Тандемные синтезаторы частот с двухточечной угловой модуляцией и дополнительным каналом автокомпенсации частотных искажений

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Связь


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

О.В. Чёткин, Н. С. Хохлов,
ФГУ ЦИТО УФСИН России доктор технических наук, профессор
по Воронежской области
ТАНДЕМНЫЕ СИНТЕЗАТОРЫ ЧАСТОТ С ДВУХТОЧЕЧНОЙ
УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ КАНАЛОМ АВТОКОМПЕНСАЦИИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ
TANDEM SYNTHESIZERS OF FREQUENCIES WITH POINT-TO-POINT ANGULAR MODULATION AND ADDITIONAL CHANNEL OF AUTO COMPENSATION OF FREQUENCY DISTORTIONS
Рассмотрен метод формирования равномерной амплитудно-частотной модуляционной характеристики в тандемном синтезаторе частот с использованием двухточечной угловой модуляции и дополнительного канала автокомпенсации частотных искажений. Описана структурная схема синтезатора, получены передаточные модуляционные функции и проведён анализ амплитудно-частотных модуляционных характеристик в зависимости от параметров узлов синтезатора.
The method of forming a steady frequency-amplitude modulation parameter in a tandem synthesizer of frequencies with the use of point-to-point angular modulation and additional channel of auto compensation of frequency distortions is considered. The synthesizer block diagram is described, transfer modulation functions are receiv ed and frequency-amplitude modulation functions analysis depending on parameters of a synthesizer node is carried out.
В настоящее время в качестве диапазонных частотно-модулированных возбудителей передатчиков систем подвижной радиосвязи наряду с однокольцевыми частотно-модулированными цифровыми синтезаторами частот (ЧМЦСЧ) используются двухкольцевые ЧМЦСЧ, включённые по тандемной схеме, т. е. с последовательным включением двух колец импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ). В тандемном ЧМЦСЧ первое кольцо ИФАПЧ1 формирует опорный ЧМ-сигнал для второго кольца ИФАПЧ2 с постоянной средней частотой (порядка 80 МГц). В этом случае частотная модуляция второго кольца осуществляется методом ЧМ2. Второе кольцо ИФАПЧ2 с заданным шагом сетки формирует выходной ЧМ-сигнал синтезатора в диапазоне более высоких частот, как правило в диапазоне УВЧ. Применение во втором кольце ИФАПЧ2 дробного делителя частоты с переменным коэффициентом деления позволяет увеличить частоту сравнения частотно- фазового детектора второго кольца ИФАПЧ2 при малом шаге сетки, что позволяет повысить скорость переключения рабочих частот.
В то же время в тандемном ЧМЦСЧ для ослабления частотных искажений в области нижних модулирующих частот при формировании ЧМ-сигнала в первом
кольце ИФАПЧ1 полосу пропускания фильтра нижних частот этого кольца при модуляции управляемого генератора первого кольца ИФАПЧ1 методом ЧМ1 приходится выбирать узкой, что снижает быстродействие этого кольца.
В [1,2] приведена и описана схема тандемного ЧМЦСЧ, в которой в первом кольце ИФАПЧ1 введена дополнительная цепь автокомпенсации частотных искажений в области нижних модулирующих частот, при этом используется модуляция методом ЧМ1АК. Однако полностью избавиться от искажений эта цепь не позволяет, так как регулирование происходит по фазе.
Цель работы — исследование возможности формирования равномерной амплитудно-частотной модуляционной характеристики (АЧМХ) как в области нижних, так и в области верхних модулирующих частот при сохранении высокого быстродействия синтезатора в целом.
Исследования показывают, что равномерную АЧМХ в области нижних модулирующих частот можно сформировать при использовании в первом кольце ИФАПЧ1 двухточечной угловой модуляции как управляемого генератора, так и косвенной частотной модуляции импульсно-фазового модулятора в опорном канале методом ЧМ12 совместно с использованием дополнительного канала автокомпенсации частотных искажений. В этом случае в первом кольце ИФАПЧ1 осуществляется частотная модуляция методом ЧМ12АК.
Девиация частоты на выходе импульсно-фазового модулятора должна быть в N1/R1 раз меньше, чем на выходе управляемого генератора первого кольца ИФАПЧ1, где N1 и R1 — соответственно коэффициенты деления частоты делителей с переменным и фиксированным коэффициентом деления первого кольца ИФАПЧ1.
Это уменьшение девиации частоты достигается с помощью аттенюатора при заданной крутизне модуляционной характеристики импульсно-фазового модулятора.
Структурная схема тандемного ЧМЦСЧ с двухточечной частотной модуляцией и дополнительным каналом автокомпенсации частотных искажений в первом кольце ИФАПЧ1 методом ЧМ12 АК, а также с частотной модуляцией методом ЧМ2 во втором кольце ИФАПЧ2 изображена на рис. 1 [3].
На этом рисунке приняты следующие обозначения: УГ1 и УГ2 — управляемые генераторы первого и второго колец ИФАПЧ- ОГ — опорный кварцевый генератор- ФНЧ1 и ФНЧ2 — фильтры нижних частот первого и второго колец ИФАПЧ- ИМС — источник модулирующего сигнала- С — линейный сумматор- РУ — регулируемый усилитель- ИФМ — импульсно-фазовый модулятор- АТ — аттенюатор- ИНТ — интегратор- ИНВ — инвертор- УПТ — усилитель постоянного тока- ДФКД1, ДФКД2 — делители частоты с фиксированными коэффициентами деления первого и второго колец ИФАПЧ- ДПКД1 — делитель частоты с переменным коэффициентом деления первого кольца ИФАПЧ1- ДДПКД2 — дробный делитель частоты с переменным коэффициентом деления второго кольца ИФАПЧ2- ЧФД1 и ЧФД2 — частотно-фазовые детекторы первого и второго колец ИФАПЧ- БУЧ — блок установки частоты- ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.
УПТ
ОГ
ИНВ
ФНЧ1
4 ИНТ, А АТ
С ч
3 г-.
ИФ
ДФКД1
ЧФД1
БУЧ
ДПКД1
ИМС
УГ1
и
М
(і)
А/і(-)
ДФКД 2
ЧФД 2
ЦА

А/2(і)
ДДПКД2
УГ 2
ФНЧ 2
Рис. 1. Структурная схема тандемного ЧМЦСЧ с двухточечной частотной модуляцией и дополнительным каналом автокомпенсации частотных искажений
Анализируя структурную схему тандемного ЧМЦСЧ, можно констатировать, что его следует рассматривать как устройство, преобразующее мгновенное значение модулирующего напряжения и М (?) в мгновенную девиацию частоты Л/2(?) на выходе.
Воспользовавшись операторным методом Лапласа, составим эквивалентную операторную схему этого устройства, на основании которой получим передаточную модуляционную функцию (ПМФ) как отношение операторного изображения девиации частоты А/2(р) к операторному изображению модулирующего сигнала им (Р)-нормированную на крутизну модуляционной характеристики УГ1:
1 (1)
Н (р) — Р Т1ТН1 + рТ1(1 + ^Р2) + ^Р1
Р Т1ТН1 + рТ1(1 + NР2) + 1 Р Т2ТН2 + рТ2 + 1 Т2 — постоянные времени колец ИФАПЧ- ТН1, ТН2 — постоянные времени ФНЧ1 и ФНЧ2-
N1 1
АО
Щ1 2р ОЕ ЯІОА 1
— коэффициент регулирования цепи компенсации
частотных искажений по возмущению при двухточечной угловой модуляции- кАТ — коэффициент передачи АТ- ТИ — постоянная времени интегратора- $ИМ — крутизна
модуляционной
характеристики
характеристики ИФМ- УГ1. Очевидно, при
V ___
°МУГ1
АО
N 1
крутизна
ЯІОА 1
модуляционной
коэффициент
ЕІ
регулирования NР1 -1.
N
1
02
к — 1 — коэффициент регулирования цепи автокомпенсации
А
частотных искажений с регулировкой по отклонению- к — коэффициент усиления
УПТ- - крутизна детекторной характеристики ЧФД1. Остальные обозначения
были введены ранее.
Очевидно, что при заданных значениях Я1, 8ИМ и ЯД1 коэффициент
регулирования можно изменять, изменяя коэффициент усиления к УПТ. Чем больше значение NР2, тем более эффективно работает цепь автокомпенсации частотных искажений с регулировкой по отклонению.
Из выражения (1) видно, что режим частотной модуляции устойчивый, так как в характеристическом уравнении по Гурвицу все коэффициенты положительны.
В общем случае предложенная схема тандемного ЧМЦСЧ может работать в широком диапазоне частот ОВЧ и УВЧ диапазонов. Однако, поскольку нас интересует режим частотной модуляции в зависимости от NР1 и NР2, а также от ТН1 и ТН 2,
зафиксируем постоянные времени Т1 — 5 • 10−3 с, Т2 — 2 • 10−6 с, а также частоты модуляции? Н … ГВ — (1 •101…1 -104)Гц.
Заменив в выражении (1) р на Ю., получим нормированную комплексную частотную модуляционную характеристику (КЧМХ):
*¦/ (, а) — ^ -?2тт 1 +1ат1(1+NР2)------------_!-----------. (2)
1 —. 2Г1Г/ 1 + і. Т1(1 + NP2) 1 —. 2Т2Т/ 2 + і. Т2 Разделяя КЧМХ (2) на действительную и мнимую составляющие и находя модуль (2), получим расчётную формулу АЧМХ синтезатора, использующего метод ЧМ12АК в первом кольце ИФАПЧ и метод ЧМ2 во втором кольце ИФАПЧ.
А/ (^ -
(Npl — 4р2^2Т|Т/, -2 + 4р2^2Т, 2(1 + Npl)2_____________(3)
(1 — 4р2^2Т1Т/ 1)2 + 4р2^2Т12(1 + NP1)2[(1−4р2^2О2О/ 2)2 + 4р2^2О22]
Проведём анализ АМ (^) в зависимости от NР1 и NР2 при постоянных значениях ТН1 = 0,16 • 10−3 с (ЕСР1 = 1кГц), ТН2 = 0,16 10 -5 с (ЕСР2 = 100кГц).
На рис. 2, а приведён график АЧМХ при NР1 = NP2 = 0, т. е. при отсутствии цепей компенсации, на рис. 2, б — при N Р2 = 0, N Р1 = 0,8, на рис. 2, в — при N Р1 = 0, NР 2 = 10 и на рис. 2, г — при NР1 = 0,8, NР 2 = 10.
Из графика на рис. 2, а видно, что в синтезаторе с частотно-модулированным УГ1 при NРl = NP2 = 0 имеют место существенные частотные искажения в области нижних модулирующих частот как в полосе пропускания ФНЧ1, так и за её пределами.
Введение цепи компенсации частотных искажений с регулировкой по возмущению ослабляет эти частотные искажения, однако в этой схеме уровень частотных искажений определяется точностью установки коэффициента регулирования NРl = 1.
Как видно из рис. 2, б, даже 20%-ная неточность установки NРl = 1 приводит к существенным частотным искажениям.
Введение цепи автокомпенсации частотных искажений с регулировкой по отклонению даже при NР1 = 0 корректирует форму АЧМХ, однако, как следует из рис. 2, в, при этом невозможно ослабить частотные искажения на низких модулирующих частотах, так как регулирование в этой схеме происходит не по частоте, а по фазе.
М (Р) 0. 5
7
/
1. 5
АН (Р)
1 10 1 00 1−103 1−104 1−105
Р, Гц
0. 5
3 4 5
1 10 100 1 10 1 10 1 10
Р, Гц
1. 5
г (Р)
0. 5
/
1 10 100 1−103 1−104 1−105 Р, Гц
Р, Гц г
Рис. 2. Графики АЧМХ
1
1
0
б
а
0
в
Как следует из рис. 2, г, совместное использование цепей компенсации частотных искажений по возмущению и отклонению, т. е. при модуляции методом ЧМ12АК в первом кольце ИФАПЧ и методом ЧМ2 во втором кольце ИФАПЧ сглаживает недостатки обоих методов и подчёркивает их достоинства.
Что касается частотных искажений в области верхних модулирующих частот, то, как следует из рис. 2, а-г, при выборе частоты среза ФНЧ2 много больше Рв, частотные искажения в области верхних модулирующих частот даже при цифровом сигнале, имеющем РВ «10кГц, практически отсутствуют.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент на ПМ № 62 310 РФ, Н 03 С 3/10, Н 03 Ь 7/18. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией / С. Л. Анисимов, Е. А. Печенин, П. А. Попов. -
№ 2 006 143 175- Заявл. 07. 12. 06.- Опубл. 27. 03. 07. — Бюл. № 9.
2. Курилов И. А. Автоматическая компенсация частотных искажений в двухкольцевых частотно-модулированных цифровых синтезаторов частот / И. А. Курилов, С. Л. Анисимов // Радиотехника. — 2008. — № 9. — С. 91−93.
Патент на ПМ № 71 487 РФ, Н 03 С 3/10, Н 03 Ь 7/18. Цифровой синтезатор частот /
О. В. Чёткин, Е. А. Печенин, П. А. Попов, И. П. Усачев. — № 2 007 139 341/22- Заявл. 25. 10. 07.- Опубл. 10. 03. 08. — Бюл. № 7.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой