6. Принципы построения синтезаторов частоты
Синтез частот представляет собой процесс, в результате которого одна или множество частот формируется из одной или нескольких опорных частот с помощью комбинации элементов системы. На ранней стадии развития такая система состояла из автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты и магазина переключаемых вручную кварцевых резонаторов. Стабильность и точность установки частоты определялись в основном стабильностью частоты колебаний кварцевого резонатора, точностью его изготовления и (в меньшей степени) используемой схемой.
Следующей ступенью была разработка систем, известных теперь под названием систем некогерентного синтеза частот (которые, однако, не вытеснили автогенераторы с кварцевой стабилизацией частоты). В таких системах используется комбинация нескольких автогенераторов с кварцевой стабилизацией частоты, позволяющая получить значительное число выходных частот при относительно небольшом числе кварцевых резонаторов.
Быстрое развитие техники связи привело к необходимости разработки куда более сложных систем частотообразования, которые способны обеспечить точность установки и стабильность частоты в несколько раз выше достижимых в системах некогерентного синтеза. Для удовлетворения этих возросших требований было разработано целое семейство новых методов, объединяемых под общим названием когерентного синтеза частот. Эти методы обеспечивают получение многих частот из одной опорной, обладающей требуемой стабильностью и точностью установки. Использование этих методов неизбежно связано с наличием побочных составляющих в выходном колебании, которые приходится устранять соответствующим выбором значений частот, участвующих в процессе синтеза, и подавлять фильтрацией.
6.1. Классификация систем синтеза частот
Согласно ОСТ 4.208.012-77, все ССЧ делят на два класса: системы активного синтеза частот и системы пассивного синтеза частот.
Системами активного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебаний синтезируемой частоты осуществляется с помощью активного фильтра в виде кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАП) или компенсационного кольца. Системами пассивного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебания синтезируемой частоты осуществляется без применения кольца ФАП или кольца компенсации. Выбор того или иного метода синтеза частот зависит от требований, предъявляемых к конкретному устройству. Если, например, основным требованием является возможно более высокая скорость перестройки, то предпочтение должно быть отдано пассивному синтезу. Если же главным требованием является снижение уровня побочных спектральных составляющих, то предпочтение должно быть отдано активному синтезу. Однако сегодня во всех случаях предпочтение, как правило, отдают цифровым системам. В настоящее время широкое применение находит прямой цифровой синтез.
6.2. Прямой когерентный синтез
Формирование всех частот обеспечивается единой опорной частотой.
Основными узлами, входящими в состав устройства, в котором используется метод прямого преобразования частоты, являются умножители и делители частоты, смесители и источник опорной частоты. Пример такой схемы приведен на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Структурная схема синтезатора при прямом
преобразовании частоты
Для простоты на этом рисунке не показаны усилители и фильтры. Приведенные на рисунке шесть значений частот (20,0; 21,5; 22,0; 23,5; 24,0 и 25,0 МГц) могут быть получены и множеством других способов.
Недостатком прямого когерентного синтеза является необходимость применения большого количества преобразований частоты и частотных фильтров, что приводит к большим габаритам синтезатора частот и затрудняет обеспечение малого уровня побочных излучений. Достоинство – возможность обеспечения быстрой перестройки частоты.