Проектирование радиопередающих устройств с угловой модуляцией, страница 7

Колебание генератора, управляемого напряжением (ГУН), путем арифметической операции деления приводится к сигналу с частотой, равной шагу сетки . Деление осуществляется делителем с переменным коэффициентом деления (ДПКД). В устройстве сравнения, которым является импульсно-фазовый детектор (ИФД), фаза преобразованного по частоте сигнала ГУН сравнивается с фазой сигнала с частотой .  Сигнал с частотой   поступает с выхода  делителя с фиксированным коэффициентом деления от высокостабильного опорного автогенератора. В случае различия сигналов с частотами  и   по фазе детектор вырабатывает сигнал ошибки, который подстраивает ГУН, обеспечивая равенство фаз с точностью до постоянной величины.

Рис. 2.3. Структурная схема синтезатора, построенного по методу обратного синтеза

Коэффициент деления  ДПКД задается командой управления (КУ). Сигнал ошибки с выхода ИФД через фильтр типа ФНЧ поступает на электронно-управляемый реактивный элемент ГУН.

Основным достоинством синтезаторов, построенных по методу обратного синтеза, является  значительно меньший уровень побочных продуктов на выходе синтезатора в сравнении с прямым методом синтеза. В основном это гармоники рабочей частоты и фазовые шумы ГУН и опорного автогенератора. Гармоники в спектре выходного сигнала легко устраняются фильтрами ГУН. Для уменьшения уровня шумов на выходе синтезатора используют многокольцевые системы ФАПЧ. Это усложняет схему синтезатора. Разработка  синтезаторов с многокольцевыми системами ФАПЧ выходит за рамки настоящего пособия.  Сведения о многокольцевых системах ФАПЧ можно найти в [2, 11] и других источниках.

Синтезаторы, построенные по методу обратного синтеза,  широко используют цифровую элементную базу. По этой причине их также называют цифровыми, хотя, по существу, они являются смешанными, поскольку ГУН чаще всего является аналоговым устройством.

Промышленностью разработано большое количество микросхем, реализующих метод обратного синтеза. Их потолок по частоте достигает сотен или тысяч МГц. Ограничение по максимальной рабочей частоте вызвано ограниченным быстродействием ДПКД.

Увеличить максимальную рабочую частоту синтезаторов, реализующих метод обратного синтеза, можно за счет уменьшения частоты сигнала, поступающего на ДПКД.

 На рис.2.4 показана схема  построения синтезатора по методу обратного синтеза с понижением частоты сигнала ГУН  с помощью смесителя. Достоинством этого способа повышения частотного диапазона синтезатора является сохранность шага сетки частот, а недостатком – появление двух аналоговых блоков: смесителя и блока умножения частоты, который формирует частоту смещения. Рабочая частота на выходе синтезатора будет определяться соотношением

.

Рис. 2.4. Структурная схема синтезатора обратного синтеза с понижением частоты ГУН с помощью смесителя

На рис. 2.5 показана схема  построения синтезатора по методу обратного синтеза с понижением частоты сигнала, поступающего на ДПКД, с помощью делителя с фиксированным коэффициентом деления.

Достоинством этого способа повышения частотного диапазона синтезатора является отсутствие дополнительных аналоговых каскадов. Однако если не принимать дополнительных мер,  шаг сетки  увеличится в  раз, где - фиксированный коэффициент деления частоты ГУН.   Для сохранения шага сетки на исходном уровне частоту сигнала опорного генератора следует тоже дополнительно поделить на . С этой целью фиксированный коэффициент деления частоты опорного генератора делают равным (). Частота сравниваемых сигналов на ИФД будет равна , а рабочая частота на выходе синтезатора будет определяться соотношением

.

Следует заметить, что в этом случае значительно снижается скорость перестройки синтезатора с одной частоты сетки частот на другую, а также ухудшается подавление шумов ГУН, которые проникают в спектр выходного колебания синтезатора.

Рис. 2.5. Структурная схема синтезатора обратного синтеза с понижением частоты ГУН с помощью делителя

Совместить быстродействие, малый шаг сетки частот, высокую частоту выходного колебания (до нескольких ГГц) и приемлемые шумовые свойства удается в синтезаторах косвенного синтеза с ФАПЧ, построенных по современным структурным схемам:

- в схеме с двухмодульным предварительным делителем частоты и поглощающим счетчиком;

- в схеме с делителем с дробно-переменным коэффициентом деления частоты.

Микросхемы ФАПЧ-синтезаторов именно таких типов выпускаются в настоящее время промышленностью [11], см. табл. 2.2. Некоторые модели ФАПЧ-синтезаторов содержат встроенный ГУН на кристалле, для остальных требуется подключение внешнего ГУН. Кроме того, для получения законченного устройства необходим микроконтроллер, устанавливающий частоту и режим работы синтезатора.

Таблица 2.2

Параметр	ADF4111	ADF4360-7	ADF4252
Количество каналов	1	1	2 (ВЧ, СВЧ)
Диапазон рабочих частот, МГц	80…1400	175…1800	50…1200, 250…3000
Встроенный ГУН на кристалле	Нет	Есть	Нет
Тип ДПКД	Целочислен­ный (Integer)	Целочислен­ный (Integer)	Дробный (Fractional)
Частота сравнения, МГц	До 55	До 8
Частота опорного генератора, МГц	5…100	До 250	До 250
Напряжение питания, В	2,7…5.5	3,3	2,7…3,3
Потребляемая мощность, мВт	22	110	52

2.2. Фазовые модуляторы

В современных передатчиках фазовую модуляцию осуществляют на малом уровне мощности, поэтому фазовые модуляторы вводят в состав возбудителей передатчика. Малая мощность фазовых модуляторов позволяет использовать в них весь ассортимент впускаемой элементной базы.

Фазовую модуляцию можно выполнить прямым или косвенным методами.

Прямой метод ФМ

При прямом методе ФМ используются устройства, которые позволяют воздействовать на фазу проходящего ВЧ сигнала синусоидальной формы. Такие устройства получили название фазовых модуляторов. Обобщенная схема фазового модулятора показана на рис. 2.6.