СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА Российский патент 2008 года по МПК H03L7/16 

Описание патента на изобретение RU2332787C1

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам формирования колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ), и может быть использовано в возбудителях передатчиков и гетеродинов приемников радиолокационных систем.

Известен синтезатор частот, содержащий перестраиваемый генератор (ПГ), первый и второй полосовые фильтры (ПФ), последовательно включенные эталонный генератор (ЭГ), первый делитель частоты (ДЧ), первый генератор гармоник (ГГ), первый селектор частоты (СЧ), первый смеситель (СМ); последовательно включенные второй ДЧ, второй ГГ, второй СЧ, второй СМ; последовательно включенные третий ДЧ, третий ГГ, третий СЧ, фазовый детектор (ФД), фильтр нижних частот (ФНЧ); при этом второй выход первого ДЧ соединен с входом второго ДЧ, второй выход которого соединен с входом третьего ДЧ; выход ФНЧ соединен с входом ПГ, выход которого соединен с вторым входом первого СМ, выход которого через первый ПФ соединен с вторым сходом второго СМ, выход которого через второй ПФ соединен с вторым входом ФД(Уткин Г.М. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. М., Сов. радио, 1979, стр.192).

Недостатком известного синтезатора частот является невозможность его реализации в СВЧ-диапазоне без применения дополнительных умножителей частоты, что приведет к ухудшению шумовых характеристик сигнала.

Наиболее близким к изобретению является синтезатор частот, содержащий эталонный генератор (ЭГ), последовательно включенные первый умножитель частоты (УЧ), второй УЧ, первый генератор гармоник (ГГ), первый полосовой фильтр (ПФ), первый смеситель (СМ); последовательно включенные второй ГГ, второй ПФ, второй СМ; последовательно включенные блок частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), фазовый детектор (ФД), усилитель постоянного тока (УПТ), второй ГУН; при этом первый выход ЭГ соединен с входом первого УЧ, выход которого соединен с входом второго ГГ; второй выход ЭГ соединен с первым входом блока ФАП, ко второму входу которого подключен второй выход первого ГУН; выход второго ГУН соединен с вторым входом первого СМ, выход которого через первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) соединен с вторым входом второго СМ, выход которого через второй УПЧ соединен с вторым входом ФД(Там же, стр.198.).

Причинами, препятствующими получению указанного ниже технического результата при использовании известного синтезатора частот, являются высокий уровень шумовых характеристик выходного сигнала, обусловленный действием умножителей частоты и генераторов гармоник, недостаточная чистота выходного сигнала и большая длительность перестройки.

Сущность изобретения заключается в следующем. Его задачей является улучшение шумовых характеристик, уменьшение побочных гармонических составляющих в спектре выходного сигнала синтезатора частот и сокращение времени его перестройки.

Это достигается тем, что в известный синтезатор частот, содержащий эталонный генератор (ЭГ), второй выход которого соединен с последовательно включенными первым блоком частотно-фазовой автоподстройки (ФАП) и первым генератором, управляемым напряжением (ГУН), второй выход которого соединен с вторым входом первого ФАП; второй ГУН, согласно изобретению введены второй блок ФАП, вход которого соединен с вторым выходом ЭГ, а выход - с входом второго ГУН, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока ФАП, и n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный блок ФАП, канальный ГУН, канальный коммутатор сигналов (КСК), канальный смеситель (КСМ) и канальный широкополосный фильтр (КПФ), причем второй выход канального ГУН соединен с вторым входом канального блока ФАП; выход КПФ каждого канала соединен с вторым входом КСМ последующего канала, а выход последнего КПФ является выходом устройства; при этом первый выход ЭГ соединен с входом канальных блоков ФАП, выход первого ГУН соединен с вторым входом КСМ первого канала, а выход второго ГУН соединен с вторым входом КСК каждого канала, третий вход которых связан с генератором весовых функций.

Причинно-следственные связи между признаками изобретения и техническим результатом заключаются в следующем. В синтезаторе минимальную используемую частоту имеет эталонный генератор, остальные генераторы имеют частоту больше ширины полосы пропускания канальных ПФ. Поэтому в спектре выходного сигнала во всем заданном диапазоне побочных составляющих частот не наблюдается. Вне диапазона побочные составляющие хорошо подавляются канальными ПФ. В устройстве все генераторы охвачены петлями ФАП от единого эталонного генератора. Поэтому можно считать сигналы всех генераторов когерентными по частоте и по медленно изменяющейся фазе. При этом плавающие по времени частоты в спектре выходного сигнала отсутствуют, что обеспечивает чистоту спектра. Отсутствие в схеме перестраиваемых по диапазону генераторов уменьшает по сравнению с прототипом время перестройки в 10 раз.

На чертеже изображена функциональная схема синтезатора частот СВЧ-диапазона.

Синтезатор частот СВЧ-диапазона содержит эталонный генератор (ЭГ) 1, второй выход которого соединен с последовательно включенными первым блоком фазовой автоподстройки (ФАП) 21 и первым генератором, управляемым напряжением (ГУН) 31, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока ФАП 21, a также с последовательно включенными вторым блоком ФАП 22 и вторым ГУН 32, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока ФАП 22. Первый выход ЭГ 1 подключен к входам n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный блок ФАП 4, канальный ГУН 5, канальный коммутатор сигналов (КСК) 6, канальный смеситель (КСМ) 7 и канальный широкополосный фильтр (КПФ) 8. Второй выход канального ГУН 5 соединен с вторым входом канального блока ФАП 4, вход которого является входом канала и соединен с выходом ЭГ 1. Выход КПФ 8 каждого канала соединен с вторым входом КСМ 7 последующего канала, а выход последнего КПФ 8п является выходом устройства. Выход первого ГУН 31 соединен с вторым входом КСМ 71 первого канала, а выход второго ГУН 32 соединен с вторым входом КСК 6 каждого канала. Третий вход КСК 6 каждого канала связан с генератором весовых функций (не показан).

Описанное устройство может быть выполнено по известным правилам на типовой элементной базе. В частности, в качестве ЭГ может быть использован кварцевый генератор типа ГК-89ТС(Каталог ОАО «Морион», СПб, 2001, стр.7). В качестве ГУН 3, 5 использованы генераторы, выполненные на резонаторах с поверхностными акустическими волнами (ПАВ-генераторы), например, типа ГК141-С-ПВ (ЖКГД468753006); в качестве блоков ФАП использованы микросхемы РЕ3236(PEREGRINE SEMICONDUCTOR CORP. / http://www.peregrin-semi.com.), а в качестве канальных коммутаторов - микросхемы HMC239S8(Hittite Microwave Corporation. / www.hittite.com.).

Описанный синтезатор частот СВЧ-диапазона работает следующим образом. Напряжение с частотой 5-10 МГц с выхода ЭГ 1 подается на первый 31, второй 32 и канальные ГУН 5, которые привязаны к частоте ЭГ 1 системой ФАП и генерируют напряжения более высокой частоты, соответственно f1, f2,...,fkn. Чтобы не ухудшались шумовые свойства ПАВ-генераторов 3, 5, полоса среза фазовой характеристики петли ФАП выбирается не более 100 Гц. Выходная частота синтезатора fвых смещается в заданный диапазон сетки частот изменением частоты f1 первого ГУН 31.

Выходная частота синтезатора fвых определяется следующим выражением:

где f1 - частота первого ГУН 31;

f2 - частота второго ГУН 32;

n - количество каналов формирования сетки частот;

Δf=f2-fк1 - шаг сетки частот;

Δf·к - ширина диапазона синтезатора;

к - код (номер) выбранной частоты синтезатора, который определяется выражением:

где а - весовой коэффициент двоичного числа к по разрядам «0» или «1».

Таким образом, выходная частота синтезатора формируется в зависимости от весовой функции. В частности, при нулевом значении к на выходах канальных коммутаторов 6 напряжение будет иметь частоту только второго ГУН 32, а при единичном значении к-частоты соответствующих канальных ГУН 5. После преобразования этих частот в канальных смесителях 7 выходная частота синтезатора fвых определяется выражением (1).

Пример.

Пусть f1=1000 МГц, Δf=10 МГц, f2=1000 МГц, fк1=1010 МГц, fк2=1020 МГц, fк3=1030 МГц и т.д.

к=0, n=6 (63 литеры).

В этом случае к выходу синтезатора через канальные коммутаторы сигналов КСК 6 подключен только второй ГУН 32 и выходная частота в соответствии с выражением (1) определяется следующим образом:

Если принять к=63, то к выходу синтезатора будут подключены все канальные ГУН 5.

Диапазон перестройки частоты синтезатора:

Шаг сетки частота Δf в СВЧ-диапазоне меньше 10 МГц обычно не делают, т.к. иначе соседние станции будут мешать друг другу.

Шумы синтезатора определяются следующей формулой:

где - отношение мощности шумов к мощности сигнала на несущей частоте.

Шумы всех ГУН 3, 5 можно считать одинаковыми, т.к. генераторы идентичны. Тогда . Перейдя к выражению в децибелах, получим:

, или

В случае использования шестиканального формирователя сетки частот n=6. При этом ухудшение отношения сигнал/шум γΣ составит 101g7=8,45 дБ. В прототипе ухудшение отношения сигнал/шум γΣ при умножении на 7 составит:

;

101gγΣ=10lgγ+20lgn;

20lg7=17 дБ.

Отсюда видно, что шумовые характеристики заявленного синтезатора частот СВЧ-диапазона по сравнению с прототипом по меньшей мере на 8 дБ ниже.

Похожие патенты RU2332787C1

название год авторы номер документа
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМОИНДИКАТОР СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ 2001
  • Басюк М.Н.
  • Пиксайкин Р.В.
  • Хожанов И.В.
RU2205417C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИЦЕЛЬНЫХ ПОМЕХ РАДИОЛОКАЦИОННЫМ СТАНЦИЯМ 2006
  • Володин Анатолий Владимирович
  • Токарев Валерий Анатольевич
RU2329603C2
ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКАЯ МОНОИМПУЛЬСНАЯ РЛС 2011
  • Нестеров Юрий Григорьевич
  • Черепенин Геннадий Михайлович
  • Косоруков Владимир Васильевич
  • Шуренков Станислав Семенович
  • Валов Сергей Вениаминович
RU2497146C2
МНОГОЧАСТОТНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ РАДИОИМПУЛЬСОВ 2011
  • Воробьев Николай Васильевич
  • Грязнов Владимир Аркадьевич
  • Король Олег Владимирович
  • Лобанов Борис Семенович
RU2456723C1
СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С КОММУТИРУЕМЫМИ ТРАКТАМИ ПРИВЕДЕНИЯ ЧАСТОТЫ 2013
  • Тихомиров Николай Михайлович
  • Марков Игорь Александрович
  • Романов Станислав Константинович
  • Рахманин Дмитрий Николаевич
  • Гречишкин Александр Владимирович
RU2517424C1
СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ 2011
  • Бокк Олег Федорович
RU2477920C1
ПРИЕМНИК АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ ГЛОБАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ 2001
  • Басюк М.Н.
  • Пиксайкин Р.В.
  • Хожанов И.В.
RU2195685C1
СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ ФАЗОМЕТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 1989
  • Валявкин В.В.
  • Кокорин В.И.
RU2030110C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОМЕХ РАДИОЛОКАЦИОННЫМ СТАНЦИЯМ 2001
  • Блохин В.П.
  • Володин А.В.
  • Дятлов А.П.
  • Поляниченко В.П.
RU2217874C2
ПРИЕМНИК АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ ГЛОБАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ 1996
  • Басюк М.Н.
  • Отоладзе Э.И.
  • Садырин В.Ю.
  • Смаглий А.М.
RU2100821C1

Реферат патента 2008 года СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в возбудителях передатчиков и гетеродинов приемников радиолокационных систем. Достигаемый технический результат - улучшение шумовых характеристик, уменьшение побочных гармонических составляющих в спектре выходного сигнала и сокращение времени перестройки. Синтезатор частот сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона содержит эталонный генератор (ЭГ), первый и второй генераторы, управляемые напряжением (ГУН), каждый из которых охвачен петлей частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), и n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный ГУН, охваченный петлей ФАП, канальный коммутатор сигналов, канальный смеситель и канальный широкополосный фильтр. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 332 787 C1

Синтезатор частот сверхвысокочастотного диапазона, содержащий эталонный генератор, первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), охваченный петлей частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), вход которой подключен ко второму выходу эталонного генератора, второй ГУН, отличающийся тем, что второй ГУН выполнен охваченным петлей ФАП, вход которой соединен с вторым выходом эталонного генератора, и введены n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный ГУН, охваченный петлей ФАП, канальный коммутатор сигналов, канальный смеситель и канальный широкополосный фильтр, при этом вход петли ФАП каждого из канальных ГУН соединен с первым выходом эталонного генератора, выход канального широкополосного фильтра каждого канала соединен со вторым входом канального смесителя последующего канала, а выход последнего канального широкополосного фильтра является выходом устройства; выход первого ГУН соединен с вторым входом канального смесителя первого канала, выход второго ГУН соединен с вторым входом канального коммутатора сигналов каждого канала, а третий вход каждого канального коммутатора подключен к генератору весовых функций.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2332787C1

ШАПИРО Д.Н., ПАИН А.А
Основы теории синтеза частот
- М.: Радио и связь, 1981, с.130, 139, 172
RU 94011903 А1, 27.06.1996
СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ 2001
  • Князьков Сергей Иванович
  • Зубанов Владимир Васильевич
RU2273952C2
US 4602220, 22.07.1986
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 332 787 C1

Авторы

Беренштейн Владислав Бельяминович

Рабинов Анатолий Алексеевич

Рабинова Ольга Анатольевна

Цыцарев Алексей Юрьевич

Даты

2008-08-27Публикация

2006-12-28Подача