НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Глава седьмая. Элементы проектирования и расчет систем ДКСЧ СВЧ диапазона

7.1. Основные требования и выбор структурной схемы системы ДКСЧ

В качестве исходных для проектирования системы ДКСЧ задаются следующие параметры:

- рабочий диапазон частот f0 мин÷f0 макс;

- число частот в рабочем диапазоне α0;

- шаг дискретности частот выходных колебаний β0;

- относительная погрешность частоты ±δf0;

- выходная мощность Р0 и ее относительная неравномерность ΔP0/P0 при оговоренном КБВ нагрузки;

- коэффициент гармоничности выходных колебаний γ0;

- шумовая характеристика в виде одного из параметров: а) среднеквадратичное значение паразитной девиации частоты σ0f (дисперсия частотных шумов σ20f) в полосе частот при максимальной частоте FМ макс; б) среднеквадратичные значения фазового набега σ за время τс или паразитной девиации фазы σ (дисперсии фазовых шумов σ2) в полосе частот при максимальной частоте FМ макс; в) относительная кратковременная нестабильность частоты δσ0f = σ0f/f0 макс за время τс;

габариты, масса;

- потребление энергии от источника питания;

- среднее время наработки на отказ Тн при среднем времени восстановления Тв, которое должно учитывать также время работы аппаратуры без обслуживания;

- время перехода на другую фиксированную частоту (время перестройки) τп;

- требование автоматической перестройки и дистанционного управления (в некоторых случаях - требование управления системой от ЭВМ);

- время готовности аппаратуры после включения Tг;

- время перехода на резерв Тр;

- условия эксплуатации (диапазон изменений внешней температуры, влажность среды, механические воздействия, давление, подвижность аппаратуры и т. п.).

На основании изложенного выше зададимся априори, что:

- все частоты радиотехнического объекта образуются от одного единственного эталона частоты fq0, имеющего относительную погрешность частоты δfq0 ≤ δf0, причем, если δfq0 ≥ 10-7, то выбирается опорный кварцевый генератор, а при δfq0 ≤ 10-8 - один из типов квантовых стандартов частоты;

- выходным частотам системы присваиваются фиксированные номера, возрастающие по мере увеличения частоты;

- в основу построения системы закладывается декадный принцип формирования выходных частот (в специальных случаях - двоичный);

- в качестве синтезаторов СВЧ могут применяться: многодекадный активный синтезатор с использованием колец аналоговой ФАПЧ; многодекадный пассивный синтезатор; двоичный пассивный синтезатор; однокольцевой цифровой синтезатор с использованием ЦФАПЧ и двухкольцевой цифровой синтезатор (с ФАПЧ и ЦФАПЧ).

В основу проектирования современной системы ДКСЧ СВЧ диапазона вне зависимости от выбранного типа синтезатора необходимо положить требования максимального уменьшения габаритов, массы, потребления энергии и увеличения надежности. Поэтому следует исключать механические и электромеханические устройства перестройки и коммутации, повсеместно применять полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы, полосковые СВЧ элементы и печатный монтаж. Источники питания должны строиться на безнакальных элементах.

Структурную схему системы ДКСЧ выбирают исходя из типа синтезатора. Учитывая изложенные выше соображения об оптимизации объемно-весовых и энергетических характеристик системы, если возможно, всегда следует отдавать предпочтение однокольцевому цифровому синтезатору. Однако имеются параметры, которые реализовать в системе с таким синтезатором практически невозможно.

Рассмотрим основные параметры системы ДКСЧ, главным образом влияющие на выбор типа синтезатора и, как следствие, на выбор структурной схемы МОЧ. Таких параметров можно назвать пять: шаг дискретности частот β0; коэффициент гармоничности колебаний γ0; шумовая характеристика; время перестройки τп; эксплуатационные характеристики (исключая τп).

Следует сразу оговориться, что не существует синтезатора, оптимального сразу по всем приведенным параметрам, а также, что обеспечение получения одних параметров находится в противоречии с получением других, - как правило, всегда требуется находить компромиссное решение.

Иллюстрируем сказанное примерами.

Наиболее критичным параметром является время перестройки τп. Если оно задается не превышающим единиц микросекунд, то ни один тип синтезатора с активной фильтрацией не способен удовлетворить этому требованию. В данном случае выбор оказывается однозначным - требуется применить пассивный синтезатор, причем, как показано в [41], двоичный пассивный синтезатор обеспечивает максимальное быстродействие (τп может исчисляться десятками наносекунд). Однако, выбрав синтезатор с пассивной фильтрацией, следует помнить, что получение больших значений коэффициентов гармоничности колебаний, превышающих 40÷50 дБ, добиться чрезвычайно трудно, особенно если шаг дискретности частот β0 мал. Применение пассивного синтезатора влечет за собой невысокие эксплуатационные характеристики системы.

Требование получения наилучших эксплуатационных характеристик (исключая τп) заставляет остановить выбор на однокольцевом синтезаторе с применением ЦФАПЧ. Однако при этом следует помнить, что данный тип синтезатора теоретически неспособен) компенсировать флуктуации и шумы ГУН в полосе, превышающей 0,5 β0/с, а реально - в еще меньшей. Кроме того, время перестройки вряд ли можно обеспечить меньшим сотен миллисекунд [13], [104], [107], [118]. Таким образом, критичным параметром для данного типа синтезатора является шаг дискретности частот ро.

Улучшить шумовые характеристики цифрового синтезатора можно только за счет ухудшения эксплуатационных путем перехода к двухкольцевой системе, применив в выходном кольце аналоговую ФАПЧ. Однако при этом необходимо учитывать, что, как правило, время перестройки синтезатора еще больше увеличивается.

Наилучшие электрические характеристики можно получить, используя многодекадный активный синтезатор с кольцами аналоговой ФАПЧ. Такой синтезатор практически не имеет ограничений по параметрам β0, γ0 и шумовым характеристикам. Однако его эксплуатационные характеристики признать очень хорошими нельзя. Действительно, он может обеспечить время перестройки, измеряемое сотнями микросекунд - единицами миллисекунд, т. е. лучше, чем цифровые, но значительно хуже, чем пассивные синтезаторы. Остальные эксплуатационные характеристики у него несколько лучше, чем у пассивных синтезаторов, но заметно уступают характеристикам цифровых синтезаторов (особенно однокольцевого).

Таким образом, можно сделать общий вывод: не существует лучшего типа синтезатора СВЧ - могут применяться все названные синтезаторы, причем применение каждого конкретного типа определяется требованиями, предъявляемыми к конкретной системе ДКСЧ.

Последний вывод делает целесообразным рассмотрение порядка инженерного расчета систем ДКСЧ СВЧ диапазона с применением каждого типа синтезатора. Однако следует иметь в виду, что время перестройки, исчисляемое микросекундами, требуется чрезвычайной редко. В то же время порядок величин коэффициентов гармоничности колебаний 70 дБ и выше является обычным требованием. Учитывая это, а также и то, что системы с пассивными синтезаторами имеют худшие эксплуатационные характеристики, последние практически (особенно на СВЧ) применяются чрезвычайно редко. Поэтому методика инженерного расчета пассивных синтезаторов ниже не приводится.

предыдущая главасодержаниеследующая глава








© Сенченко Антонина Николаевна, Злыгостев Алексей Сергеевич, 2010-2018
При копировании обязательна установка активной ссылки:
http://rateli.ru/ 'rateli.ru: Радиотехника'