ИСТОЧНИКИ ЗОНДИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ

Управляемые генераторы – синтезаторы частоты как область радиотехники

Классификация синтезаторов частоты

Современный синтезатор частот (СЧ) это устройство, которое под действием внешнего электрического управления генерирует одну (реже – несколько) частоту из обусловленного множества частот. Обычно СЧ предоставляет возможность достаточно быстрого переключения в произвольный момент времени с текущей частоты на произвольную частоту обусловленного множества. Благодаря своим замечательным свойствам, СЧ используются буквально во всех радиотехнических системах – передачи данных, радиосвязных, радиолокационных, разведывательных, радионавигационных, телевизионных, телеметрических, радиоастрономических, радиоэлектронной борьбы и активного противодействия, радиоконтроля эфира, глобального ориентирования, радиоизмерительных, метрологических частоты и времени, испытательных. Непрерывно ужесточающиеся требования приложений, с одной стороны, прогресс в цифровой технике, в построении сверхстабильных и сверхточных генераторов, сверминиатюризация и интеграция, с другой стороны, привели к огромному разрастанию числа типов и подтипов СЧ; необходима разветвленная классификация СЧ.

Методы синтеза частот разделяются на прямые (множество частот образуется прямыми линейными и нелинейными преобразованиями опорных частот), косвенные (множество частот образуется с помощью отдельных управляемых и регулируемых генераторов, привязанных к опорным частотам) и непосредственного цифрового синтеза (монохроматические колебания с частотами обусловленного множества создаются цифровой техникой с помощью вычислительных алгоритмов). Участвующие в прямом синтезе фильтры могут быть аналоговыми, цифровыми, на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) или основанными на каком-либо другом эффекте. В зависимости от числа опорных источников различают когерентный синтез (один опорный источник) и некогерентный синтез (два или несколько источников). Привязка в косвенном синтезе может производиться с помощью петель фазовой автоподстройки (ФАП), частотной автоподстройки (ЧАП), частотно-фазовой автоподстройки (ЧФАП), иных методов. Эти петли отличаются видом дискриминатора. Привязываемый генератор управляется через петлю напряжением (ГУН) с помощью варикапа, током (ГУТ) с помощью ЖИГ-резонатора, или иным способом. При косвенном синтезе петля может быть аналоговой или цифровой. В последнем случае для приведения частот опорного и управляемого генераторов к рабочей частоте дискриминатора в петле ставятся делители частоты. Они могут быть с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) или с переменным коэффициентом деления (ДПКД). ДПКД управляются сигналами извне и могут быть с целым коэффициентом деления или с дробным коэффициентом деления (ДДПКД). Последние предоставляют СЧ важные преимущества, однако являются источником помех дробности (ПД). Многочисленные способы борьбы с ПД разделяются на методы рационального изменения во времени, методы компенсации ПД, комбинированные методы. Методы компенсации могут быть аналоговыми, цифровыми, аналогово-цифровыми. При косвенном синтезе может быть одно преобразование частоты, два преобразования частоты, три или более преобразований частоты. Структура петель может быть различна, различают последовательные и параллельные петли; всего может быть одна петля, две петли, три или более петель. Фильтр в петле привязки может быть первого, второго или более высокого порядка. Для уменьшения ошибки слежения чаще всего применяют фильтр второго порядка с «идеальным интегратором». Аналоговая петля может включать или не включать дополнительную грубую настройку. В узкополосных петлях привязки косвенных СЧ для расширения захвата регулирования применяется или не применяется качание частоты с помощью качания напряжения в цепи управления. ГУНы и ГУТы строятся, в основном, по схеме емкостной трехточки (генератор Колпитца) на биполярном или полевом транзисторе с общей базой (общим затвором). Резонаторы управляемых генераторов строятся на сосредоточенных реактивных элементах, на отрезках линий передачи, на диэлектрике, на ЖИГ-сфере, с включением керамики или лейкосапфира. Иногда для уменьшения фазовых шумов диапазон рабочих частот управляемого генератора разбивается на поддиапазоны путем электронного подключения к резонатору разных конденсаторов с помощью p-i-n-диодов. Возможны варианты: без разбиения, два поддиапазона, три или более поддиапазонов. В цифровых петлях ФАП и ЧФАП применяются дискриминаторы типа «выборка-запоминание», на логических элементах, смешанные. В связи с различием требований к СЧ и вытекающим отсюда различием их структуры, имеет смысл разделять СЧ по диапазонам волн: метрового и более низкочастотных, дециметрового и сантиметрового, миллиметрового.