Системы прямого (пассивного) синтеза частот

В системах прямого синтеза выходные колебания формируются из колебаний опорного генератора путем деления, умножения его частоты с последующим сложением и вычитанием полученных частот. Такой метод синтеза частот в литературе часто называют интерполяционным, так как частота выходного колебания как бы собирается из нескольких компонентов. Нестабильность частоты выходных колебаний возбудителя будет определяться в этом случае характеристиками опорного кварцевого генератора, который может быть выполнен с высокой степенью стабильности.

Основными элементами систем прямого синтеза частот являются опорный кварцевый генератор, умножители и делители частоты, датчики опорных частот и преобразователи частоты. Простейшая схема формирования сетки дискретных частот методом прямого синтеза показана на рис. 2.3.

Опорный генератор (ОГ) формирует высокостабильные колебания с частотой , которые поступают на делители и умножители частоты. Делители понижают частоту колебаний ОГ в целое число раз, а умножители увеличивают ее в целое число раз.

Рис. 2.3. Принцип формирования сетки дискретных частот методом прямого синтеза

В качестве делителей частоты могут использоваться автогенераторы гармонических колебаний, частота которых синхронизируется высокостабильным сигналом ОГ. Делители частоты, построенные по такому принципу, имеют сравнительно малые коэффициенты деления, обычно не превышающие 5. Для получения более высоких коэффициентов деления приходится применять несколько последовательно включенных автогенераторов. В настоящее время широко используются делители частоты, выполненные на логических элементах, например, триггерные делители.

Операция умножения основана, как правило, на формировании из гармонического колебания импульсной последовательности и выделения из нее нужной гармоники. Принцип работы такого умножителя частоты поясняется рис. 2.4.

Рис. 2.4. Принцип работы умножителя частоты

Формирующее устройство (ФУ) из гармонического колебания с частотой формирует импульсную последовательность большой скважности[1] с той же частотой . Спектр такой последовательности импульсов (рис. 3, б) содержит большое количество гармонических составляющих, интервал между которыми равен частоте следования импульсов. С помощью полосового фильтра (ПФ), включенного на выходе умножителя, выделяется требуемая гармоника и подавляются соседние гармоники.

Датчики опорных частот (ДОЧ) обеспечивают формирование ограниченного числа высокостабильных опорных колебаний с заданным интервалом между частотами. Простейшим ДОЧ является умножитель частоты с переключаемыми (или перестраиваемыми) фильтрами на выходе (рис. 2.5). Количество частот, формируемых ДОЧ, обычно не превышает 10.

Рис. 2.5. Датчик опорных частот

Операции суммирования и вычитания частот осуществляют с помощью преобразователя частоты, в состав которого входят смеситель и полосовой фильтр. В общем случае при воздействии на входы смесителя (нелинейного элемента) колебаний с частотами и на его выходе образуется множество колебаний с частотами ,где m и n тип – целые положительные числа или нули в любом сочетании. Сумму р = m + n называют порядком комбинационной составляющей.

Колебания требуемых частот, обычно или , выделяют с помощью фильтров. Другие колебания ослабляются фильтром, но при некоторых сочетаниях коэффициентов тип могут оказаться близкими к требуемым частотам и попасть на выход преобразователя частоты.

Таким образом, основным недостатком систем прямого синтеза частот является сравнительно большое количество побочных колебаний комбинационных частот на выходе, возникающих в результате многочисленных преобразований частоты сигнала ОГ.