Синтезатор частот

Полезная модель относится к радиотехнике и технике связи и может быть использовано при синтезе частот. Задачей предлагаемого технического решения является повышение быстродействия синтезатора при сохранении его спектральных характеристик. Синтезатор частот содержит соединенные в петлю фазовой автоподстройки частоты, подстраиваемый генератор, смеситель, тракт промежуточной частоты, частотно-фазовый детектор и петлевой фильтр, а также амплитудный детектор, датчик мелкой сетки частот, датчик крупной сетки частот, блок управления частотой, элемент сброса, два коммутатора, генератор тока, резистивную матрицу и преобразователь частоты.

Полезная модель относится к радиотехнике и технике связи и может быть использовано при синтезе частот.

Известен синтезатор частот [1], который содержит соединенные в петлю фазовой автоподстройки частоты подстраиваемый генератор, смеситель, тракт промежуточной частоты, частотно-фазовый детектор и петлевой фильтр, а также амплитудный детектор, датчик мелкой сетки частот, датчик крупной сетки частот, блок управления частотой, элемент сброса, два коммутатора и генератор тока. Этот синтезатор частот наиболее близок по технической сущности к предлагаемому синтезатору и выбран в качестве прототипа.

Однако, в известном синтезаторе частот результирующая выходная частота f_вых определяется как сумма выходных частот датчика мелкой сетки частот f_мс и датчика крупной сетки частот f_кс. В этом случае номинал выходной частоты датчика мелкой сетки частот и его диапазон перестройки, практически, на два порядка меньше, чем на выходе синтезатора. Быстродействие синтезатора определяется, в основном, временем перестройки датчика крупной сетки частот, поскольку его полоса пропускания меньше, чем выходного кольца синтезатора. Учитывая, что выходная частота f _кс датчика крупной сетки частот близка по номиналу и по диапазону перестройки f_кс, соответственно, к

выходной частоте синтезаторе f_вых и его диапазону перестройки f_вых, трудно обеспечивать повышение быстродействия синтезатора, особенно с ростом его номинала частот и диапазона перестройки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение быстродействия синтезатора при сохранении его спектральных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что в синтезатор частот, содержащий подстраиваемый генератор, смеситель, тракт промежуточной частоты с управляемой полосой пропускания, частотно-фазовый детектор, петлевой фильтр, амплитудный детектор, датчик мелкой сетки частот, датчик крупной сетки частот, блок управления частотой, элемент сброса, два коммутатора, генератор тока, введены преобразователь частоты и резистивная матрица.

На фиг.1 представлена структурная схема предложенного устройства, на фиг.2 представлено графического изображение алгоритма работы синтезатора частот по первому варианту.

Синтезатор частот содержит подстраиваемый генератор 1, смеситель 2, тракт 3 промежуточной частоты, выполненный в виде фильтра 4 нижних частот и первого коммутатора 5, частотно-фазовый детектор 6, петлевой фильтр 7, амплитудный детектор 8, датчик 9 мелкой сетки частот (ДМСЧ), датчик 10 крупной сетки частот (ДКСЧ), блок 11 управления частотой, элемент 12 сброса, второй коммутатор 13, генератор 14 тока, а также введенные преобразователь 15 частоты и резистивную матрицу 16.

Преобразователь 15 частоты, в первом варианте, выполнен в виде формирователя импульсов и включен между выходом датчика 10 крупной сетки частот и вторым входом смесителя 2. Резистивная матрица 16 - между вторым выходом блока 11 управления частотой и выходом генератора 14 тока, ее первый выход подключен ко второму входу подстраиваемого генератора 1, а ее второй выход подключен к управляющему входу преобразователя 15 частоты - формирователя импульсов.

В установившемся режиме после завершения процесса перестройки на выходе амплитудного детектора 8 присутствует сигнал. Первый коммутатор 5 обеспечивает широкую полосу пропускания тракта 3 промежуточной частоты путем переключения частоты среза фильтра 4 нижних частот. При широкополосной петле фазовой автоподстройки частоты быстродействие на выходе синтезатора определяется временами перестройки ДМСЧ 9 и ДКСЧ 10. Номинал выходной частоты датчика 9 мелкой сетки частот, и его диапазон перестройки, практически, на два порядка меньше, чем на выходе синтезатора, поэтому быстродействие синтезатора определяется, в основном, временем перестройки датчика 10 крупной сетки частот. Для повышения быстродействия синтезатора предлагается выбирать номинал частот ДКСЧ 10 в несколько раз ниже, а по перестройке - почти на порядок меньше, чем требуется на выходе синтезатора. В этом случае время перестройки датчика 10 крупной сетки частот, выполненного, например, как петля фазовой автоподстройки частоты, может

быть уменьшено. Для приведения диапазона ДКСЧ 10 к заданному диапазону синтезатора на выход ДКСЧ 10 подключен преобразователь 15 частоты в виде формирователя импульсов, который обеспечивает работу смесителя 2 на гармониках ДКСЧ 10, т.е. в этом случае

f_вых=f _мс+nf_к,

где n - порядковый номер гармоники сигнала ДКСЧ 10 от n_min до n_max через 1; f_к - выходная частота ДКСЧ 10 в предлагаемом устройстве.

Путем смены нескольких соседних гармоник обеспечивается непрерывное перекрытие заданного диапазона синтезатора по ниже приведенному алгоритму.

Выбираем по второму выходу блока 11 управления частотой код, соответствующий f_{к min} т.п. Старшими разрядами этого кода формируем команду на втором выходе резистивной матрицы 16, которая выполняет настройку колебательного контура формирователя импульсов на гармонику n _min, и определяем работу смесителя 2 на гармонике n _min (путем выбора номинала резистора в резистивной матрице 16, который определяет грубую установку управляющего напряжения на втором входе подстраиваемого генератора 1 и, соответственно, выбирает необходимый поддиапазон синтезатора). Перебором кодов по первому выходу блока 11 управления частотой, производим перестройку датчика 9 мелкой сетки частот с шагом F_ш от f_{мс min} до f_{мс max} , что обеспечивает частотное перекрытие на выходе синтезатора от f_{вых min} до

промежуточного значения f_{вых А}. Код на втором выходе блока 11 управления частотой изменяем так, чтобы на втором входе смесителя 2 установилось значение частоты, равное (n_min×f _{к min})+f_мс, где интервал перестройки датчика 9 мелкой сетки частот f_мс=f_{мс max} -f_{мс min} равен шагу ДКСЧ 10 F _шкс. По первому выходу блока 11 управления частотой повторяем перебор значений частот ДМСЧ 9, от f_{мс min} до f_{мс max}, что обеспечивает перекрытие на выходе синтезатора от f_выхА до f _выхВ. При неизменном значении n_min повторим выше описанные манипуляции по управлению до установления на втором входе смесителя 2 частоты n_min ×f_{к max}. Таким образом, на выходе синтезатора получим неразрывное частотное перекрытие с заданным шагом от f_{вых min} до значения частоты, которое обозначим как f_вых1.

Далее, старшими разрядами кода по второму выходу блока 11 управления частотой формируем команду на втором выходе резистивной матрицы 16, которая выполняет настройку колебательного контура формирователя импульсов на гармонику n_min+1, и выбираем новое значение резистора в резисторной матрице 16, которое формирует грубую установку нового значения управляющее напряжение на втором входе подстраиваемого генератора 1, определяющего поддиапазон работы смесителя 2 на гармонике n_min+1. Перебирая по второму выходу блока 11 управления частотой значения кодов, соответствующих новым частотам от f¹_{к min} до f¹ _{к max} с шагом F_шкс, и для

каждого из указанных значений, повторяя набор кодов по первому выходу блока 11 управления частотой, определяющих выбор частот датчика 9 мелкой сетки частот от f_{мс min} до f_{мс max}, обеспечиваем перекрытие на выходе синтезатора от f_вых1 до f _вых2. Новое значение частоты ДКСЧ 10 удовлетворяет равенству (n_min×f_{к max} )+f_мс+F_ш=(n _min+1)f¹_{к min} .

Допустим, например, что для перекрытия заданного диапазона синтезатора от f_{вых min} до f _{вых max} достаточно обеспечивать работу смесителя 2 на трех гармониках, поэтому будем считать гармонику с порядковым номером (n_min+2)=n_max. Произведя старшими разрядами кода частоты по второму выходу блока 11 управления частотой формирование команды на втором выходе резистивной матрице 16, которая выполняет настройку колебательного контура формирователя импульсов на гармонику n_min+2, и выбор следующего значения резистора в резистивной матрице 16, обеспечим работу смесителя 2 на указанной гармонике. Далее, повторим перебор по второму выходу блока 11 управления частотой значения кодов, соответствующих новым частотам от f² _{к min} до f²_{к mаx} и для каждого из указанных значений, выполним перебор кодов по первому выходу блока 11 управления частотой, определяющих выбор частот датчика 9 мелкой сетки частот с шагом F _ш от f_{мс min} до f _{мс max}, обеспечим перекрытие на выходе синтезатора от f _вых2 до f_{вых max}. Выбор новых значений частот ДКСЧ 10 определяется равенством (n_min +1)×f¹_{к max} +f_мс+F_ш=(n _min+2)f²_{к min} .

Таким образом, при работе предлагаемого устройства осуществляется непрерывная перестройка синтезатора с заданным шагом F _ш, определяемым ДМСЧ 9. Поскольку выходной диапазон подстраиваемого генератора 1 разделяется с помощью резистивной матрицы 16 на поддиапазоны, время перестройки выходного кольца синтезатора также уменьшается, и, следовательно, результирующее быстродействие предлагаемого устройства повышается по сравнению с прототипом.

Во втором варианте предлагаемого устройства преобразователь 15 частоты выполнен в виде делителя частоты со сменными коэффициентами деления и включен между выходом датчика 10 крупной сетки частот и вторым входом смесителя 2. Резистивная матрица 16 - между вторым выходом блока 11 управления частотой и выходом генератора 14 тока, ее первый выход подключен ко второму входу подстраиваемого генератора 1, а ее второй выход подключен к управляющему входу преобразователя 15 частоты - делителя частоты со сменными коэффициентами деления.

Такой вариант устройства целесообразно использовать, если, например, для минимизации габаритов, применять датчик 10 крупной сетки частот, построенный, как петля фазовой автоподстройки частоты, и работающий на частотах выше выходных частот синтезатора. Приведение этих частот к выходному диапазону синтезатора предлагается выполнять преобразователем 15 частоты в виде делителя частоты со сменными коэффициентами деления, т.е.

f_вых =f_мс+f_к/m,

где m - сменный коэффициент деления делителя частоты, изменяемый от m_min до m_max через 1.

Включение делителя частоты на выходе датчика 10 крупной сетки частот со сменными значениями коэффициента деления позволяет уменьшить исходный частотный диапазон ДКСЧ 10, что способствует уменьшению его времени перестройки.

Рассмотрим для второго варианта устройства алгоритм обеспечения непрерывного перекрытия заданного диапазона синтезатора.

Положим, что для выполнения перекрытия всего диапазона синтезатора достаточно иметь два сменных коэффициента деления m_min=m и m _ma=m+1.

Выбираем по второму выходу блока 11 управления частотой код, соответствующий f_{к min}. Старшими разрядами этого кода выбираем номинал резистора в резистивной матрице 16, который определяет грубую установку управляющего напряжения на втором входе подстраиваемого генератора 1 и

формируем команду по второму выходу резистивной матрицы 16 на включение в преобразователе - делителе 15 коэффициента деления m_max=m+1. Путем перебора кодов по первому выходу блока 11 управления частотой, производим перестройку датчика 9 мелкой сетки частот от f_{мс min} до f _{мс max}, что обеспечивает частотное перекрытие на выходе синтезатора от f_{вых min} до промежуточного значения f_выхА. Здесь приняты такие же обозначения, как при описании работы устройства по первому варианту. Код на втором выходе блока 11 управления частотой изменяем так, чтобы на втором входе смесителя 2 установилось значение частоты равное f_{к min}/(m+1)+f_мс. По первому выходу блока 11 управления частотой повторяем перебор значений частот с шагом F _ш, вырабатываемых ДМСЧ 9, от f_{мс min} до f_{мс max}, что обеспечивает перекрытие на выходе синтезатора от f_выхА до f _выхВ. При неизменном значении коэффициента деления m+1 повторим выше описанные манипуляции по управлению до установления на втором входе смесителя 2 частоты f_{к max} /m+1. Таким образом, на выходе синтезатора получим неразрывное частотное перекрытие с заданным шагом от f_{вых min} до значения частоты, которое обозначим как f _вых1.

Далее, старшими разрядами кода по второму выходу блока 11 управления частотой выбираем новое значение резистора в резисторной матрице 16, которое определяет грубую установку нового значения управляющее напряжение на втором входе подстраиваемого генератора 1,

определяющего новый поддиапазон его работы, и формируем команду по второму выходу резистивной матрицы 16 на включение в преобразователе-делителе 15 коэффициента деления m_min=m. Перебирая по второму выходу блока 11 управления частотой значения кодов, соответствующих новым значениям частот ДКСЧ 10 от f¹ _{к min} до f¹_{к max} с шагом F_шкс, и для каждого из указанных значений, повторяя набор кодов по первому выходу блока 11 управления частотой, определяющих выбор частот датчика 9 мелкой сетки частот с шагом F_ш от f_{мс min} до f_{мс max}, обеспечиваем перекрытие на выходе синтезатора от f_вых1 до f _{вых max}.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по второму варианту осуществляется непрерывная перестройка синтезатора с заданным шагом F_ш.

Поскольку выходной диапазон подстраиваемого генератора 1 разделяется с помощью резистивной матрицы 16 на поддиапазоны, время перестройки выходного кольца синтезатора также уменьшается, и, следовательно, результирующее быстродействие предлагаемого устройства повышается по сравнению с прототипом.

Источник информации

1. Патент №2212756, Н03L 7/16. Синтезатор частот. А.И.Беляков, С.X.Кеслер.

Синтезатор частот, содержащий соединенные в петлю фазовой автоподстройки частоты подстраиваемый генератор, смеситель, тракт промежуточной частоты, частотно-фазовый детектор и петлевой фильтр, а также амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом тракта промежуточной частоты, датчик мелкой сетки частот, выход которого подключен ко второму входу частотно-фазового детектора, датчик крупной сетки частот, выход которого соединен со вторым входом смесителя, блок управления частотой, первый выход которого соединен со входом датчика мелкой сетки частот, второй выход - со входом датчика крупной сетки частот, элемент сброса, вход которого подключен к третьему выходу блока управления частотой, а выход элемента - к выходу петлевого фильтра, при этом тракт промежуточной частоты состоит из фильтра нижних частот и первого коммутатора, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - с фильтром нижних частот, второй коммутатор и генератор тока, выход которого соединен с выходом петлевого фильтра через второй коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, отличающийся тем, что в него введены преобразователь частоты и резистивная матрица, причем преобразователь частоты в виде формирователя импульсов включен между выходом датчика крупной сетки частот и вторым входом смесителя, резистивная матрица - между вторым выходом блока управления частотой и выходом генератора тока, а ее первый выход подключен ко второму входу подстраиваемого генератора, второй выход - к управляющему входу преобразователя-формирователя импульсов, причем преобразователь частоты в виде делителя частоты со сменными коэффициентами деления включен между выходом датчика крупной сетки частот и вторым входом смесителя, резистивная матрица - между вторым выходом блока управления частотой и выходом генератора тока, а ее первый выход подключен ко второму входу подстраиваемого генератора, второй выход - к управляющему входу преобразователя-делителя частоты со сменными коэффициентами деления.