Билет №13. Вопрос №2.

В общем случае выделяют следующие методы синтеза частот: прямые (пассивные), косвенные (активные), цифровые и комбинированные. В последних в произвольной комбинации используются два или три предшествующих метода. Кроме того, прямые и косвенные синтезаторы частот могут быть реализованы на аналоговой, цифровой элемнтной базе или при совместном использовании той и другой. В свою очередь, в цифровых синтезаторах частот могут быть реализованы те же алгоритмы, что и в аналоговых, но реализация базируется на цифровых микросхемах или микросборках. Стоит отметить, что при цифровом методе синтеза частот применяют специфические методы, реализация которых на элементах аналоговой техники либо невозможна, либо приводит к неприемлемому усложнению синтезатора (например, двух- , многоуровневые методы синтеза).

Проблема стабильности частоты возбудителя в приемопередающих устройствах существовала всегда. На относительно низких частотах (до 100-150 МГц) она решалась применением кварцевых резонаторов, на более высоких (400 МГц) – с помощью резонаторов на поверхностно-акустических волнах (ПАВ-резонаторах), для стабилизации же сверхвысоких частот часто применяют диэлектрические резонаторы из высокодобротной керамики или другие высокодобротные резонаторы [1]. Описанные способы стабилизации с помощью пассивных компонентов имеют свои достоинства – простоту и сравнительную дешевизну реализации, но их главный недостаток – невозможность сколько-нибудь существенной перестройки частоты без смены частотозадающего элемента – резонатора. Невозможность быстрой электронной перестройки рабочей частоты при сохранении ее стабильности резко ограничивает применение радиоустройств, не позволяя, например, реализовать многоканальность. Помимо этого синтез сетки частот непосредственно в диапазоне СВЧ в настоящее время затруднен из-за ограниченного быстродействия микросхем, узкой полосы делителей и умножителей частоты.

Эти трудности можно обойти, если мелкую сетку ДМЧ сформировать в области частот, где нет технических препятствий для ее реализации, а затем с помощью умножения частоты или гетеродинирования трансформировать ее в требуемый диапазон частот. Примеры такого построенния синтезаторов СВЧ можно найти в [13], один из вариантов типовой схемы синтезатора в СВЧ диапазоне представлен на рис.1.9. Объем ДМЧ разбит на три группы разрядов. Младшую группу разрядов ДМЧ, определяющую минимальный шаг сетки , обычно реализуют с помощью ДФКД и цифрового синтезатора частот (ЦСЧ), при этом он содержит наибольшее число частот. Средние и старшие разряды получают прямым синтезом, используя умножители частоты, генераторы гармоник и коммутируемые полосовые фильтры. Эти сетки частот содержат небольшое количество составляющих (2…4) и шаг, соответствующий диапазону ДМЧ предыдущего разряда.

Рисунок 1.9 – Структурная схема синтезатора частоты в диапазоне СВЧ

В качестве нелинейных элементов генераторов гармоник используют диоды с накоплением зарядов, позволяющие формировать импульсы тока с весьма крутыми фронтами и срезами. Спектр на выходе такого ГГ убывает примерно по закону (где  номер гармоник), в то время, как для ГГ с обычнымдиодом он изменяется как . Это позволяет выделить гармоники с высокими номерами ( ) непосредственно в СВЧ диапазоне.

Построить коммутируемые полосовые фильтры в диапазоне СВЧ технологически более сложно, чем в умеренном диапазоне частот, где используют элементы с сосредоточенными параметрами (обычно на СВЧ используют полосковую технологию). В некоторых случаях (если не требуется высокого быстродействия) выгодно применять ПФ с сердечниками на основе железоиттриевого граната (ЖИГ). Колебательные системы с ЖИГ сердечниками обладают высокой добротностью ( ) и могут линейно перестраиваться по частоте при изменении тока подмагничивания в катушке управления в широком диапазоне частот (порядка декады). В настоящее время используют ЖИГ с частотой гиромагнитного резонанса от сотен мегагерц до десятков гигагерц.

В синтезаторах СВЧ диапазона частоты ДМЧ различных разрядов обычно суммируют с помощью суммирующего («охватывающего») кольца ФАП (рис.1.9). Так как уровни входных сигналов на смесителях СМ1 и СМ2 этого кольца на СВЧ малы, то основное усиление происходит в операционном усилителе (усилителе постоянного тока (УПТ)) на выходе фазового детектора ФД. Поэтому высокие требования предъявляют к уровню шумов смесителей. Основным источником шумов в смесителе является нелинейный элемент. Использование диодов с барьером Шоттки позволяет снизить уровень шума в смесителях СВЧ.