.

Синтезатор частоты в роли гетеродина

Нестабильность частоты гетеродина — одна из главных проблем, которую приходится решать при разработке высококачественного радиоприемного устройства. В приемниках, предназначенных для работы на одной или нескольких фиксированных частотах, нужной стабильности частоты добиваются применением кварцевых резонаторов. Значительно сложнее обстоит дело, если приемник должен плавно перекрывать диапазон частот. В этом случае чаще всего используют автоматическую подстройку частоты. Однако автоподстройке свойственен недостаток, заключающийся в том, что она работает только при наличии сигнала, причем эффективность ее работы зависит от амплитуды сигнала.

Есть и еще один путь: использовать в качестве гетеродина синтезатор частоты на основе кварцевого генератора. Однако здесь возникают свои трудности. Одна из них в том, что синтезатор не может генерировать колебания любой частоты: он вырабатывает сигналы дискретного ряда частот. Выход может быть только один: сужение интервалов между соседними частотами до приемлемого значения. Вторая трудность — известная сложность синтезаторов частоты Увеличение потребительских качеств приемников было достигнуто применением еще одного профес­сионального средства — цифрового синтезатора частот с кварцевой стабилизацией в качестве первого (а нередко и второго) гетеродина. В основе синтезатора лежит кварце­вый генератор — схема генератора, частота которого зада­стся частотой колебаний кварцевой пластины. Она очень стабильна — например, на частоте 1 МГц можно добиться ухода частоты на 0,1—10 Гц. С помощью специальных схем (умножителей и делителей частоты, выделения нужных гармоник) можно заставить синтезатор выдавать любые дискретные частоты. Последнее время синтезаторы дела­ют с цифровым управлением.

Цифровые синтезаторы не только резко повысили стабильность настройки приемников, но и позволили осуществить цифровое управление частотой настройки. Достаточно установить частоту станции, и она будет приниматься! Более того, появилась возможность хранить значения частот принимаемых станций в специальном запоминающем устройстве приемника и использовать простой (например, клавишный) переключатель для мгновенного выбора нужной станции.

В настоящее время синтезатор частоты может реализоваться на одной специализированной большой интег­ральной схеме (БИС) или на нескольких микросхемах умеренной степени интеграции. Это позволяет использо­вать синтезатор частоты в качестве гетеродина супергете­родинных приемников не только профессионального, но и бытового применения — от высококачественных тюне­ров до сверхминиатюрных дорожных и карманных всевол­новых радиоприемников.

Для управления приемником с синтезатором часто используется микрокомпьютер. При этом легко реализу­ется пошаговая настройка на станции. При приеме стан­ций с AM шаг настройки выбирают равным 9 кГц на ДВ и 10 кГц на СВ и KB — с таким шагом идут частоты станций. Однако иногда шаг настройки уменьшают до 1 или даже 0,1 кГц для обеспечения приема специальных радиостанций. В УКВ-диапазоне шаг настройки обычно составляет 50 кГц. Нередко используются системы поиска работающих радиостанций с их захватом в случае обнару­жения. Столь же просто (при наличии индикатора) осуще­ствляется установка частоты приема в цифровой форме и переключение фиксированных настроек приемника, что полезно при применении приемников в системах профес­сиональной связи.

 • Алгоритм работы синтезатора частоты задается системой управления. Если в приемнике используется два или более преобразования частоты, то на разных выходах синтезатора частоты необходимо одновременно иметь соответствующее число гетеродинных частотных «подставок».

Работа синтезатора частоты характеризуется следующими параметрами:

  •  диапазон синтезируемых частот;
  •  шаг сетки частот;
  •  число синтезируемых частот;
  •  уровень подавления побочных спектральных составляющих;
  •  среднеквадратические величины паразитных отклонений частоты и фазы колебаний • время перестройки частоты;
  •  мощность генерируемого колебания.

 Синтезаторы частоты содержат:

  •  аналоговый генератор, управляемый напряжением (ГУН);
  •  устройство формирования управляющего напряжения, выполненное как на аналоговых, так и на цифровых интегральных микросхемах.

 Синтезаторы частоты подразделяются по принципу построения на устройства

  • прямого (пассивного)
  • косвенного (активного) синтеза.

Пассивные синтезаторы частоты Пассивные ЦСЧ не имеют в своем составе устройств с обратной связью и теоретически обладают более высоким быстродействием при перестройке синтезатора с одной частоты на другую. Пассивные ЦСЧ строятся на основе набора кварцевых резонаторов (метод некогерентного синтеза) или с применением одного источника опорных колебаний с кварцевой стабилизацией частоты, на основе которого формируется вся сетка частот (метод когерентного синтеза частот).

Активные синтезаторы частоты  Если для получения сетки частот из одного эталонного колебания используются схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), то говорят об активном или косвенном синтезе. Схема автоподстройки является схемой с обратной связью. Она требует большего времени для перестройки частоты.

Синтез когерентных колебаний  Два гармонических колебания считаются когерентными, если отношение приращений их полных фаз во времени равно постоянному числу.

  • • К когерентным преобразованиям относятся умножение и деление частот, их суммирование и вычитание. В состав синтезатора с пассивным методом синтеза входят устройства, выполняющие эти операции.
  • • Когерентны также колебания, синхронизированные фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ).

 Сравнение методов построения синтезаторов частоты приводит к выводу, что если главным показателем является быстродействие, то преимущество следует отдать системам пассивного синтеза, позволяющим получить время перестройки частоты порядка единиц или даже долей микросекунды.
 Использование методов активного синтеза при достаточно густой сетке частот не позволяет получить время перестройки меньше десятков или даже сотен миллисекунд. Если доминирующим по значимости является спектральная характеристика синтезатора частоты, то предпочтительнее применять активную фильтрацию с помощью системы автоподстройки. Отношение полезного сигнала синтезатора к уровню детерминированных помех при активном синтезе достигает 80 … 100 дБ, в то время как при пассивном синтезе оно составляет только 60 … 80 дБ. По отношению к шумовым помехам оба метода синтеза примерно равноценны. В пассивных синтезаторах определяющую роль играют шумы умножителей частоты, а в активных – шумы гетеродина (автономного автогенератора).

Элементная база cинтезаторов Синтезаторы частоты того или другого типа могут быть выполнены на основе различной элементной базы:

  •  на аналоговой элементной базе;
  •  на цифровой элементной базе;
  •  в смешанном аналого-цифровом варианте.

 В первом случае синтезатор частоты называется аналоговым, • во втором и третьем – цифровым. В настоящее время в основном применяются цифровые синтезаторы частоты.