Главная | Научная деятельность | Издания | Формирование ЧМ сигналов в синтезаторах с автоподстройкой. Тихомиров Н.М., Романов С.К., Леньшин А.В. / 2004

Научная деятельность

Формирование ЧМ сигналов в синтезаторах с автоподстройкой. Тихомиров Н.М., Романов С.К., Леньшин А.В. / 2004
Формирование ЧМ сигналов в синтезаторах с автоподстройкой УДК 621.396.42

Формирование ЧМ сигналов в синтезаторах с автоподстройкой. – М.: Радио и связь, 2004. – 210 с.: ил. ISBN 5-256-01737-3

Изложены основные понятия и особенности реализации ЧМ в синтезаторах частот (СЧ) с системой импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ). Значительное внимание уделено методам построения частотно-модулируемых синтезаторов (ЧМ-СЧ), их расчету, проектированию, а также вопросам практического применения в радиосистемах связи. Даны готовые формулы для инженерных расчетов параметров ЧМ-СЧ и приведены примеры построения отдельных узлов синтезаторов.

Предлагаемая монография предназначается для широкого круга научных и инженерно-технических работников, занятых проектированием радиосредств на дискретном множестве частот, а также преподавателям ВУЗов и студентам радиотехнических специальностей при курсовом и дипломном проектировании.


Рецензенты:
Доктор техн. наук, проф. В.Н.Кулешов, Московский энергетический институт (Технический университет)
Доктор техн. наук, проф. П.А.Попов, Воронежский институт МВД РФ

Предисловие

В предлагаемой книге рассмотрены проблемы, возникающие при исследовании и построении частотно-модулируемых синтезаторов частот (ЧМ-СЧ).

Устройства ЧМ-СЧ выполняются на основе системы импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) и дают возможность получения ЧМ выходного сигнала при сохранении основных функциональных назначений систем синтеза частоты. Широкополосная частотная модуляция выходных колебаний синтезатора, выполненного на основе ИФАПЧ, позволяет значительно упростить тракт формирования сигнала радиопередающего устройства, работающего на дискретном множестве частот.

По существующей терминологии ЧМ-СЧ, используемый в качестве задающего генератора передатчика, может быть назван также возбудителем. С точки зрения техники синтеза частот ЧМ-СЧ должен удовлетворять таким традиционным требованиям, как стабильность средней частоты, шаг сетки частот, быстродействие, спектральная чистота и т.п. Однако особенностью рассматриваемого авторами устройства является то, что одновременно с этим в ЧМ-СЧ следует выполнить нормы по формированию заданного закона модуляции с минимальными искажениями. К таким нормам относятся девиация частоты, неравномерность амплитудно-частотной модуляционной характеристики (АЧМХ) в данной полосе частот, уровень искажений ЧМ сигнала и т.д. Эти дополнительные требования к ЧМ-СЧ, как показано в книге, обычно приводят к необходимости поиска компромиссных решений для получения наилучших спектральных, динамических и модуляционных характеристик устройства.

Рассматриваемое в книге одно из направлений совершенствования устройств синтеза частот, которым является переход к осуществлению частотной модуляции непосредственно в системе ИФАПЧ синтезаторов частот, основано на работах российских ученых В.В. Шахгильдяна, В.А. Левина, В.И. Борисова, В.Н. Кулешова, А.В. Рыжкова, А.В. Пестрякова и др. Этот принцип построения ЧМ-СЧ позволяет существенно расширить область применения синтезаторов дискретного множества частот с помощью ИФАПЧ.

Применительно к ЧМ-СЧ ранее в работах П.А. Попова, Н.А. Ююкина, С.А. Шерстюкова, И.П. Усачева и др. использовалась лишь линейная непрерывная модель системы ИФАПЧ, остался необоснованным учет влияния дискретизации в процессе автоподстройки, отсутствовало понятие комбинационных (нелинейных) искажений закона ЧМ модуляции, не учитывалось влияние неидентичности усиления каналов модуляции при двухточечных методах и т.д.

Авторами книги обоснована связь динамических и фильтрующих свойств ЧМ-СЧ с качеством модуляционного процесса. Найдена обобщенная структурная схема, на основании которой произведена оценка функциональных возможностей ЧМ-СЧ с учетом дискретного характера работы системы ИФАПЧ, и получены аналитические выражения для оценки уровней частотных и нелинейных искажений.

Исследуется дискретная модель системы ИФАПЧ с периодической нелинейностью и устанавливается, что оптимальным является двухточечный метод ЧМ, поскольку при этом имеется возможность получения высококачественных модуляционных характеристик при одновременном выполнении жестких требований по динамическим и спектральным параметрам синтезатора частот. Проведено подробное сравнение по параметрам качества модуляции дискретных линейных моделей ИФАПЧ синтезаторов с принципиально различными типами детекторов: с тремя устойчивыми состояниями (ИФД1) и «выборка-запоминание» (ИФД2). Исследование проведено с помощью частотных методов с использованием передаточных функций и частотных характеристик, и созданы методы инженерного расчета параметров ЧМ-СЧ на требуемое качество модуляции, что особенно важно для инженерной практики.

Материал книги состоит из нескольких глав. В главе 1 рассматриваются основные методы получения ЧМ сигналов. Даются обзор и классификация существующих методов введения модулирующего воздействия в систему импульсно-фазовой автоподстройки частоты частотно-модулируемых синтезаторов частот. Обосновываются преимущества получения частотно-модулированных сигналов на базе синтезаторов с ИФАПЧ. Обсуждаются методы исследования ЧМ-СЧ.

Глава 2 посвящена частотному анализу систем ИФАПЧ частотно-модулируемых синтезаторов при одноточечных и двухточечных методах модуляции с использованием линейной дискретной модели. Для каждого метода модуляции рассмотрены структурные схемы систем ИФАПЧ и получены выражения преобразования по Лапласу выходного сигнала ЧМ-СЧ. Найдена обобщенная структурная схема, использование которой позволяет получить выражения для оценки уровней линейных и нелинейных искажений модулирующего сигнала.

В главе 3 проводится анализ устойчивости и показателей качества модуляции конкретных видов ЧМ-СЧ. Применяются частотные методы (с билинейным преобразованием), основанные на использовании передаточных функций и частотных характеристик с привлечением Z- и W-преобразований. Рассмотрены вопросы определения параметров астатических систем ИФАПЧ третьего порядка в составе ЧМ-СЧ с детектором с тремя устойчивыми состояниями. Для сравнения показателей качества модуляции решаются также задачи определения параметров систем ИФАПЧ ЧМ-СЧ с детектором типа «выборка-запоминание».

В главе 4 исследуются пути улучшения качественных показателей ЧМ-СЧ. Определяется связь запасов устойчивости системы ИФАПЧ с качественными показателями модуляции в ЧМ-СЧ. Анализируются динамические и спектральные характеристики синтезаторов в режиме ЧМ в зависимости от качества модуляции при наличии в системе ИФАПЧ фильтра высокого порядка. Уточняется влияние неравномерности крутизны характеристики управления управляемого генератора (УГ) на уровни линейных и нелинейных искажений в ЧМ-СЧ при смене выходных частот.

В главе 5 освещаются методы и порядок инженерного проектирования ЧМ синтезаторов на требуемое качество модуляции, динамические и спектральные характеристики. Приводится пример расчета ЧМ синтезатора и практическая реализация его элементов. Подробно рассмотрены методы измерения параметров ЧМ синтезаторов.

Книга иллюстрирована большим числом графических зависимостей и таблиц, раскрывающих существо ЧМ в синтезаторах частот.

Приложения к книге содержат программы и номограммы для расчета параметров и анализа показателей качества ЧМ-СЧ, а также сводную таблицу данных на интегральные микросхемы СЧ.

В написании отдельных разделов книги принимал участие сотрудник ФГУП «Воронежский научно-исследовательский институт связи» М.Н. Тихомиров, совместно с которым написаны второй и третий разделы главы 5, а так же приложения 3 и 4.

Материал книги будет полезен инженерам, аспирантам и научным работникам, занимающимся исследованием и разработкой систем связи, студентам старших курсов вузов, обучающимся по соответствующим специальностям.

Авторы благодарны рецензентам: доктору технических наук, профессору В.Н. Кулешову и доктору технических наук, профессору П.А. Попову за полезные замечания, способствовавшие улучшению рукописи.

Оглавление

Предисловие 5
Указатель аббревиатур и обозначений 8
Глава 1. Обзор существующих методов формирования ЧМ сигналов 13
1.1. Основные методы формирования ЧМ сигналов 13
1.2. Формирование ЧМ сигналов в синтезаторах с системой ИФАПЧ 21
1.3. Методы исследования частотно-модулируемых синтезаторов 30
Глава 2. Частотный анализ качественных показателей ЧМ синтезаторов 35
2.1. Обобщенная структурная схема ЧМ синтезаторов 35
2.2. Амплитудно-частотные модуляционные характеристики ЧМ синтезаторов 42
2.3. Искажения ЧМ сигнала, обусловленные дискретным действием системы ИФАПЧ 47
2.4. Сравнительная оценка ЧМ синтезаторов с одноточечной и двухточечной модуляцией 53
Глава 3. Методы инженерного расчета ЧМ синтезаторов 59
3.1. Определение параметров ЧМ синтезаторов с детектором с тремя устойчивыми состояниями 59
3.2. Определение параметров ЧМ синтезаторов с детектором «выборка-запоминание» 89
3.3. Сравнение показателей качества ЧМ синтезаторов с детекторами «выборка-запоминание» и с тремя устойчивыми состояниями 98
3.4. Применение метода Z-преобразования для расчета искажений в ЧМ синтезаторах 103
Глава 4. Пути улучшения показателей качества ЧМ синтезаторов 110
4.1. Искажения в ЧМ синтезаторах при различных запасах устойчивости систем ИФАПЧ 110
4.2. Характеристики ЧМ синтезаторов с фильтрами нижних частот высокого порядка 123
4.3. Влияние нелинейности характеристики управляемого генератора на искажения в ЧМ синтезаторах 130
Глава 5. Проектирование ЧМ синтезаторов 138
5.1. Порядок проектирования ЧМ синтезаторов с ИФАПЧ 138
5.2. Пример расчета ЧМ синтезатора с детектором с тремя устойчивыми состояниями 142
5.3. Практическая реализация элементов ЧМ синтезаторов 148
5.4. Измерение параметров ЧМ синтезаторов 153
Приложение 1. Программы для расчета показателей качества ЧМ-СЧ 159
Приложение 2. Номограммы для анализа показателей качества и определения параметров ЧМ-СЧ 168
Приложение 3. Рекомендации по применению интегральных микросхем для ЧМ-СЧ 176
Приложение 4. Проектирование мощных широкополосных ЧМ-возбудителей для радиопередатчиков 185
Список литературы 200

скачать книгу (6.5 MB)