Автогенераторы синтезаторов частот
Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций
Кафедра «Радиотехника и телекоммуникации»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Дисциплина: Устройства генерирования и формирования сигналов
Тема: Синтезатор частот
Выполнил студент гр. 3092/3 (подпись) Е.К. Тихонова
Руководитель, к.т.н., доц. (подпись) А.Я. Сергеев
«_____» ___________2013г.
Санкт - Петербург
2013
Техническое задание:
Диапазон частот, МГц………………………………………………………………….220,0-300
Шаг сетки частот, кГц…………………………………………………………………………...1 Нестабильность частоты, 1/сут………………………………………………………………10-8
Степень подавления побочных составляющих, дБ…………………………………………..60
Содержание:
Техническое задание……………………………………………………………………………2
Введение ………………………………………………………………………………………...4
1. Технические характеристики………………………………………………………………..5
2. Автогенераторы синтезаторов частот……………………………………………………….7
|
|
|
3. Нестабильность частоты автогенератора…………………………………………………..11
4. Цифровые синтезаторы….…………………………………………………………………..13
5. Методы формирования и стабилизации сетки частот……………………………………..15
6. Фазовые шумы в синтезаторах частот……………………………………………………...20
7. Синтезаторы частот в устройствах мобильной связи………………….………………….26
8. Синтезатор частот по техническому заданию ……...……………………………………..27
Заключение……………………………………………………………………………………...30
Список литературы……………………………………………………………………………..31
Введение
Возбудитель современного радиопередатчика состоит в общем случае из синтезатора частот и формирователя видов работ, который необходим для модуляции первичных колебаний информационным сигналом.
Синтез частот - формирование дискретного множества частот из одной или нескольких опорных частот fon. Опорной называется высокостабильная частота автогенератора, обычно кварцевого.
Рис. 1. Синтез частот.
Синтезатор частот (СЧ) предназначен для формирования дискретного множества стабильных частот из одной или нескольких опорных частот. Синтезатор используется в радиоприемных и радиопередающих устройствах систем радиосвязи, радионавигации, радиолокации и другого назначения.
|
|
|
На ранней стадии развития техники синтеза частот (синтезаторов частот) для каждой рабочей частоты использовался кварцевый резонатор. Такие синтезаторы известны под названием «кварц-волна».
Быстрое развитие техники связи привело к необходимости значительного увеличения числа рабочих каналов. Это привело к значительному повышению цен и понижению надёжности синтезаторов, построенных по принципу «кварц-волна». Структурные схемы современных синтезаторов частот во многом определяются требованиями к техническим характеристикам возбудителей радиопередатчиков.
1. Технические характеристики синтезаторов частот
Основные технические характеристики синтезатора частот:
1) диапазон рабочих частот;
2) допустимая нестабильность частоты;
3) шаг сетки частот;
4) требуемое подавление побочных составляющих;
5) быстродействие;
6) спектральные характеристики выходного сигнала.
Рассмотрим каждую из этих характеристик. [1]
|
|
|
1) Диапазон рабочих частот синтезатора частот характеризуется нижней fн (минимальной) и верхней fв (максимальной) частотами, а также коэффициентом перекрытия по частоте kf= fв/ fн.
2) Допустимая нестабильность частоты синтезатора характеризуется величиной абсолютной нестабильности (∆f) или относительной (Ɛ=∆f/f).
Для современных синтезаторов частот величина относительной нестабильности частоты лежит в пределах 10-5-10-9. Подобные показатели нестабильности частоты могут обеспечить лишь эталонные генераторы с высокодобротным и высокостабильным резонатором (к примеру, кварцевым). Поэтому в настоящее время все синтезаторы частот, включая диапазонные, строятся с кварцевой стабилизацией частоты. В некоторых случаях роль эталонных генераторов играют квантовые стандарты частоты, нестабильность которых не хуже 10-10…10-13.
3) Шаг сетки частот – минимальный частотный интервал между соседними номинальными поочерёдно получаемыми значениями частоты на выходе возбудителя. Он выбирается, исходя из области применения возбудителей передатчиков. В телекоммуникационных системах шаг выбирается, исходя из выделенного диапазона рабочих частот с учётом полосы частот, занимаемой при передаче информации.
|
|
|
4) Подавление дискретных побочных составляющих оценивается отношением мощности побочного колебания к мощности рабочего колебания
D=10*log(Pпоб/Pраб) (1)
По действующим нормам величина D должна быть меньше (-40)-(-70) дБ, в некоторых случаях меньше (-100) дБ.
5) Быстродействие оценивается временем перехода с одной рабочей частоты на другую. Для оценки времени переходного процесса необходимо задаться временем его окончания.
6) Спектральные характеристики выходного сигнала возбудителя. Основной спектральной характеристикой выходного сигнала является плотность мощности флуктуации фазы Sφ(f) одной боковой полосы шумов в полосе частот 1 Гц.
Здесь f – отстройка по частоте от несущей, обычно даётся в пределах от 10 до 107 Гц.
Для оценки спектральных свойств выходного сигнала используется также спектральная плотность мощности флуктуации частоты
Sf(f)=f 2* Sφ(f). (2)
Интенсивность фазовых флуктуаций в полосе рабочих частот оценивается дисперсией флуктуации фазы
(3)
fв и fн – верхнее и нижнее значения полосы рабочих частот информационного сигнала.
Интенсивность отклонения частоты характеризуется дисперсией флуктуации частоты.
Часто спектральные свойства выходного сигнала возбудителя оцениваются величиной паразитного отклонения фазы (ПОФ) и частоты (ПОЧ) или среднеквадратичным отклонением фазы и частоты
, 
(4)
Такие технические характеристики, как условия эксплуатации, массогабаритные показатели, надёжность, энергопотребление не являются специфическими для синтезаторов. Впрочем, они также учитываются при выборе метода формирования и стабилизации сетки частот. [1]
Автогенераторы синтезаторов частот
Источником высокочастотных колебаний передатчика является автогенератор. В отличие от генераторов с внешним возбуждением, в автогенераторе колебания на выходе возникают при отсутствии внешних воздействий, благодаря собственной положительной обратной связи. В состав автогенератора входит активный элемент (транзистор), источник питания, колебательная система и цепь обратной связи.
Эквивалентную схему автогенератора можно представить (рис.) в виде соединения активного четырёхполюсника (АЧ) и пассивного четырёхполюсника (ПЧ). [1]
Рис. 2.Эквивалентная схема автогенератора.
Здесь
Uвх – входное напряжение активного четырёхполюсника;
I – выходной ток активного четырёхполюсника.
Представим эквивалентную схему автогенератора в виде соединения типовых элементарных звеньев системы автоматического регулирования (рис.)
Рис. 3. Математическая модель автогенератора.
Здесь
S(jω) - комплексная передаточная функция активного четырёхполюсника (крутизна транзистора);
Zэ(jω) - комплексная передаточная функция (эквивалентное сопротивление) пассивного четырёхполюсника;
K(jω) - комплексная передаточная функция цепи обратной связи.
(5)
(6)
(7)
Условие самовозбуждения автогенератора в комплексной форме имеет вид:
S(jω)* Zэ(jω)* K(jω)=1 (8)
Комплексные передаточные функции S(jω), Zэ(jω), K(jω) можно записать в показательной форме:
S(jω)= S(ω)*ejφs ,
Zэ(jω)= Zэ(ω)*ejφэ ,
K(jω)= K(ω)*ejφк , (9)
где S(ω), Zэ(ω), K(ω); φs(ω), φэ(ω), φк(ω) – модули и фазы, соответственно комплексных передаточных функций элементарных звеньев математической модели автогенератора.
Условия возбуждения автогенератора в показательной форме:
1) S(ω)*Zэ(ω), K(ω)=1 – уравнение баланса амплитуд (10)
2) φs(ω)+φэ(ω)+ φк(ω)=2*π*n, n=0, 1, 2… - уравнение баланса фаз (11).
Условием самовозбуждения автогенераторов являются баланс амплитуд и баланс фаз, т.е. коэффициент передачи по петле обратной связи может быть равен 1, а суммарный фазовый сдвиг 2*π*n, n=0, 1…
Крутизна характеристики транзистора не линейна и зависит от величины входного напряжения S=f(Uвх).
Схемы автогенераторов на биполярных и полевых транзисторах, как правило, выполняются в виде емкостных или индуктивных трёхточек, эквивалентные схемы, которых изображены на рис. 4, 5
а) 
б) 
Рис. 4.Эквивалентная емкостная трёхточечная схема автогенератора.
а) 
б) 
Рис. 5.Эквивалентная индуктивная трёхточечная схема автогенератора.
Активными четырёхполюсниками на рис. 4, 5 являютcя транзисторы VT. В схеме емкостной трёхточки (рис.4) в качестве пассивного четырёхполюсника используется фильтр нижних частот (рис.4, а), в схеме индуктивной трёхточки (рис. 5) – фильтр верхних частот (рис. 5, а).
Из рассмотрения рис. следует, что условия для возникновения высших гармонических составляющих на выходе автогенератора значительно выше в схеме с фильтром верхних частот. При проектировании автогенератора, работающего на первой гармонике, целесообразно выбирать схему емкостной трёхточки, обладающей лучшими спектральными характеристиками (из-за дополнительной фильтрации высокочастотных составляющих в цепи обратной связи). [1]
В реальных схемах автогенераторов нередко используются более сложные колебательные системы. Например, для повышения стабильности частоты в качестве индуктивности в схеме емкостной трёхточки применяют кварц, который имеет высокую собственную добротность. В схеме автогенератора можно заземлять любую точку, не меняя его электрического режима. На рис.6 представлена схема автогенератора на биполярном транзисторе с заземлённым коллектором.
Рис.6. Схема автогенератора на биполярном транзисторе с заземлённым коллектором. []
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 656; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!