Исследование цифрового синтезатора частоты с фап
 Скачать 1.16 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра РЭС отчет по лабораторной работе №3 по дисциплине «Цифровые методы формирования радиосигналов» Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВОГО СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТЫ С ФАП
Санкт-Петербург 2022 Основные сведения Цели работы (часть 1): 1. Изучение принципа работы цифрового синтезатора с ФАП. 2. Исследование влияния параметров элементов цифрового синтезатора с ФАП на основные характеристики синтезатора. 3. Исследование нестабильности частоты свободного ГУН и генератора, охваченного кольцом фазовой автоподстройки. Цели работы (часть 2): 1. Исследование особенностей осуществления частотной модуляции в ССЧ с фазовой автоподстройкой частоты. 2. Исследование методов формирования сигналов с угловой манипуляцией в тракте синтезатора. Описание лабораторной установки При построении активных ССЧ широко используются методы, основанные на применении фазовой автоподстройки частоты (ФАП). С помощью устройств ФАП можно осуществить алгебраическое суммирование частот ряда колебаний, деление и умножение частоты. Цифровые синтезаторы с ФАП могут быть использованы в диапазоне частот вплоть до 10 ГГц, обеспечивая низкий уровень побочных спектральных составляющих. Структурная схема простейшей системы активного синтеза с ФАП представлена на рис. 1.  Рисунок 1 – Структурная схема системы активного синтеза с ФАПЧ Источником выходных колебаний в ней служит генератор G, плавно перестраиваемый с помощью реактивного элемента РЭ, включенного в его колебательную систему. В качестве РЭ обычно используются матрицы из встречно-включенных варикапов, емкость которых изменяется под действием управляющего напряжения (Еупр), подаваемого на него с выхода импульсно фазового детектора ИФД через фильтр нижних частот ФНЧ и усилитель постоянного тока УПТ. Совокупность генератора и РЭ образует генератор, управляемый напряжением ГУН. Часть 1. Исследование цифрового синтезатора с ФАП Настроечная характеристика ГУН (статическая модуляционная характеристика СМХ) ССЧ (синтезатора сетки частот). Настроечная характеристика ГУН представляет собой зависимость выходной частоты от управляющего напряжения на варикапах  , см. рис. 2. Рисунок 2 – Настроечная характеристика ГУН Вывод: из графика на рис. 2 можно заметить, что с увеличением управляющего напряжения на варикапах выходная частота тоже растет, при этом примерно с 4 В рост становится не такой заметный. 2. Измерение полосы удержания кольца ФАП. Эксперимент проводился для четырех значений  при последовательной установке различных частот F 1000, 1001, 1002, 1003 кГц, при этом фиксировались моменты срыва синхронизации.  ,  – нижнее и верхнее значения рабочей частоты в полосе синхронизации соответственно. Для каждого значения частоты вычислим ширину полосы удержания по следующей формуле: .Результаты эксперимента представлены в табл. 1. Таблица 1
Зависимость  представлена на рис. 3. Рисунок 3 – График зависимости Исследование кратковременной и средневременной нестабильности частоты синтезатора при замкнутой и разомкнутой петле ФАП. Измерения проводились при частоте выходных колебаний 1100 кГц и разных значениях времени усреднения  с. Для каждого времени усреднения  средняя частота вычисляется по формуле, представленной ниже: Относительная нестабильность частоты вычисляется по следующей формуле:   В табл. 2 и рис. 4 представлены результаты исследования с разомкнутой петлей ФАП, а в табл. 3 и рис. 4 – с замкнутой петлей ФАП. Таблица 2
Таблица 3
 Рисунок 4 – Графики зависимости кратковременной и средневременной нестабильностей частоты в функции от времени усреднения для синтезатора при разомкнутой (слева) и замкнутой (справа) петле ФАП Вывод: из табл. 2 заметно, что относительная нестабильность частоты имеет небольшое значение, при этом в случае с замкнутой петлей ФАП (табл. 3) она становится ещё меньше. 4. Исследование процесса установления частоты в синтезаторе с ФАП. На частоте 1 кГц, род работы ЧТ1 (частотная телеграфия), получены отображения переходных процессов, представленные на рис. 5 – рис. 11.
5. Исследование фильтрующих свойств кольца ФАП. Зависимость девиации частоты  от частоты модулирующего сигнала F1 представлена на рис. 12. Рисунок 12 – Зависимость девиации частоты от частоты модулирующего сигнала Часть 2. Исследование методов формирования сигналов с угловой модуляцией и манипуляцией в тракте синтезатора Исследование амплитудной динамической модуляционной характеристики (АДМХ) ГУН (ФАПЧ выключена). Была снята зависимость девиации частоты  . Результат измерения представлен на рис. 13: пунктирная линия - зависимость  , сплошная линия – зависимость  . Рисунок 13 – Зависимость девиации частоты Вывод: из графика на рис. 13 видно, что при увеличении напряжения модуляция девиации частоты увеличивается. Исследование частотной динамической модуляционной характеристики (ЧДМХ) ГУН (ФАПЧ выключена). В данном пункте была снята зависимость выходной частоты от частоты модуляции  . Результат представлен на рис. 14. Рисунок 14 – Зависимость выходной частоты от частоты модуляции Вывод: из графика на рис. 14 видно, что при увеличении частоты модуляции девиация частоты уменьшается. Исследование АДМХ ГУН для замкнутой петли ФАПЧ. Была снята зависимость девиации частоты . Результат измерения представлен на рис. 15: пунктирная линия - зависимость , сплошная линия – зависимость . Рисунок 15 – Зависимость девиации частоты Вывод: из графика на рис. 15 видно, что после включения ФАПЧ среднее значение частоты практически не меняется. 4. Исследование ЧДМХ ГУН для замкнутой петли ФАПЧ. 4.1 При включении ФНЧ с полосой 1 кГц зависимость , показана на рис. 16. Рисунок 16 – Зависимость при ФНЧ с полосой 1 кГц4.2 При включении ФНЧ с полосой 50 Гц зависимость , показана на рис. 17. Рисунок 17 – Зависимость при ФНЧ с полосой 50 Гц6. Исследование влияния коэффициента усиления замкнутой петли ФАП на девиацию частоты выходного колебания ГУН. 6.1 Зависимость  при частоте модулирующего колебания – 50 Гц, полоса пропускания ФНЧ – 1 кГц, показана на рис. 18.  Рисунок 18 – Зависимость при частоте модулирующего колебания – 50 Гц, полоса пропускания ФНЧ – 1 кГцВывод: из графика на рис. 18 видно, что с увеличением Кф.д. девиация частоты выходного колебания уменьшается. 6.2 Зависимость при частоте модулирующего колебания – 500 Гц, полоса пропускания ФНЧ – 50 кГц, показана на рис. 19.  Рисунок 19 – Зависимость при частоте модулирующего колебания – 500 Гц, полоса пропускания ФНЧ – 50 кГцВывод: из графика на рис. 19 видно, что с увеличением Кф.д. девиация частоты выходного колебания увеличивается. Дополнительное исследование В результате дополнительного исследования были получены спектры сигналов в различных режимах работы ССЧ, представленные в табл. 4. Таблица 4
Вывод В результате выполнения данной лабораторной работы был рассмотрен цифровой синтезатор частоты с ФАП. В первой части был исследован принцип работы цифрового синтезатора с ФАП, исследовано влияние параметров элементов цифрового синтезатора с ФАП на основные характеристики синтезатора, а также исследованы нестабильности частоты свободного ГУН и генератора, охваченного кольцом фазовой автоподстройки. Во второй части работы были исследованы особенности осуществления частотной модуляции в ССЧ с фазовой автоподстройкой частоты, а также рассмотрены методы формирования сигналов с угловой манипуляцией в тракте синтезатора. В результате дополнительного исследования были получены графики сигналов и их спектры при различных режимах работы (ЧТ1, ЧТ2, ФТ1, ФТ2). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кГц
