Синтезатор с идентичными декадами

На рис.15.2 изображена структурная схема синтезатора когерентных колебаний со сколь угодно малым шагом сетки дискретных частот. Шаг сетки зависит от количества совершенно одинаковых «декад», в состав которых входит переключатель каналов, преобразователь частоты, полосовой фильтр и делитель на 10.

Рис. 15.2

Стабильность выходной частоты синтезатора определяется стабильностью эталонного генератора, входящего в структуру датчика опорных частот (ДОЧ). Путем операций деления, умножения частоты эталонного генератора в ДОЧ формируются вспомогательная частота f и десять опорных частот, которые подаются на десять шин синтезатора. На верхней шине частота равна 9f , на соседней отличается на величину Δf и так далее. На нижней, десятой сверху частота колебаний равна 9f + 9Δf. Сигнал с каждой из шин с помощью переключателей n₁, n₂…..n_m можно подать на вход балансных модуляторов.

На входы первого балансного модулятора подаются сигналы с частотами f и 9f + n₁Δf. Полосовой фильтр выделяет, как правило, верхнюю комбинационную частоту 9f + n₁Δf + f = 10f +n₁Δf. После деления на 10 сигнал с частотой, равной f + 0,1n₁Δf , поступает на один из входов балансного модулятора второй декады. На другой вход подается со второго переключателя частота 9f + n₂Δf . После обработки сигналов во второй декаде на ее выходе частота получается равной f + 0,1n₂Δf + 0,01n₁Δf. В составе третьей декады нет делителя частоты. В итоге на выходе синтезатора формируется гармонический сигнал с частотой f_ВЫХ = 10f + n₃Δf + 0,1n₂Δf + 0,01n₁Δf.

Наращивая число декад, можно получить сколь угодно малый шаг сетки частот. В схеме рис.15.2 шаг сетки равен 0,01 Δf.

Пример. Пусть синтезатор состоит из пяти декад k = 5. Последняя декада, как и на рис. 15.2, неполная. Пусть также все переключатели находятся в последнем десятом положении: n₅= n₄= n₃= n₂= n₁= 9. Частота f = 1МГц, Δf = 10 кГц.

Если все переключатели установлены в нулевое положение, . Нижняя частота синтезатора равна f_н = 10f. Верхняя частота равна f_в  10f+10f. Коэффициент перекрытия по частоте можно определить из соотношения (9f +9f) / 10f. Шаг сетки – 1 Гц.

Недостатком синтезаторов, построенных по методу идентичных декад, является необходимость применения большого числа преобразователей частоты и фильтров, что усложняет фильтрацию побочных колебаний. Подавление их в таких синтезаторах не более 60 – 80 дБ.

Синтезаторы с использованием косвенного метода синтеза сетки дискретных частот

Лучшими характеристиками в сравнении с синтезаторами, в которых используется «прямой метод» синтеза, обладают синтезаторы, где используется цифровая техника совместно с системами фазовой подстройки частоты («косвенный» метод синтеза сетки дискретных частот). Эти синтезаторы на выходе обеспечивают подавление побочных колебаний до уровня 100 – 120 дБ, просты в управлении, менее энергоемки.

Структурная схема одного из вариантов этого типа синтезатора приведена на рис.15.3.

Основные элементы этой схемы:

– генератор, управляемый напряжением G₂ (ГУН) – автогенератор c параметрической стабилизацией частоты. С помощью варикапа он перестраивается в рабочем диапазоне частот f _мин – f _макс,

Рис. 15.3

– делитель с переменным коэффициентом деления частоты (ДПКД) – цифровой делитель частоты, коэффициент деления которого можно изменять через единицу в диапазоне N_мин – N_макс,

– опорный генератор G₁ (ОГ) – эталонный генератор с кварцевой стабилизацией частоты f₁ , определяющий стабильность частоты на выходе синтезатора,

– делитель частоты с постоянным коэффициентом деления m,

– фазовый детектор (ФД),

– фильтр нижних частот,

– управитель частоты ГУНа (варикап).

Частота колебаний генератора, управляемого напряжением, делится в N раз с помощью ДПКД и импульсная последовательность с частотой f_ВЫХ/N поступает на один из входов импульсно-фазового детектора (ФД). На второй вход ФД подается импульсная последовательность с частотой эталонного генератора, предварительно деленной в m раз – f₁/m. На выходе фазового детектора напряжение пропорционально разности фаз этих импульсных сигналов. Через фильтр нижних частот, который подавляет помехи в системе ФАПЧ, напряжение ошибки подается на варикап, который изменяет частоту ГУНа так, чтобы свести к минимуму разность фаз импульсных последовательностей.

В синхронном состоянии частоты сигналов, которые сравниваются на фазовом детекторе, равны:

или

Меняя коэффициент деления N, можно изменять частоту на выходе синтезатора f_вых. Шаг сетки дискретных частот в этом устройстве равен f₁/m.

Синтезаторы этого типа просты в реализации, так как ДПКД и синтезаторы в целом производятся в микросхемном исполнении. Достаточно только подключить к ним колебательную систему, определяющую диапазон рабочих частот синтезатора и устройство, управляющее коэффициентом деления ДПКД.