Синтез и преобразование частот. Принципы работы и функциональная схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Нормальная работа радиоканала (рис.1.1) обязательно включает в себя генерацию рабочих (несущих) частот, а также перенос модулированного сигнала с высокой частоты на промежуточную или наоборот.

Генерация сетки рабочих частот обеспечивает многоканальный режим работы радиостанции и оперативную перестройку несущей частоты передатчика (гетеродина приемника).

Эта функция в передатчике выполняется синтезатором частоты. Синтезированные рабочие частоты поступают на смеситель для переноса модулированного на низкой промежуточной частоте сигнала на заданный высокочастотный канал. Эта общепринятая схема позволяет наилучшим образом совместить требуемые параметры модуляции и стабильности несущей частоты. В отдельных случаях для удешевления аппаратуры угловая (частотная или фазовая) модуляция может выполняться и непосредственно в синтезаторе частоты. Совмещение функций генерации сетки частот и углового модулятора обычно используется в относительно простых радиостанциях и на несущих частотах не свыше 400 МГц. В этом случае, очевидно, смеситель отсутствует.

В приемнике синтезатор частоты также выполняет функцию генератора сетки частот (гетеродина) для смесителя при переносе принятого высокочастотного сигнала на низкую промежуточную частоту. Преобразование несущей частоты модулированного сигнала обязательно осуществляется в супергетеродинном приемнике, т.к. только узкополосная фильтрация на пониженной промежуточной частоте позволяет выделить узкополосный рабочий канал.

В настоящее время выделяют два основных типа синтезаторов частот: синтезатор на основе схемы фазовой автоподстройки частоты PLL (PhaseLookedLoop) и синтезатор прямого синтеза DDS (DigitalDirectSynthesizer). Синтезатор PLL на основе схемы фазовой автоподстройки частоты является безусловно основным типом в связных радиостанция.

Функциональная схема синтезатора частоты

Петля фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) является основой синтезатора частоты. Кроме синтезатора, петля ФАПЧ может использоваться как:

· смеситель для переноса частоты с очень высоким подавлением комбинационных составляющих

· формирователь спектра модулированного сигнала

· детектор сигнала с угловой модуляцией

Эквивалентная схема петли ФАПЧ показана на рис. 4.1. и включает в себя три минимально необходимые элемента: фазовый детектор ФД, фильтр низкой частоты ФНЧ и управляемый напряжением генератор ГУН.

На входы фазового детектора одновременно поступает опорный сигнал и сигнал от управляемого генератора . На выходе фазового детектора имеет место сигнал ошибки , пропорциональный разности фаз колебаний опорного и управляемого генераторов. Этот сигнал после ограничения по полосе частот в ФНЧ поступает на управляющий вход ГУН изменяя его частоту таким образом, что сигнал ошибки становится равным нулю в установившемся состоянии.

Рис.4.1 Функциональная схема ФАПЧ