9.3.4. Синтезаторы частоты

По определению (см. § 9.1) синтезатор частоты должен состоять из трех основных блоков (рис. 9.4). Опорным генератором является стандарт частоты (см. § 5.1) — кварцевый генератор. Блок опорных частот формирует из сигнала частоты ряд сигналов с фиксированными частотами , необходимых для по­следующего синтеза частот. Этот синтез осуществляется в последнем блоке, ко­торый и создает сетку частот синтезатора в требуемом диапазоне.

Рис. 9.4. Структурная схема синтезатора частоты.

Известно два алгоритма синтеза частот: прямой синтез, поясняемый струк­турной схемой рис. 9.5, а, и косвенный синтез (рис. 9.5, б). Прямой синтез пред­полагает выполнение над частотой четырех арифметических действий с по­следующей фильтрацией . При косвенном синтезе —частота перестраи­ваемого генератора, синхронизируемая с частотой при помощи системы ФАПЧ. Таким образом, косвенный синтез аналогичен диапазонно-кварцевой стабилизации частоты.

Рис. 9.5. Структурные схемы, поясняющие алгоритмы синтеза частот.

При умножении и делении получают ряд сигналов частот и , где и — любые целые числа. Последовательное применение этих операций дает возможность получить сигналы с частотами . Наконец, с помощью операций сложения и вычитания в смесителе образуют сигналы комбинационных частот. Исключительное распространение получили декадные синтезаторы, в которых сетка частот определяется соотношением

(9.1)

где , , ... — целые числа натурального ряда от 0 до 9, а М и т — фикси­рованные величины, определяющие диапазон частот синтезатора. Минимальное дискретное изменение называется шагом сетки частот. При малых шагах (например, 0,01 Гц) уже не имеет значения, что изменяется дискретно а не плавно.

Таким образом, основным функциональным узлом блока синтеза частот (см. рис. 9.4) является частотная декада, преобразующая одну из опорных ча­стот в несколько частот в пределах одного десятичного разряда. Число этих частот определяется конкретным видом соотношения (9.1).

При прямом синтезе частот каждая декада представляет собой генератор гармоник , которые выделяются при помощи полосовых фильтров. Декады со­держат обычно один или два смесителя в сочетании с делителем частоты в 10 раз и включаются последовательно или параллельно. При слишком больших коэффи­циентах умножения спектральные характеристики синтезатора и обычного LC-гeнератора уже не отличаются друг от друга, и это ограничивает верхнюю границу диапазона синтезируемых частот (поряд­ка 500 МГц).

П

Рис. 9.6. Структурная схема частотной декады с кольцом ФАПЧ.

ри косвенном синтезе частот каждая декада имеет кольцо ФАПЧ и может вы­полняться как с умножением, так и с деле­нием частоты. Как правило, осуществля­ется деление частоты перестраиваемого генератора, и типовая структурная схема декады содержит делитель с переменным коэффициентом деления, ФД и ФНЧ. Как видно из рис. 9.6, , и при изменении n образуется сетка частот с шагом и диапазоном перестройки . Декады соединя­ются последовательно или параллельно с включением между ними делителей частоты в 10 раз и смесителей. При выборе значения в пределах 1...10 МГц удается перекрыть с помощью одного синтеза­тора диапазоны инфранизких, низких и высоких частот. Метод косвенного синтеза эффективен и в СВЧ диапазоне, хотя схемы фазовой синхронизации значительно усложняются и предусматривают последовательное преобразование частоты СВЧ генератора.