1.6.2. Применение ФАПЧ в декадах при их последовательном включении

Так как ФАПЧ не дает частотной ошибки и сохраняет относительную погрешность опорной частоты, оказалось возможным положить ФАПЧ в основу построения декад системы. Это усложнение схемы устройства объясняется рядом обстоятельств, главное из которых заключается в следующем. Как видно из рис. 1.7а, в кольцо ФАПЧ входят, кроме элементов ячейки ОГ, также смесители, выходные фильтры и усилители k-1 декад (а во втором варианте - всех декад), т. е. инерционность системы, определяемая временем запаздывания по кольцу, велика. Большая инерционность кольца ФАПЧ вызывает неустойчивость системы. Необходимость обеспечения устойчивости кольца приводит к тому, что приходится выбирать параметры, не вполне оптимальные с точки зрения работы кольца в составе синтезатора.

Мерами борьбы с указанным недостатком применения ФАПЧ являются уменьшение числа последовательных декад, включаемых в кольцо ФАПЧ, и применение ФАПЧ в декадах. Примером первого способа может служить система, описанная в [34], где в оконечном генераторе ОГ имеются два кольца ФАПЧ, включенных последовательно одно за другим, а в каждом кольце имеется только по три обычных декады суммирования.

Примером второго способа служит коротковолновая система [176], декады которой представляют собой кольца ФАПЧ. Суммирование происходит в фазовых дискриминаторах, а на выходе системы имеется декада транспонирования (Т). В принятой системе обозначений схема этого устройства представлена на рис. 1.7б. Синтезаторы с ФАПЧ в декадах при последовательном включении последних описаны также в [9], [11], [73]-[77].

Каждая декада представляет собой кольцо ФАПЧ, на которое подаются три опорных частоты; на ФД с предыдущей декады (на первую декаду - одна частота f'_фД с МОЧ), на смеситель и на модулятор М - с МОЧ. На модулятор подается частота f_q1, равная шагу β для данной декады. Эта частота, складываясь и вычитаясь вплоть до ее пятой гармоники с частотой ГУН, дает промежуточную частоту декады f_пр. Затем в смесителях декад осуществляется преобразование: f_пр - f_q2 = f_ФД. Декада транспонирования работает так же, как и в схеме рис. 1.2б.

Как видно из построения, схема рис. 1.7б чрезвычайно похожа на схему с компенсаторами (рис. 1.5). Действительно, все декады у обеих схем активные и соединения выполняются последотельно через их средние элементы. Если провести сравнение этих двух систем, то оно окажется в пользу системы рис. 1.7б, так как только достоверность номинального значения выходной частоты в этом устройстве ниже. Осталась в силе здесь многоэлементность декад и, следовательно, не очень высокая надежность. Однако такие недостатки системы рис. 1.5, как потребность в большом числе опорных частот, плохие шумовые характеристики и невысокая степень подавления побочных составляющих, в схеме рис. 1.7б отсутствуют. Действительно, как известно, кольцо ФАПЧ при небольшой инерционности является идеальным узкополосным фильтром, причем этот фильтр включен на выходе декады, а не на ее входе, как в устройстве рис. 1.5. Поэтому с выхода каждой декады снимаются колебания, хорошо очищенные от побочных составляющих и с высоким отношением несущая/шум.

Система рис. 1.7б обладает всеми достоинствами рис. 1.7а, и в ней отсутствует основной недостаток последней, так как в каждом кольце ФАПЧ имеются только два смесителя (модулятор и смеситель) и последовательное сужение полосы пропускания не наблюдается.

Однако рассматриваемая система не свободна от специфических недостатков. Ее выходная декада транспонирования является пассивной, что ослабляет фильтрующее действие всей системы. Применение модуляторов, хотя и резко снижает число входных опорных частот, но приводит к большой неравномерности уровней колебаний промежуточной частоты по диапазону каждой декады. Система требует наличия широкополосных фазовых дискриминаторов, работающих в разных декадах на разных частотах, включая высокие выходные частоты декад, в частности, даже k-1-й декады. Сложность автоматической настройки и дистанционного управления, а также время перехода на другую рабочую частоту здесь больше, чем в любой описанной выше системе, так как настройка на новую частоту происходит последовательно от младшей к старшей. Габаритно-весовые характеристики и надежность синтезатора несколько лучше, чем у пассивных синтезаторов и системы с компенсаторами, но хуже, чем у системы с общим кольцом ФАПЧ.

Если первый недостаток легко устраняется построением декады транспонирования в виде кольца ФАПЧ, то второй и третий недостатки являются органическими и достаточно серьезными. Однако, как будет показано ниже, ценой усложнения устройства и эти недостатки могут быть устранены.

Из-за необходимости применения диодных модуляторов и широкополосных фазовых дискриминаторов СВЧ данный метод вряд ли может с успехом использоваться в диапазоне СМВ и с большим трудом в диапазоне ДМВ за счет усугубления в этих диапазонах его основных недостатков. При модернизации метода с исключением первых трех недостатков он может быть с успехом применен в любом диапазоне частот.