#, VB.
NET, Agilent VEE, Lab-View и многими другими средствами разработки.
В комплект приложений для TEG4000-1 включена программа управления автономной генерацией ВЧ сигналов для преобразования частоты или скалярных измерений, а также средства объединения двух или нескольких приборов для организации многосигнальных измерений. В комбинации с другими продуктами Telemakus это позволяет быстро создавать законченные измерительные системы. Заключенный в миниатюрный корпус, похожий на флеш-накопитель генератор TEG4000-1 весит всего 28 г и легко умещается в кармане.
Источник: https://www.rlocman.ru/news/new.html?di=147152
Современная электроника 2015-2
ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
32
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
◆
№ 2 2015
Отечественный синтезатор частот
с высоким быстродействием
и низким уровнем фазовых шумов
В статье описан новый отечественный синтезатор частот
UNO-10M. Представлены результаты измерения его фазовых шумов
и быстродействия. Показано, что по многим параметрам синтезатор
не уступает импортным приборам инструментального класса.
Пётр Бобкович, Андрей Кузменков (Москва)
В
ВЕДЕНИЕ
Современные широкополосные син-
тезаторы частот и генераторы харак-
теризуются следующими основными
параметрами: уровнем фазовых шумов
и побочных спектральных составляю-
щих (ПСС) и скоростью перестройки
по частоте. К синтезатору, использу-
емому в лабораторных исследовани-
ях, предъявляются особенно жёсткие
требования в части уровня фазового
шума и чистоты спектра сигнала. По
этой причине в высококачественных
СВЧ-синтезаторах используют ферро-
резонансные генераторы на железо-
иттриевых гранатах (ЖИГ), которые
в совокупности с параметрами сиг-
нала, полученного умножением часто-
ты опорного кварцевого генератора,
обеспечивают исключительно высо-
кую спектральную чистоту выходно-
го сигнала. Однако из-за физических
ограничений скорость перестройки
ЖИГ-генератора по частоте невысокая.
Для снижения уровня фазовых шумов
применяется синхронизация высо-
кочастотного генератора (реализо-
ванного, например, на диэлектриче-
ском или лейкосапфировом резона-
торе) высокостабильным сигналом,
а широкий диапазон частот обеспечи-
вает гибридный синтез [1, 2]. В пересчё-
те на 10 ГГц, уровень фазовых шумов
лучших СВЧ-генераторов составля-
ет от –120 до –135 дБн/Гц на отстрой-
ке 10 кГц (иногда указывают 20 кГц),
а время перестройки обычно состав-
ляет десятки или сотни миллисекунд.
В таких изделиях, как правило, исполь-
зуется самая передовая и совершенная
элементная база, нередко разработан-
ная самим производителем.
Недостатком приборов с рекордны-
ми характеристиками является очень
высокая цена, которая обусловлена
сложностью разработки, уникально-
стью компонентов и использованием
патентованных технических решений.
Например, один из лучших генерато-
ров компании Keysight Technologies –
N5183B – продаётся в США в базовой
комплектации по цене $25 825 [3]. При
заказе прибора, дооснащённого функ-
цией уменьшения фазовых шумов
UNY, цена увеличивается на $12 396.
Оснащённый всеми функциями, но
без дополнительных принадлежно-
стей, прибор будет стоить около $90
тыс. Следует отметить, что приобре-
тение генератора с расширенными
функциями в России затруднитель-
но из-за экспортных ограничений со
стороны Бюро промышленности и без-
опасности США.
Другой класс синтезаторов – мало-
габаритные приборы (программно-
управляемые модули), которым свой-
ственна высокая скорость перестрой-
ки по частоте за счёт использования
генераторов, управляемых напряжени-
ем (ГУН). Такие синтезаторы реализу-
ют широкий рабочий диапазон частот
(с верхней границей до 20 ГГц), имеют
достаточно низкие для большинства
приложений уровни фазовых шумов
и ПСС и, что очень важно, значитель-
но меньшую стоимость. Эти приборы
предназначены для встраивания в ком-
плексы измерительного оборудования,
например, для тестирования и отлад-
ки промышленной продукции. Недо-
статками малогабаритных синтезато-
ров являются упрощённая регулиров-
ка мощности выходного сигнала (либо
её отсутствие), компромиссные тех-
нологии модуляции, недостаточная
фильтрация гармоник, узкий диапа-
зон ослабления сигнала и некоторые
другие.
Качественные малогабаритные син-
тезаторы частот реализуют уровень
фазовых шумов в пересчёте на 10 ГГц
от –100 до –125 дБн/Гц на отстройке
10 кГц, а время перестройки частоты
составляет десятки или сотни микро-
секунд. По сравнению с прибора-
ми, реализованными с использова-
нием ЖИГ-генераторов, синтезаторы
с ГУН характеризуются более высоким
уровнем фазовых шумов на отстрой-
ке 1…10 МГц.
О
ТЕЧЕСТВЕННЫЙ
СИНТЕЗАТОР
ЧАСТОТ
UNO-10M
В классе малогабаритных приборов
продукция отечественных разработ-
чиков представлена не очень широ-
ко и, в целом, уступает по характери-
стикам лучшим зарубежным аналогам.
Одним из малошумящих малогаба-
ритных синтезаторов частот, произ-
водимых серийно и сопоставимых по
характеристикам с зарубежными кон-
курентами, является UNO-10M – новый
прибор российской компании Адван-
тех [4], который реализует диапазон
выходных частот от 100 кГц до 12 ГГц
с шагом 0,001 Гц (см. рис. 1).
Синтезатор частот UNO-10M выпол-
нен по многокольцевой схеме со сме-
щением частоты в тракте обратной
связи ФАПЧ. В традиционных, одно-
кольцевых, схемах снижение уров-
ня фазовых шумов обеспечивается
высокой частотой сравнения, благо-
даря которой уменьшается коэффи-
циент передачи в петле ФАПЧ. Тем не
менее, за счёт шума, вносимого частот-
но-фазовым детектором (ЧФД), достиг-
нуть уровня фазового шума менее
–(125…130) дБн/Гц на отстройке
10 кГц от несущей 1 ГГц в таких схемах
Рис. 1. Внешний вид синтезатора
частот UNO-10M, габаритные размеры
87,5
×
185
×
26,8 мм
Источник: https://www.soel.ru/upload/magazines/PRINT/SoEl_2015-2/files/assets/basic-html/page-32.html
Лабораторный синтезатор сверхвысокой частоты
Лабораторный синтезатор сверхвысокой частоты
Неувязка стабильности частоты в приемопередающих устройствах была всегда.
На относительно низких частотах (до 100-150 МГц) она решалась применением кварцевых резонаторов, на более больших (400 МГц) – при помощи резонаторов на поверхностно-акустических волнах (ПАВ-резонаторах), для стабилизации же сверхвысоких частот нередко используют диэлектрические резонаторы из высокодобротной керамики либо другие высокодобротные резонаторы [1]. Описанные методы стабилизации при помощи пассивных компонент имеют свои плюсы – простоту и сравнительную дешевизну реализации, но их главный недочет – невозможность сколько-либо значимой перестройки частоты без смены частотозадающего элемента – резонатора. Невозможность резвой электрической перестройки рабочей частоты при сохранении ее стабильности резко ограничивает применение радиоустройств, не позволяя, к примеру, воплотить многоканальность.
Получившие в текущее время обширное распространение интегральные синтезаторы частоты разных забугорных компаний позволяют выполнить резвую электрическую перестройку рабочей, в том числе и сверхвысокой, частоты, сохраняя при всем этом ее высшую стабильность. Такие синтезаторы частоты бывают прямого и косвенного типов [2].
Плюсами прямого синтеза относится высочайшее быстродействие при малом шаге сетки частот, но из-за необходимости фильтрации огромного количества спектральных компонент, вызванных бессчетными нелинейными преобразованиями сигнала, в СВЧ схемах устройства прямого синтеза используются изредка [3].
Для синтеза сверхвысоких частот обычно используют синтезаторы косвенного типа, либо синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ).
Существует два главных типа интегральных синтезаторов с ФАПЧ – программируемые, значения частоты в каких задается наружным микроконтроллером по трехпроводной шине, и непрограммируемые, где коэффициенты деления внутренних делителей частоты фиксированы, а опорная частота задается наружным кварцевым резонатором.
В обычных СВЧ схемах обычно используют непрограммируемые интегральные синтезаторы, к примеру, MC12179 компании Motorola [4], к недочетам которого следует отнести необходимость четкого выбора кварцевого резонатора, что не всегда может быть.
Программируемые синтезаторы частоты, к примеру UMA1020М конторы Philips, лишены этого недочета, а так как в современных системах связи непременно находится управляющий микроконтроллер, выполнить программирование такового синтезатора на техническом уровне нетрудно. Автогенераторы сверхвысокочастотного спектра употребляются в виде функционально законченных модулей, выполненных по гибридной технологии [5].
Примером внедрения обрисованных решений может служить обычной лабораторный синтезатор сверхвысокой частоты, позволяющий с высочайшей точностью генерировать и стабилизировать частоту в спектре 1900 – 2275 МГц, предлагаемый в истинной статье.
Структурная схема спроектированного синтезатора показана на рис. 1., внешний облик – на рис.2. Как видно их схемы, синтезатор состоит из управляемого напряжением генератора (ГУН либо VCO) JTOS-2200 компании Mini-Circuits JTOS-2200, интегрального синтезатора частоты UMA-1020М и микроконтроллера Z86E0208PSC компании Zilog.
Сверхвысокочастотный сигнал, генерируемый ГУНом, поступает на выход лабораторного синтезатора и на вход головного программируемого делителя частоты, входящего в схему UMA-1020М.
Опорный сигнал, вырабатываемый кварцевым генератором JCO-8, поступает на вспомогательный программируемый частотный делитель, также входящий в схему UMA-1020М. Структурная схема UMA-1020М показана на рис. 3, подробную техно документацию на UMA-1020М можно отыскать на веб-сайте фирмы-производителя http://www.
philips. de/. Коэффициенты обоих делителей – головного и вспомогательного – инсталлируются микроконтроллером Z86E0208PSC по трехпроводной (данные DATA, синхронизация CLK и разрешение записи /ENABLE) шине. Структурная схема микроконтроллера Z86E0208PSC показана на рис. 4.
Внутреннего ПЗУ микроконтроллера довольно для программирования 7 разных значений частот и 1-го тестового режима. Определенные значения частот (либо тестовый режим) инсталлируются перемычками на печатной плате лабораторного синтезатора.
Перед загрузкой еще одного значения частоты в интегральный синтезатор микроконтроллер опрашивает порт, присоединенный к перемычкам, и, в согласовании с приобретенными данными, выбирает ту либо иную прошивку. Новое значение частоты устанавливается автоматом при включении питания платы синтезатора.
Метод программирования синтезатора для микроконтроллера Z86E0208PSC показан на рис. 5, листинг программки приведен тут.
Более тщательно о программировании микроконтроллеров компании Zilog можно прочесть в [6, 7], полная техно документация доступна на веб-сайте http://www. zilog. com/.
Особенностью используемого ГУНа JTOS-2200 является спектр напряжения опции: от 0.5 до 5 Вольт. Другими словами, если значение напряжения опции будет меньше 0.5 Вольт, фирма не гарантирует устойчивую генерацию колебаний. Проведенные опыты проявили правдивость данного утверждения.
Принцип функционирования ФАПЧ, также методика расчета фильтра оборотной связи (Loop filter), достаточно обширно и не один раз рассмотрены в технической литературе [8], потому в данной статье не рассматривается.
Существует несколько безвозмездно распространяемых программ, позволяющих рассчитывать характеристики фильтров оборотной связи, их можно отыскать в Вебе на http://www. analog. com/ либо на www. national. com.
Для контроля корректности работы схемы синтезатора на плате установлен светодиод, свечение которого гласит об ошибке синтеза частоты. При корректной работе синтезатора светодиод пылать не должен, но эта функция может быть отключена программно.
Себестоимость собранного лабораторного синтезатора не превосходит 30 баксов.
В качестве удешевления предлагаемого устройства можно предложить два пути: во-1-х, можно соединить кварцевый источник опорных колебаний синтезатора и микроконтроллера, при всем этом нужно держать в голове, что наибольшая тактовая частота Z86E0208PSC составляет 8 МГц, в то время как для UMA-1020М она может быть в границах 5-40 МГц. Во-2-х, ГУН можно создать без помощи других на транзисторах либо усилительных интегральных микросхемах, используя методику, приведенную в [9, 10].
Перечень использованной литературы
Диэлектрические резонаторы/ М. Е. Ильченко, В. Ф. Взятышев, Л. Г. Гассанов и др.; Под ред. М. Е. Ильченко. – М.: Радио и связь, 1989. – 328 с.: ил. – ISBN 5-256-00217-1. Пестряков А. В. Интегральные схемы для устройств синтеза и стабилизации частот// Chip News. – 1996. — № 2. Лобов В., Стешенко В., Шахтарин Б.
Цифровые синтезаторы прямого синтеза частот// Chip News. – 1997. — № 1. Wireless Semiconductor Solutions. Motorola. Device Data – Vol.1. DL 110/D, Rev 9. VCO Designer’s Handbook 2001. VCO/HB-01. Mini-Circuits. Гладштейн М. А. Микроконтроллеры семейства Z86 конторы Zilog. Управление программера. — М.: ДОДЭКА, 1999, 96 с.
The Z8 Application Note Handbook. Zilog. DB97Z8X0101. Стариков О. Способ ФАПЧ и принципы синтезирования высокочастотных сигналов//Chip News. – 2001. — № 6. Microwave Oscillator Design. Application Note A008// Hewlett-Packard Co. — publication number 5968-3628E (6/99) Shveshkeyev P. A VCO Design for WLAN Applications in the 2.4 to 2.
5 GHz ISM Band//Applied Microwave&Wireless. – 2000. — №6. – P.100-115.
Источник: http://bloggoda.ru/2017/10/06/laboratornyj-sintezator-sverxvysokoj-chastoty/
Основные характеристики синтезаторов частоты. Структурные схемы синтезаторов частоты. Узлы синтезаторов частоты. Особенности конструирования синтезаторов СВЧ диапазона. Простой лабораторный синтезатор сверхвысокой частоты. Разработка синтезаторов частот для современных радиолокационных систем. Двухдиапазонный синтезатор СВЧ на 1…3800 МГц
непрерывно сопоставляется с эталонной частотой fэ (или с другой частотой, получаемой из fэ в ДОЧ) при помощи системы ЧАП или ФАП.
Рассмотрим примеры структурных схем СЧ, в которых реализуются оба способа синтеза частот.
В схеме СЧ на рис.1 прямой синтез используется для формирования сеток ДМЧ. Высокостабильные колебания ЭГ с частотой fэ=10 МГц последовательно преобразуются в делителях частоты ДЧ1, … , ДЧЗ в сигналы, возбуждающие соответствующие генераторы гармоник ГГ1, … , ГГЗ.
На выходе каждого ГГ возникает широкий спектр ДМЧ с шагом сетки соответственно Fc1=l,0 МГц, Fc2=0,1 МГц, Fc3=0,01 МГц. В каждом из селекторов гармоник СГ1, .. СГЗ можно выделить любую из обозначенных на схеме десяти составляющих грубой, средней и мелкой сеток.
Далее их частоты используются для суммирования и образования
|
Рис.1. Рис. 2. Рис. 1. Структурная схема синтезатора частоты с. использованием прямого и непрямого синтеза Рис. 2. Структурная схема декадного синтезатора частоты |
выходного колебания СЧ по методу непрямого синтеза с помощью кольца ФАП. Тракт ФАП содержит ПГ, смесители СМ1 и СМ2, полосовые фильтры ПФ1 и ПФ2, фазовый дискриминатор (ФД) и узкополосный фильтр нижних частот (ФНЧ), который подавляет побочные составляющие мелкой сетки.
В декадном синтезаторе, построенном по методу прямого синтеза (рис.2), наборные устройства НУ1, … НУЗ, смесители СМ1, … ,СМЗ, полосовые фильтры ПФ1, …
, ПФЗ и делители частоты ДЧ2 и ДЧЗ выполнены совершенно одинаковыми для каждой декады.
В ДОЧ из колебания ЭГ формируется опорное множество частот, содержащее в данном примере 10 тщательно отфильтрованных компонент, расположенных в диапазоне 18,0 . .. 19,0 МГц с шагом ЧДО F =
= 0,1 МГц. Выбирая с помощью НУ из ДОЧ соответствующие значения частот для каждой декады, получаем на выходе ФНЧ, включенного после смесителя СМ, любое из 1000 синтезируемых колебаний в диапазоне 3,000 . . . 4,000 МГц с шагом 1 кГц. Умножитель частоты (УЧ) переносит это ДМЧ в диапазон 30,00 … 40,00 МГц с шагом Fc= 10 кГц.
Рис.3. Структурная схема цифрового синтезатора частоты
В цифровом СЧ (ЦСЧ), показанном на рис.3, используются элементы цифровой схемотехники.
По существу он представляет собой систему импульсной ФАП с импульсно-фазовым дискриминатором (ИФД), в высокочастотном тракте которой находится делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД).
На правый по схеме вход ИФД поступает преобразованное в импульсы колебание от ЭГ и ДЧ с высокостабильной частотой квантования Fc=100 кГц.
В стационарном синхронном режиме на выходе ПГ с помощью кольца ИФАП устанавливается колебание, частота которого fПГ строго кратна частоте квантования, т. е. fПГ =NFC. Выбор нужного колебания из ДМЧ достигается грубой установкой частоты ПГ и соответствующим изменением коэффициента деления N делителя ДПКД, который в схеме рис.3 получает 100 дискретных значений (от 301 до 400).
Чтобы уменьшить шаг сетки ДМЧ при заданном диапазоне рабочих частот ЦСЧ, необходимо уменьшать частоту квантования Fc и увеличивать коэффициент деления N делителя ДПКД.
Для сохранения на выходе ПГ заданного подавления D побочных составляющих уплотненного ДМЧ приходится увеличивать инерционность ФНЧ в кольце импульсной ФАП (рис.3), что приводит к затягиванию времени переходного процесса tП при быстрой смене коэффициента деления N.
Одним из способов ослабления противоречия между требованиями большого уплотнения ДМЧ и быстродействием СЧ является переход от однокольцевых ФАП (рис.3) к многокольцевым.
Синтезатор, структурная схема которого представлена на рис.4, содержит два каскадно включенных кольца ФАП. Требуемый объем ДМЧ заполняется тремя сетками частот, которые набираются из колебаний трех идентичных ЦСЧ1 . . . ЦСЧЗ с использованием двух делителей частоты ДЧ1 и ДЧ2. Все три ЦСЧ
Рис.4. Структурная схема синтезатора частоты с каскадным включением колец
Источник: https://vunivere.ru/work53898
Загрузка...