Частотные модуляционные характеристики двухкольцевых синтезаторов частот с угловой модуляцией Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

О.С. Авсентьев, С. Л. Анисимов

кандидат технических наук, доцент

ЧАСТОТНЫЕ МОДУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХКОЛЬЦЕВЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ С УГЛОВОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ

Из рассмотрения методов введения частотной модуляции в цифровые синтезаторы частот (ЦСЧ) следует, что для удовлетворения требованиям по модуляции с учетом обеспечения быстродействия и чистоты спектра модуляцию можно осуществить при использовании двухкольцевого ЦСЧ с последовательным включением колец, при этом модулирующий сигнал следует ввести в ГУН первого кольца по методу ЧМ1. Поскольку в этом случае для второго кольца модуляция осуществляется по опорному каналу (ЧМ2) и с учетом широкополосности второго кольца проблем с ограничением модуляции по верхним модулирующим частотам не будет. Для выполнения требований по нижним частотам полосу пропускания в первом кольце необходимо выбрать узкой, что согласуется с выводами

о получении выходного сигнала с высокой чистотой спектра.

В [1] была предложена и в [2] описана структурная схема двухкольцевого ЧМЦСЧ, построенного по «тандемной» схеме, в которой используется частотно-модулированный ГУН1 первого кольца ИФАПЧ (рис. 1). Условные обозначения элементов схемы соответствуют принятым в [1, 2].

Особенностью этой схемы является то, что во втором кольце ИФАПЧ используется ДДПКД2, а также то, что в цепях управления первого и второго колец ИФАПЧ включены управляемые усилители УУ1 и УУ2, которые служат здесь для того, чтобы при изменении частот 1 и 1 постоянные времени первого и второго колец ИФАПЧ Т1 и Т2 оставались постоянными и не влияли на изменение девиации частоты первого кольца Д1 и второго кольца Д! при переключении выходной частоты 1 ЧМЦСЧ.

При таком построении двухкольцевого ЧМЦСЧ для ослабления частотных искажений в области нижних модулирующих частот полосу пропускания в первом кольце необходимо выбрать узкой. Кроме того, узкая полоса пропускания первого кольца обеспечивает высокую чистоту спектра сигнала на выходе первого кольца.

УУ1

ФНЧ1

ОКГ *0 ДФКД1

ДПКД1

ГУН1

БУЧ

Uм

ИМС

f1

М

ДФКД2

ІКРОСХЕМА ЦСЧ2

ЧФД2

ДДПКД

ФНЧ2

УУ2

ГУН2

Рис. 1. Структурная схема двухкольцевого ЧМЦСЧ с одноточечной модуляцией управляемого генератора первого кольца (ЧМ1)

Используя эквивалентные схемы узлов синтезатора, составим эквивалентную схему (рис. 2) синтезатора, изображенного на рис. 1, отражающую режим угловой модуляции.

На этом рисунке приняты следующие обозначения:

о О О

К А = —^ = —2—— коэффициент передачи УА;

N

N

N1 - коэффициент деления ДПКД1;

Я2 - коэффициент деления ДФКД2;

N2 = N - коэффициент деления ДДПКД2, причем N и Я целые числа > Я);

2 о

8гу1 — крутизна управления по управляющему входу ГУН1;

8гу2 — крутизна управления по управляющему входу ГУН2;

Б1(р) — передаточная функция ФНЧ1;

Р2(р) — передаточная функция ФНЧ2;

К1 — коэффициент усиления УУ1;

К2 — коэффициент усиления УУ2;

Бд1 — крутизна детекторной характеристики ЧФД1;

Бдг — крутизна детекторной характеристики ЧФД2;

им(р) — операторное изображение модулирующего напряжения;

2

Д^(р) — операторное изображение девиации частоты ГУН1 на выходе первого кольца ИФАПЧ;

Д^(р) — операторное изображение девиации частоты ГУН2 на выходе второго кольца ИФАПЧ;

Рис. 2. Эквивалентная схема двухкольцевого ЧМЦСЧ с модуляцией методом ЧМ1,

отражающая режим угловой модуляции.

На основании эквивалентной схемы, изображенной на рис. 2, нормированная передаточная функция (ПМФ)

Ж мн1( р ) = Г”( р) • Ж 2«( р).

ПМФ первого кольца

Ж*( р) = рТ, +рТ{Тн н

1 + ртх + р2 тТн 1 ПМФ второго кольца

Ж 2і( р ) =

(1)

(2)

1

1 + рТ2 + р 2 Т2 Тн2

(3)

где Т1 =

Т2 =

N1

— постоянная времени первого кольца ИФАПЧ1,

— постоянная времени второго кольца ИФАПЧ2,

Тн1, Тн2— постоянные времени ФНЧ1 и ФНЧ2.

Заменив в выражении (2) р на ]0, получим комплексную частотную модуляционную характеристику (КЧМХ) ж1н1( уО) первого кольца в виде

уО Т, - О2 Т1Тн1

жгН( уо) =

(4)

1 + уат -а2тхтн1

Находя модуль выражения (4), после преобразований получим выражение для АЧМХ первого кольца ИФАПЧ1 синтезатора

А1н1( О) = О Т1

1 + О2 тн2 . (5)

виде

\(1 -О2 ттн1)2 + О2 Т1 Заменив в выражении (3) р на получим КЧМХ W21(jО) второго кольца в

ИК/а) = №Наа) = , + От -О2ТТ (6)

1 + ]°Т 2 О Т2Т н2

Находя модуль выражения (6), после преобразований получим выражение для АЧМХ второго кольца ИФАПЧ2 синтезатора

а;,( о )=-,—--Ц——. (7)

7(1 -О2т2т,2)2 + й т2

На рис. 3 изображены нормированные АЧМХ первого кольца ИФАПЧ1 синтезатора при модуляции методом ЧМ1 для различных постоянных времени ФНЧ1, причем

_3

сплошная линия построена при Тн1 = 16-10 с, что соответствует частоте среза ФНЧ1 Бс1 = 10 Гц, а точечная линия построена при Тн1 = 8 • 10-3 с, что соответствует частоте среза ФНЧ1 Бс1 = 20 Гц.

2.5

2.25

2

1.7 5

А111 (Б) !-5

1 25

А112(Б)

0.75

0.5

0.25

1

V *■ Л •

■ \ * * \ * ■ *

1 1 « V. * >

1 * 1 1 г »

\ * ] • 1»

I*

/

20 40 60 §0 100 120 140 160 130 200

Рис. 3. Нормированные АЧМХ первого кольца ИФАПЧ1 синтезатора при модуляции методом ЧМ1 для различных постоянных времени ФНЧ1

Анализ АЧМХ, изображенных на рис. 3, показывает, что для уменьшения частотных искажений в области нижних модулирующих частот необходимо в схеме синтезатора, в котором модуляция осуществляется методом ЧМ1, уменьшать полосу пропускания ФНЧ1. В этом случае, очевидно, необходимо предусмотреть меры по обеспечиванию заданного быстродействия.

На рис. 4 изображены нормированные АЧМХ второго кольца ИФАПЧ2 синтезатора при модуляции методом ЧМ1 для различных постоянных времени ФНЧ2, причем сплошная линия построена при Тн2 = 8• 10-6 с, что соответствует частоте среза

Ес2=20 кГц, а точечная линия построена при Тн2 = 4-10 6 с, что соответствует частоте среза Бс2 = 40 кГ ц.

Рис. 4. Нормированные АЧМХ второго кольца ИФАПЧ2 синтезатора при модуляции методом ЧМ1 для различных постоянных времени ФНЧ2

Анализ АЧМХ, изображенных на рис. 4, показывает, что широкая полоса пропускания ФНЧ2 синтезатора обеспечивает практическое отсутствие частотных искажений в области верхних модулирующих частот при модуляции как аналоговым, так и цифровым сигналом с ограниченным спектром.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анисимов С. Л. Тандемные цифровые синтезаторы частот с дробно-кратным делителем частоты второго кольца / С.Л. Анисимов // Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем»: сборник материалов.— Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2007.— С. 8—9.

2. Анисимов С. Л. Построение двухкольцевых частотно-модулированных синтезаторов частот на современной цифровой элементной базе / С. Л. Анисимов, П. А. Попов // Вестник Воронежского института МВД России.— 2007.— №1.— С.174—177.