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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Внешняя ИК-камера Ulefone 03.03.2021 Компания Ulefone представила внешнюю инфракрасную камеру ночного видения, которую можно использовать любым смартфоном, оснащенным разъемом USB-C. Также был опубликован видеоролик, демонстрирующий аксессуар в работе. В новой камере ночного видения Ulefone используется светочувствительный CMOS-датчик изображения Sony STARVIS IMX307 (разрешение 1920 x 1080 пикселей). Он позволяет снимать качественные фотографии и видео даже в условиях низкой освещенности. Разработчики утверждают, что аксессуар пригодится тем, кто любит походы, охоту, отдых на свежем воздухе, наблюдение дикой природой и так далее. Камера оснащена объективом с углом обзора 116°. Благодаря четырем инфракрасным светодиодам камера позволяет снимать четкие фотографии на расстоянии до 5 метров в абсолютной темноте. Управлять камерой можно с помощью специального приложения Ulefone. На USB-кабеле также есть несколько кнопок, позволяющих легко управлять камерой, не дотрагиваясь до смартфона. Цена новинки - 70 долларов.

Другие интересные новости:

▪ Литий-серные аккумуляторы

▪ Собственная FM-радиостанция

▪ Ультразвуковая терапия против боли

▪ Умный гранатомет XM25

▪ Протоны тяжелее нейтронной звезды

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Типовые инструкции по охране труда (ТОИ). Подборка статей

▪ статья Вольфганг Менцель. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как долго живут животные? Подробный ответ

▪ статья Инородные тела в глотке и пищеводе. Медицинская помощь

▪ статья Расчет сварочного трансформатора для полуавтоматической сварки с тиристорным регулятором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Внутреннее освещение. Общие требования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025