1. Применение кварцевых резонаторов в LC автогенераторах значительно (до 10^-8) повышает стабильность частоты.

2. кварцевые автогенераторы могут генерировать частоты на гармониках кварцевого резонатора.

3. достоинство RC – автогенераторов – возможность их реализации в качесте ИМС, недостатки – низкая стабильность (около 10^-4) и относительно не высокая верхняя частота генерации (десятки МГц).

4. КОУ, Л. 32, стр.1

6. КОУ, Л. 32. ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЕ ЗАДАЮЩИЕ ГЕНЕРАТОРЫ.

8. Вопросы лекции:

9. 32.1. Квантовые генераторы и промышленные стандарты частоты.

10. 32.2. Синтезаторы частот (СЧ).

11. 32.2.1. Синтезатор частот, выполненный методом идентичных декад.

12. 32.2.2. Синтезатор частот, выполненный методом косвенного синтеза.

14. 32.1. Квантовые генераторы и промышленные стандарты частоты.

15. Наиболее стабильными, из рассмотренных ранее ЗГ были LC-генераторы с кварцевой стабилизацией частоты. Нестабильность этих генераторов соответствует 10^-6 … 10^-7 от основной частоты. Получить более высокую стабильность частоты возможно, применив квантовые генераторы (стандарты частоты).

16. Квантовый стандарт частоты (рис.32.1) содержит три основных узла: кварцевый автогенератор Г, квантовый стабилизатор КС и систему автоподстройки частоты АПЧ. Частота кварцевого генератора умножается УЧ до частоты, близкой к частоте прецессии электрона.

18. 

20. Рис.32.1. Квантовый стандарт частоты. Упрощенная структурная схема

22. Дополнительная стабилизация частоты кварцевого генератора обеспечивается квантовым стабилизатором. Для синхронизации работы кварцевого генератора с квантовым стабилизатором применена схема АПЧ. Частота кварцевого генератора (обычно 5МГц) умножается до значения частоты гиромагнитной прецессии электрона:

24. W=e*H/(hS), (32.1)

26. где: hS – механический вращательный момент электрона;

27. S – спин электрона;

28. h=h/(2) - напряженность электромагнитного поля в месте

29. КОУ, Л. 32, стр.2

31. расположения ядра.

33. Используются квантовые переходы между энергетическими уровнями атомов вещества, которые происходят, если выполняется известное условие Бора:

35. f=W₂ - W₁*1/h, (32.2)

37. где W₁ и W₂ - энергетические уровни;

38. h=6,622*10^-34 Дж*с - постоянная Планка.

40. Изменение энергетических уровней вызываются воздействием внешнего электромагнитного поля, частота которого совпадает с частотой прецессии электрона. При рассогласовании частот кварцевого генератора и квантового стабилизатора, сигнал рассогласования, сформированный схемой АПЧ, управляет частотой кварцевого генератора. Этим значительно снижается нестабильность частоты схемы.

41. На основе квантовых генераторов строят стандарты частоты. Резонансные частоты и нестабильность частоты для трех применяемых стандартов (цезиевого, рубидиевого и водородного) приведены в таблице 32.1. Для сравнения в этой же таблице приведены параметры кварцевого стандарта частоты.

43. Промышленные стандарты частоты. Таблица 32.1

44. Тип прибора	Рабочее вещество	Резонансная частота рабочего вещества, Гц	Относительная нестабильность
    Ч1 - 53	Кварц	-	5 10
    Ч4 - 50	Рубидий - 87	683.468.608	1 10
    Ч1 - 47	Цезий - 133	9.192.631.770	5 10
    Ч1 - 46	Атомарный водород	1.420.40 5.751,6	7 10

46. В таблице дана нестабильность частоты промышленных приборов – стандартов частоты. Лабораторные установки могут иметь относительную

47. нестабильность частоты еще выше. Следует иметь в виду, что самым точным из измерений является измерение частоты.

52. КОУ, Л. 32, стр.3

54. 32.2. Синтезаторы частот (сч)

55. Синтезаторы частот представляют собою устройства, которые генерируют некоторое множество частот, называемое сеткой частот.

56. Простейшие синтезаторы строятся методом кварц – волна, и представляют собою набор кварцевых генераторов (рис. 32.2). Такие синтезаторы применялись в железнодорожных радиостанциях типа ЖР-К и ЖР-У. В станциях ЖР-У было три рабочих канала и соответственно три кварцевых генератора.

58. 

60. Рис.32.2. Построение СЧ методом кварц – волна

62. Построение СЧ более чем на 10 частот методом кварц – волна экономически нецелесообразно. Кроме того, эти синтезаторы имеют существенный недостаток: колебания различных генераторов не согласованы по фазе, то есть, не когерентны. Получение большого количества когерентных частот возможно в синтезаторах, построенных методом идентичных декад и при косвенных методах синтеза частот.

64. 32.2.1. Синтезатор частот, выполненный методом идентичных декад

65. Структурная схема синтезатора частот показана на рис. 32.3. Сигнал из высокостабильного когерентного генератора с частотой f₁ поступает в блок опорных частот БОЧ. Из опорных частот блоком синтезатора частот БСЧ формируются напряжения с заданными частотами .

66. 

68. Рис. 32.3. Структурная схема синтезатора частот: КГ – когерентный генератор, БОЧ – блок опорных частот, БСЧ – блок синтеза частот, ШПУ – широкополосный усилитель, АТ – аттенюатор.

72. КОУ, Л. 32, стр.4

74. По методу построения БСЧ синтезаторы частот строят методами прямого или косвенного синтеза.

75. Структурная схема частотной декады прямого синтеза приведена на рис. 32.4.

76. 

78. Рис. 32.4 Структурная схема частотной декады прямого синтеза: См – смеситель, ПФ – полосовой фильтр, ДЧ – делитель частоты.

80. С блока опорных частот на смеситель первой декады поступают напряжения с частотой одной из гармоник и напряжение одной из десяти гармоник, частота которого разделена в 9 раз. Сложение этих частот дает

81. f₁=f_i + f_i/9. Выходная частота уменьшается в 10 раз делителем ДЧ.

82. Частота f_i = (n₁-1)/10 * f₀ .

83. Тогда f₁= f_j/9+(n₁-1)/10*f₀ , где n_k = 2 … 9.

84. На выходе делителя второй декады будет f₂=f_j/9+f₀*((n₁-1)/10²+(n₂-1)/10).

85. При наличии К декад:

87. (32.3)

89. Пример. 5 декад → К=5. f_ог = 1 МГц. Выберем f_i = 1 МГц. На выходе БОЧ генератор гармоник дает 10 гармоник от 1-й до 10-й.

91. 

93. Установим все переключатели от генератора гармоник в положение 1, тогда f_вых = 1,1111 МГц. Если все переключатели в положении 9, т.е. n=9, то f_вых = 9,999 МГц. Шаг перестройки в этом диапазоне будет минимален при

96. КОУ, Л. 32, стр.5

98. n₁ = 2, тогда Гц. В общем виде шаг перестройки , т.е. с увеличением числа декад он уменьшается. Отсюда теоретически неограниченная возможность уменьшения шага перестройки. Другим достоинством является когерентность выходных колебаний колебанию f₀.

100. На рис. 32.5 приведена схема БСЧ с тремя идентичными декадами. В этом СЧ реализуется 1000 дискретных частот с шагом 10 кГц на выходе 1 и с шагом 1кГц на выходе 2. Рабочая частота устанавливается с помощью переключателей S1, S2, S3. Переключатели могут быть

101. электронными и управляться с помощью микропроцессорного устройства. На выходе 1 диапазон частот составляет от 300,0 до 309,99 МГц, на выходе 2 – от 30,0 до 30,999 МГц. Рабочая частота определяется последними цифрами частоты на каждом из переключателей, прочтенными справа налево.

103. 

105. Рис.32.5. Функциональная схема БСЧ синтезатора частот, выполненного

106. методом идентичных декад.

111. КОУ, Л. 32, стр.6

113. Необходимые для работы данного синтезатора опорные частоты формируются схемой, приведенной на рис. 32.6 – блоком опорных частот (БОЧ), представляющим собою также синтезатор частот.

115. 

117. Рис. 32.6. БОЧ синтезатора частот: УЧ – умножитель частоты, СМ – смеситель, ЗГ – задающий генератор, ДЧ – делитель частоты.

119. В БОЧ напряжения с необходимыми для работы БСЧ частотами, образуются из одной опорной частоты, путем операций умножения деления, суммирования и вычитания.

121. 32.2.2. Синтезатор частот, выполненный методом косвенного синтеза.

122. Косвенный метод синтеза основан на применении системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Структурная схема такого синтезатора приведена на рис. 32.7.

131. КОУ, Л. 32, стр.7

133. 

135. Рис. 32.7. Структурная схема синтезатора частот, выполненного методом косвенного синтеза (с делением частоты в тракте анализа): Д – делитель с коэффициентом деления К1, ДПКД – делитель с переменным коэффициентом деления К2, ФД – фазовый детектор, УГ – управляемый генератор, УЭ – управляющий элемент, КГ – когерентный генератор,

136. ФНЧ – фильтр нижних частот.

138. Сигнал опорной частоты f₀ делится в К1 раз. В результате f₁= f₀ / К1.

139. Выходная частота f_вых делится в К2 раза. На второй вход фазового детектора поступает сигнал с частотой f₂ = f_вых / К2. На выходе фазового детектора не будет сигнала разбаланса только в том случае, если

140. f₁ = f₂ . Выполнение этого условия обеспечивает частоту генерации

142. f_вых= f₀*K1/K2 (32.4)

144. Схему СЧ с делением частоты в тракте анализа используют в аппаратуре «Транспорт», в унифицированных приемопередатчиках УПП-2 и УПП-3.

146. Итоги занятия:

147. 1. Наивысшую стабильность частоты (до 10 ) обеспечивают квантовые

148. генераторы.

149. 2. Синтезаторы частот организуют сетку высокостабильных

150. когерентных частот, необходимую для образования каналов приема и

151. передачи.

152. 3. СЧ могут быть построены прямыми и косвенными методами.

153. 4. В СЧ теоретически неограниченна возможность уменьшения шага

154. перестройки

155. 5. Достоинством современных СЧ является когерентность выходных

156. колебаний

КОУ, Л. 33, стр.1

КОУ, Л. 33. КАНАЛООБРАЗУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (ЦСПИ)

Вопросы лекции:

33.1. Виды дискретных сигналов. Структурная схема приемника дискретных сигналов.

33.2. Демодуляторы двоично-манипулированных сигналов.

33.1. Виды дискретных сигналов. Структурная схема приемника дискретных сигналов.

По каналам связи могут передаваться различные сообщения, такие, как печатный текст, телеграфные, телетайпные сообщения, речь, музыка, неподвижные и подвижные изображения. Все передаваемые сообщения могут быть представлены дискретными последовательностями.

Элементы этих последовательностей выбирают из некоторого конечного множества символов. В ЦСПИ каждому символу соответствует определенный сигнал. Если алфавит содержит два символа, то такие системы называют двоичными, при наличие в алфавите L символов, ЦСПИ называют L- ичными дискретными системами передачи. Основное применение получили двоичные системы, символами которых являются ноль и единица. Это объясняется сравнительной простотой различия этих сигналов друг от друга.

Модуляция несущей частоты одним из двух дискретных значений, называется двоичной манипуляцией. Различают амплитудно, частотно и фазоманипулированные сигналы (рис. 33.1)

а)

б)

в)

г)

КОУ, Л. 33, стр.2

Рис. 33.1. Двоичная манипуляция: а) –модулирующие видеоимпульсы, б) - амплитудная манипуляция (АМн), в) - частотная манипуляция (ЧМн), г) - фазовая манипуляция (ФМн)

Структурная схема приемника дискретных сигналов приведена на

рис. 33.2.

Рис. 33.2. Структурная схема приемника дискретных сигналов: ЛЧП – линейная часть приемника, Дм – демодулятор, РУ – решающее устройство,

ГСТС – генератор сигналов тактовой синхронизации

Линейная часть приемника включает в себя тракт высокой частоты, то есть все каскады до детектора. В ЛЧП принятый сигнал усиливается до уровня, необходимого для качественной работы демодулятора. Полоса пропускания ЛЧП, необходимая для приема дискретных сигналов, значительно шире чем у приемника непрерывных сигналов. Полоса пропускания определяется, в основном, шириной спектра принимаемого сигнала и заданным уровнем перекрестных искажений. Перекрестные искажения возникают при работе соседних каналов, они должны быть ослаблены не менее чем на 60 дБ. При передаче по каналу связи последовательности радиоимпульсов полоса пропускания ЛЧП выбирается как:

Плчп > 1 / τ, (33.1)

где: Плчп – полоса пропускания ЛЧП,

τ – длительность элементарного импульсного сигнала.

Демодулятор представляет собою детектор. Он преобразует последовательность высокочастотных сигналов в видеосигналы. Демодулятор может быть когерентным (синхронным), квазикогерентным и некогерентным. Когерентные демодуляторы применяют в тех случаях, когда в точке приема имеется полное описание сигнала, включая начальную фазу. Начальная фаза сигнала обычно известна с некоторой погрешностью. Демодулятор, у которого опорный сигнал образуется с помощью системы фазовой автоподстройки частоты

КОУ, Л. 33, стр.3

(ФАПЧ), имеет восстановленную с некоторой погрешностью начальную фазу, и называется квазикогерентным.

Решающее устройство принимает решение о том, какой их известных сигналов был передан в течение данного интервала времени Т (ноль или единица).

Полученная последовательность нулей и единиц из РУ поступает далее в декодер, где преобразуется в «буквы» и «фразы» сообщения.