Анализ фазо-частотных модуляционных характеристик тандемных синтезаторов частот с угловой модуляцией управляемого и опорного генераторов Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.396.42

АНАЛИЗ ФАЗО-ЧАСТОТНЫХ МОДУЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТАНДЕМНЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ УПРАВЛЯЕМОГО И ОПОРНОГО

ГЕНЕРАТОРОВ

А. Б. Антиликаторов, О. В. Четкин

Рассмотрен двухкольцевой синтезатор частот, построенный по тандемной схеме. Описана структурная схема рассматриваемого синтезатора, определена передаточная модуляционная функция и построены фазо-частотные модуляционные характеристики при различных параметрах схемы

Ключевые слова: тандемный синтезатор частот, угловая модуляция, частотные искажения

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, включенные по тандемной схеме, т.е. с последовательным включением двух колец импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ). В тандемном ЧМЦСЧ первое кольцо ИФАПЧ 1 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-чигнал синтезатора в диапазоне более высоких частот, как правило в диапазоне УВЧ.

В то же время в тандемном ЧМЦСЧ для ослабления фазовых искажений в области нижних модулирующих частот при формировании ЧМ-сигнала в первом кольце ИФАПЧ 1 полосу пропускания фильтра нижних частот этого кольца при модуляции управляемого генератора первого кольца ИФАПЧ 1 методом ЧМ1 приходиться выбирать узкой, что снижает быстродействие этого кольца.

В [1] описана структурная схема тандемного частотно-модулированного цифрового синтезатора частот, в котором предусмотрена частотная модуляция управляемого генератора первого кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) и одновременно частотная модуляция управляемого опорного генератора первого кольца ИФАПЧ (рис. 1).

Антиликаторов Александр Борисович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: [email protected] Четкин Олег Викторович - ВИ ФСИН России, канд. техн. наук, ст. преподаватель, e-mail: [email protected]

На этом рисунке приняты следующие обозначения: УГ1 - частотно-модулированный

управляемый генератор первого кольца ИФАПЧ 1; УОГ - частотно-модулированный управляемый опорный генератор; АТ - аттенюатор; РУ -регулируемый усилитель; БУЧ - блок управления частотой; ЦАП - цифро-аналоговый

преобразователь; ФНЧ1 и ФНЧ2 - соответственно фильтры нижних частот в цепях управления первого и второго колец ИФАПЧ; ДФКД1 и ДФКД2 -делители частоты с фиксированными коэффициентами деления соответственно первого и второго колец ИФАПЧ; ДПКД1 - делитель частоты с переменным коэффициентом деления первого кольца ИФАПЧ 1; ДДПКД2 - дробный делитель частоты с переменным коэффициентом деления второго кольца ИФАПЧ2.

Как следует из рис. 1, рассматриваемый тандемный ЧМЦСЧ представлен как устройство, преобразующее мгновенное значение полезного модулирующего сигнала им (V) в полезное мгновенное отклонение частоты А/2 (V) выходного сигнала кольца ИФАПЧ2, т.е. выходного сигнала тандемного ЧМЦСЧ.

Эквивалентная операторная схема, отражающая режим частотной модуляции в таком ЧМЦСЧ описана в [1].

ПМФ такого синтезатора частот с использованием [2] описывается выражением

(р) = Шш( р)- Жм 2( р) =

4/2( Р) им (р)!

где (Р) =

4/1(р)

; ^(р) =

4Ш

Д^(р)

(1)

(2)

им (Р)

причем Жм 1(Р) и Wм 2 (Р) - ПМФ

соответственно первого и второго колец ИФАПЧ, включенных последовательно в схеме на рис. 1. Получим

*£( р) = ЖМ„( р) •ЖН12( р) =

= р Хтн 1 + рТ1 +

Р1

(3)

р ТТн 1 + рТ1 +1 _________1_________

Р 2Т2ТН 2 + рТ2 + 1

В этом выражении приняты следующие условные обозначения: Т1, Т2 - постоянные

времени соответственно первого кольца ИФАПЧ и второго кольца ИФАПЧ; Тн 1, Тн 2 - постоянные времени ФНЧ1 и ФНЧ2; NР1 - коэффициент регулирования частотно-фазовых искажений.

Для анализа ФЧМХ синтезатора найдем нормированную комплексную частотную модуляционную характеристику (КЧМХ), заменяя в выражении (3) р на /О

Ою)=-^(/п)=

Nрі — О ТгТні + /ОТ

і—п2ттн1 +/ОТ

1 — ° Т2Тн2 +/'ПТ2

(4)

Далее на основании выражения 4 ФЧМХ

синтезатора ^Ні(О) можно определить как сумму отношений изображений Фурье выходной и входной величины первого кольца ИФАПЧ со вторым кольцом ИФАПЧ, при нулевых начальных условиях

^Ні(О) = ^Ніі(П)+^Ні2(О).

іН

н

(5)

Находя аргумент выражения (4) получим формулу, определяющую ФЧМХ тандемного ЧМЦСЧ с угловой модуляцией управляемого и опорного генераторов

NP1 — 1

^(^Т -О-ТН1) + О - Т1 - ТН1 -О- ТН1 + О Т1

.(6)

+агсЩ-

о-Т,

Имея ввиду, что частота модуляции в

р=% п

ФЧМХ синтезатора

У М1(Р) = агсіш-

^(—— -гп¥-Тт) + (2П) Т -ТН1 — 2пЕ-Тт + 2П-Т1 2лЬ - Т,

.(7)

+аг^—

Тн 1 = 16-10 ~3 с

На рисунке 2 представлено семейство ФЧМХ тандемного синтезатора при заданных

параметрах, Т1 = 5-10-3 с, Т2 = 2-10-6 с,

(^ = 10 Гц), Тн2 = 1,6-10-5 с (ЕСР2 = 10кГц), и различных

значениях NP1 = 0; 0.8; 0.9; 1.1; 1.2, причем сплошная линия при фазовом сдвиге 900 соответствует NP1 = 0, точечная - NP1 = 0.8, штрихпунктирная - NP1 = 0.9, штриховая -NР1 = 1.1, сплошная линия - NP1 = 1.2.

1

+

1

Рис. 2. ФЧМХ Т (Г) при различных значениях коэффициента регулирования частотных искажений.

Из графика на рис. 2 видно, что в синтезаторе с частотно-модулированным УГ1 и УОГ при N р = 0 имеют место существенные

фазовые искажения в области нижних модулирующих частот как в полосе пропускания ФНЧ1, так и за ее пределами.

Введение цепи компенсации частотнофазовых искажений с регулировкой по возмущению ослабляет эти фазовые искажения, однако в этой схеме уровень частотных искажений определяется

Литература

1. Четкин, О. В. Частотные

характеристики тандемных цифровых синтезаторов частот с угловой модуляцией управляемого и опорного генераторов [Текст] / О.В. Четкин, Н.С.

точностью установки коэффициента регулирования.

Как видно из рис. 2 даже 20% неточность установки NР1 = 1 приводит к существенным фазовым искажениям.

Хохлов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. - Том5, №4. -С. 72-75.

2. Бесекерский, В.А. Теория систем

автоматического регулирования [Текст] / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. - М.: Наука, 1972. - 767с.

Воронежский государственный технический университет

Воронежский институт Федеральной службы исполнения и наказания России

ANALYSIS FHASE-FREQUENCY MODULATION CHARACTERISTICS OF TANDEM SYNTHESIZERS OF FREQUENCIES’ WITH ANGULAR MODULATION OF CONTROLLED

AND SUPPORTING GENERATORS

A.B. Antilikatorov, O.V. Chetkin

Two-circular frequency synthesizers within built a tandem circuit. Structural diagram of the given synthesizer is described, a transmission modulation function is defined and phase-frequency amplitude modulation characteristics are implemented with different circuit parameters

Key words: tandem synthesizer of frequency, angular modulation, frequency distortions