Радиоимпульсное умножение частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Студенту на заметку

 Комментарии к статье

При конструировании коротковолновых любительских радиостанций и измерительных приборов, отвечающих современным требованиям по стабильности, точности градуировки и отсчета частоты по шкале, встречаются значительные трудности. Основная из них - получение высокостабильных, точно откалиброванных опорных частот.

Наиболее простой способ получения фиксированных частот - это применение кварцевого генератора с резонаторами на соответствующие частоты. Однако не всегда бывает возможным подобрать кварцевые резонаторы на необходимые частоты, и кроме того, резонаторы имеют разброс по частоте, который не всегда удается скомпенсировать элементами подстройки. Другие распространенные способы получения фиксированных частот - это непосредственное умножение частоты низкочастотного генератора и гетеродинирование.

Способ непосредственного умножения частоты заключается в том, что на вход нелинейного элемента НЭ (рис. 1, а) подаются гармонические колебания от генератора Г, которые превращаются в последовательность прямоугольных, косинусоидальных или другой формы видеоимпульсов с периодом Т и длительностью импульса т.

Спектр видеоимпульсов (рис. 1, б) состоит из гармоник, кратных основной частоте, амплитуда которых уменьшается с увеличением номера гармоники. Поэтому использование гармоник с большими номерами нецелесообразно из-за их малого уровня и трудности отфильтровать нужную гармонику (с помощью фильтра Ф).

Энергетически выходной спектр умножителя характеризует к. п. д. преобразования

где Рс- мощность полезной гармоники; Робщ - мощность всех составляющих.

"Чистота" сигнала на выходе НЭ характеризуется коэффициентом боковых гармоник

где Uп - амплитуда полезной гармоники, Uб- амплитуда соседней гармоники.

Из таблицы видно, что с увеличением номера используемой гармоники к.п.д. преобразования уменьшается очень быстро. Поэтому использование видеоимпульсного умножителя целесообразно при коэффициенте умножения не больше нескольких единиц (обычно 3-5). Чтобы получить большие коэффициенты умножения, необходимо включать последовательно несколько каскадов умножения и усиления с элементами селекции на выходе.

Спектр коротких прямоугольных видеоимпульсов более богат гармониками: из таблицы видно, что n с увеличением номера гармоники уменьшается медленнее, чем в случае косинусоидальных импульсов, но все же является малой величиной. Коэффициент боковых гармоник велик, и для ослабления вредных составляющих спектра требуются сложные избирательные устройства.

Если сетка частот формируется методом гетеродинирования, то возникают проблемы с подбором кварцевых резонаторов, подгонкой или корректировкой их частоты.

Радиоимпульсные умножители частоты

Метод радиоимпульсного умножения частоты, позволяющий использовать гармоники вплоть до 1000, был впервые предложен в нашей стране В. И. Григулевичем в 1952 году. Замечательным свойством этого метода является также возможность получения почти идеального спектра. Достигается это тем, что преобразуемому сигналу придается форма последовательности импульсов с высокочастотным заполнением (радиоимпульсов), удовлетворяющим некоторым условиям.

Для радиоимпульсов, так же как и для видеоимпульсов (см. рис. 1, б), форма, ширина и расстояние между гармониками спектра определяются формой, длительностью и частотой следования импульсов. Кроме того, частота заполнения импульсов определяет положение максимума огибающей спектра на оси частот. Положение же гармоник на оси частот зависит от закона изменения начальной фазы колебаний от импульса к импульсу.

Если, начальные фазы высокочастотного заполнения, отдельных импульсов изменяются по случайному закону, то положение гармоник на оси частот принимает также случайные значения. Спектр такой радиоимпульсной последовательности будет сплошным (шумовым) в пределах огибающей.

Если начальные фазы радиоим-пульсов когерентны, то есть радиоимпульсы как бы "вырезаны" из одного непрерывного синусоидального колебания (рис. 2, а), то максимум огибающей спектра (рис. 2, б) совпадает с частотой заполнения (fо) и положение гармоник на оси частот определяется частотой заполнения, что является недостатком данного случая. Такие колебания можно рассматривать как непрерывные, модулированные прямоугольными импульсами.

Рис.2.

Если начальные фазы Фо радиоимпульсов одинаковы и постоянны (между высокочастотным заполнением соседних импульсов существует постоянный сдвиг фаз), то последовательность импульсов становится чисто периодической (рис. 3,а). Спектр такой последовательности (рис. 3,б) состоит из гармоник, кратных частоте повторения, и не зависит от частоты заполнения.

Поэтому в данном случае имеет место эффект умножения частоты повторения. Частота гармоники с максимальной амплитудой находится вблизи частоты заполнения. Ослабление побочных гармоник, в частности двух соседних, может быть получено значительным, вследствие чего требования к фильтру на выходе умножителя могут быть существенно снижены. Быстрота уменьшения амплитуд соседних гармоник зависят от длительности импульса. Чем больше т, тем ближе к fо и чаще расположены нули огибающей, тем быстрее затухают гармоники. Значит, для повышения коэффициента полезного действия и уменьшения коэффициента боковых гармоник необходимо увеличивать отношение т/ Т. Практически достижимые максимальные значения т/T лежат в пределах 0,9- 0,95. При этом коэффициент n достигает значения 0,9, а у=0,1. Но даже при отношении т/T=0,5 радиоимпульсное умножение имеет существенное преимущество по сравнению с видеоимпульсным, обеспечивая значения n=0,5 и у=0,6.

Способы построения радиоимпульсных умножителей частоты.

На рис. 4 показана блок-схема гетеродина, построенная по принципу радиоимпульсного умножения частоты.

Рис.4

Колебания от кварцевого генератора КГ поступают на нелинейный элемент НЭ. Сформированные после нелинейного элемента видеоимпульсы подаются на управляющий элемент УЭ, который создает условия возникновения или срыва колебаний автогенератора Г. Стабильность его частоты не имеет существенного значения, т. к. от нее зависит .только изменение амплитуды рабочей гармоники, стабильность же частоты гармоник определяется стабильностью кварцевого генератора. Необходимо, чтобы процесс возникновения колебаний высокочастотного заполнения происходил одинаково для каждого импульса (рис. 3,а). Подобный процесс можно осуществить только в автогенераторах. Практические схемы могут быть построены по-разному, в зависимости от того, какой из параметров используется для срыва автоколебаний.

В маломощных генераторах коротковолнового диапазона целесообразно использовать схему с изменением эквивалентного сопротивления контура. Принцип работы такой схемы может быть пояснен с помощью рис. 5.

Рис.5

Контур LC является колебательной системой автогенератора Г, Параллельно колебательному контуру через разделительный конденсатор СБ подключен диод Д. На диод через резистор R подаются двухполярные видеоимпульсы с генератора ГИ. В моменты времени, когда на диод поступают положительные импульсы, диод заперт и в генераторе начинают возникать автоколебания. Во время отрицательных импульсов диод открывается и шунтирует контур. Колебания генератора срываются. Резистор R должен выбираться так, чтобы при запертом диоде он не сильно шунтировал контур. Вместо диода можно использовать транзистор или лампу. На рис. 6 приведена схема, в которой в качестве параметра возбуждения используется крутизна характеристики лампы.

Рис.6

При поступлении импульсов анодное напряжение лампы повышается, анодный ток увеличивается и возникают колебания высокой частоты. В отсутствии импульса напряжение на аноде падает и колебания срываются. Аналогичное управление крутизной можно осуществить и в сеточной цепи лампы. На рис. 7 показан вариант схемы с использованием транзисторов.

Существуют схемы, в которых параметром возбуждения служит коэффициент обратной связи.

Устройства формирования импульсов необходимо хорошо экранировать во избежание просачивания гармоник. Необходима хорошая фильтрация цепей питания, соблюдение общих правил монтажа и применение развязок. Одним из радикальных методов борьбы с паразитными наводками и излучениями является формирование сигналов на малых уровнях. Поэтому применение транзисторных схем особенно целесообразно. При этом также уменьшаются габариты аппаратуры, вес, потребление энергии.

Возможно, что для конструкторов любительской коротковолновой и измерительной аппаратуры описанный выше способ получения фиксированных частот окажется .заманчивым. Тогда, используя приведенные выше принципы построения схем, внося в них элементы творчества, конструкторы смогут найти этому методу свое место среди других технических решений.

Литература:

1. В. И. Григулевич. Новый способ умножения частоты. "Электросвязь", 1956, № 6.
2. В. И. Григулевич, Н. Я. Иммореев. Радиоимпульсное преобразование частоты. "Советское радио", 1966.
3. И. X. Ризкин. Умножители и делители частоты. "Связь", 1966.
4. Б. Пристли. Кварцевый калибратор УКВ диапазона. "RSGB Bulletin", June, 1967

Автор: т. Лабутин (UA3CR); Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Студенту на заметку.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Новые Toshiba Regza - телевизоры с жестким диском 26.05.2006 Toshiba анонсировала три новых модельных ряда из линейки LCD-телевизоров REGZA. Серия С будет включать в себя устройства с диагоналями дисплея от 26 до 37 дюймов, серия Н - от 32 до 47 дюймов, серия Z - от 37 до 47 дюймов. Разрешение в моделях первых двух серий будет 1366х768, что классифицируется производителем как HD Ready, а модели топовой серии Z характеризуются уже как Full HD и будут иметь разрешение 1920х1080. Отличительной особенностью всех новых моделей станет применение фирменной системы TV Meta Brain, фактически означающей наличие в устройстве специализированного компьютера с интерфейсами HDMI и Ethernet, а также жестким диском емкостью 160 Гб. В результате возможна запись цифрового видео как на локальный носитель, так и на разделяемые сетевые ресурсы, и воспроизведение из тех же источников.

Другие интересные новости:

▪ Экономное путешествие на электромобиле

▪ Высоковольтные драйверы сверхъярких светодиодов от IR

▪ Микроконтроллеры Microchip PIC18F-Q41

▪ Петрушка по тысяче евро за пучок

▪ Полное поглощение света

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аккумуляторы, зарядные устройства. Подборка статей

▪ статья Быть можно дельным человеком... Крылатое выражение

▪ статья Какой последовательностью описывается расположение листьев на ветках растений? Подробный ответ

▪ статья Гигиеническая оценка условий и характера труда

▪ статья Сенсорный регулятор освещения на микроконтроллере с дистанционным управлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Программа логического анализатора сигналов на входах СОМ-порта. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025