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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Moltiplicazione della frequenza degli impulsi radio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Nota per lo studente Quando si progettano stazioni radioamatoriali a onde corte e strumenti di misura che soddisfano i moderni requisiti di stabilità, precisione di calibrazione e lettura della frequenza su scala, si incontrano difficoltà significative. Il principale è ottenere frequenze di riferimento altamente stabili e accuratamente calibrate. Il modo più semplice per ottenere frequenze fisse è utilizzare un oscillatore a cristallo con risonatori per le frequenze appropriate. Tuttavia, non è sempre possibile selezionare risonatori al quarzo per le frequenze richieste e, inoltre, i risonatori hanno una diffusione di frequenza che non può sempre essere compensata dagli elementi di sintonia. Altri modi comuni per ottenere frequenze fisse sono la moltiplicazione diretta della frequenza dell'oscillatore a bassa frequenza e l'eterodina. Il metodo di moltiplicazione diretta della frequenza risiede nel fatto che le oscillazioni armoniche del generatore G vengono inviate all'ingresso dell'elemento non lineare di NE (Fig. 1, a), che vengono convertite in una sequenza di video rettangolari, coseno o altro impulsi con un periodo T e una durata dell'impulso t.
Lo spettro degli impulsi video (Fig. 1b) è costituito da armoniche che sono multipli della frequenza fondamentale, la cui ampiezza diminuisce all'aumentare del numero armonico. Pertanto, l'uso di armoniche con numeri grandi non è pratico a causa del loro basso livello e della difficoltà di filtrare l'armonica desiderata (usando il filtro F). Lo spettro di uscita dell'energia del moltiplicatore caratterizza l'efficienza di conversione
dove Рс è la potenza dell'armonica utile; Рtot: la potenza di tutti i componenti. La "purezza" del segnale all'uscita NE è caratterizzata dal coefficiente armonico laterale
dove Up è l'ampiezza dell'armonica utile, Ub è l'ampiezza dell'armonica vicina. Dalla tabella si evince che con un aumento del numero dell'armonica utilizzata, il rendimento la conversione diminuisce molto rapidamente. Pertanto, l'uso di un moltiplicatore di impulsi video è consigliabile quando il fattore di moltiplicazione non è superiore a poche unità (solitamente 3-5). Per ottenere grandi fattori di moltiplicazione, è necessario attivare diversi stadi di moltiplicazione e amplificazione in serie con elementi di selezione in uscita.
Lo spettro degli impulsi video rettangolari corti è più ricco di armoniche: la tabella mostra che n diminuisce più lentamente all'aumentare del numero armonico rispetto al caso degli impulsi del coseno, ma è comunque un valore piccolo. Il coefficiente armonico laterale è ampio e sono necessari complessi dispositivi selettivi per attenuare le componenti dannose dello spettro. Se la griglia di frequenza è formata dall'eterodina, allora ci sono problemi con la selezione dei risonatori al quarzo, l'adattamento o la regolazione della loro frequenza. Moltiplicatori di frequenza degli impulsi radio Il metodo di moltiplicazione della frequenza degli impulsi radio, che consente l'uso di armoniche fino a 1000, è stato proposto per la prima volta nel nostro paese da V. I. Grigulevich nel 1952. Una notevole proprietà di questo metodo è anche la possibilità di ottenere uno spettro quasi ideale. Ciò è ottenuto dal fatto che al segnale convertito viene data la forma di una sequenza di impulsi con riempimento ad alta frequenza (impulsi radio) che soddisfa determinate condizioni. Per gli impulsi radio, così come per gli impulsi video (vedi Fig. 1, b), la forma, l'ampiezza e la distanza tra le armoniche dello spettro sono determinate dalla forma, dalla durata e dalla frequenza di ripetizione degli impulsi. Inoltre, la frequenza di riempimento dell'impulso determina la posizione del massimo dell'inviluppo dello spettro sull'asse della frequenza. La posizione delle armoniche sull'asse della frequenza dipende dalla legge di variazione nella fase iniziale delle oscillazioni da impulso a impulso. Se le fasi iniziali del riempimento ad alta frequenza dei singoli impulsi cambiano secondo una legge casuale, anche la posizione delle armoniche sull'asse della frequenza assume valori casuali. Lo spettro di una tale sequenza di impulsi radio sarà continuo (rumore) all'interno dell'inviluppo. Se le fasi iniziali degli impulsi radio sono coerenti, cioè gli impulsi radio sono, per così dire, "tagliati fuori" da un'oscillazione sinusoidale continua (Fig. 2, a), allora il massimo dell'inviluppo dello spettro (Fig. 2, b) coincide con la frequenza di riempimento (fo) e la posizione delle armoniche sull'asse della frequenza è determinata dalla frequenza di riempimento, il che è uno svantaggio in questo caso. Tali oscillazioni possono essere considerate continue, modulate da impulsi rettangolari.
Se le fasi iniziali P3 degli impulsi radio sono uguali e costanti (c'è uno sfasamento costante tra il riempimento ad alta frequenza degli impulsi adiacenti), la sequenza di impulsi diventa puramente periodica (Fig. 3a). Lo spettro di tale sequenza (Fig. XNUMXb) è costituito da armoniche che sono multipli della frequenza di ripetizione e non dipendono dalla frequenza di riempimento.
Pertanto, in questo caso, si ha l'effetto di moltiplicare la frequenza di ripetizione. La frequenza dell'armonica con ampiezza massima è prossima al duty cycle. L'attenuazione delle armoniche spurie, in particolare di due adiacenti, può essere ottenuta in modo significativo, per cui è possibile ridurre notevolmente i requisiti per il filtro all'uscita del moltiplicatore. La velocità di diminuzione delle ampiezze delle armoniche adiacenti dipende dalla durata dell'impulso. Più grande è la m, più vicino a fo e più spesso si trovano gli zeri dell'inviluppo, più velocemente decadono le armoniche. Ciò significa che per aumentare l'efficienza e ridurre il coefficiente di armoniche laterali, è necessario aumentare il rapporto m/T. I valori massimi praticamente ottenibili di m/T sono compresi nell'intervallo 0,9-0,95. In questo caso, il coefficiente n raggiunge il valore di 0,9 e y=0,1. Ma anche con il rapporto m/T=0,5, la moltiplicazione degli impulsi radio ha un vantaggio significativo rispetto alla moltiplicazione degli impulsi video, fornendo i valori n=0,5 e y=0,6. Metodi per costruire moltiplicatori di frequenza di impulsi radio. Sulla fig. 4 mostra uno schema a blocchi di un oscillatore locale costruito sul principio della moltiplicazione della frequenza degli impulsi radio.
Le oscillazioni dell'oscillatore al quarzo KG vengono inviate all'elemento non lineare dell'NO. Gli impulsi video formati dopo l'elemento non lineare vengono inviati all'elemento di controllo dell'RE, che crea le condizioni per il verificarsi o la rottura delle oscillazioni dell'auto-oscillatore G. La stabilità della sua frequenza non è essenziale, poiché solo la variazione di da essa dipende l'ampiezza dell'armonica di lavoro, mentre la stabilità della frequenza armonica è determinata dalla stabilità del generatore di quarzo. È necessario che il processo di insorgenza di oscillazioni di riempimento ad alta frequenza avvenga allo stesso modo per ciascun impulso (Fig. 3a). Un processo simile può essere eseguito solo negli auto-oscillatori. I circuiti pratici possono essere costruiti in diversi modi, a seconda di quale dei parametri viene utilizzato per interrompere le auto-oscillazioni. Nei generatori di bassa potenza della gamma delle onde corte, è consigliabile utilizzare un circuito con una variazione della resistenza equivalente del circuito. Il principio di funzionamento di un tale circuito può essere spiegato con l'aiuto della Fig. 5.
Il circuito LC è un sistema oscillatorio dell'auto-oscillatore G. Parallelamente al circuito oscillatorio, un diodo D è collegato attraverso il condensatore di separazione SB Gli impulsi video bipolari dal generatore GI vengono inviati al diodo attraverso il resistore R. Nei momenti in cui gli impulsi positivi arrivano al diodo, il diodo viene bloccato e nel generatore iniziano a verificarsi auto-oscillazioni. Durante gli impulsi negativi, il diodo si apre e devia il circuito. Le oscillazioni del generatore si rompono. La resistenza R deve essere scelta in modo tale che quando il diodo è bloccato, non devii molto il circuito. Invece di un diodo, puoi usare un transistor o una lampada. Sulla fig. 6 mostra un circuito in cui la pendenza della caratteristica della lampada viene utilizzata come parametro di pilotaggio.
Quando vengono ricevuti gli impulsi, la tensione anodica della lampada aumenta, la corrente anodica aumenta e si verificano oscillazioni ad alta frequenza. In assenza di un impulso, la tensione all'anodo diminuisce e le oscillazioni si interrompono. Un simile controllo della pendenza può essere implementato nel circuito a griglia della lampada. Sulla fig. 7 mostra una variante del circuito a transistor.
Ci sono circuiti in cui il coefficiente di retroazione funge da parametro di eccitazione. I dispositivi di modellazione degli impulsi devono essere ben schermati per prevenire la dispersione delle armoniche. Sono richiesti un buon filtraggio dei circuiti di potenza, il rispetto delle regole generali di installazione e l'uso del disaccoppiamento. Uno dei metodi radicali per combattere le interferenze e le radiazioni spurie è la formazione di segnali a bassi livelli. Pertanto, l'uso di circuiti a transistor è particolarmente consigliabile. Allo stesso tempo, si riducono anche le dimensioni dell'attrezzatura, il peso e il consumo di energia. È possibile che per i progettisti di onde corte amatoriali e apparecchiature di misurazione il metodo sopra descritto per ottenere frequenze fisse sia allettante. Quindi, utilizzando i principi di cui sopra per costruire circuiti, introducendovi elementi di creatività, i progettisti potranno trovare il loro posto per questo metodo tra le altre soluzioni tecniche. Letteratura: 1. V. I. Grigulevich. Un nuovo modo per moltiplicare la frequenza. "Elektrosvyaz", 1956, n. 6.
Autore: T. Labutin (UA3CR); Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Commenti sull'articolo: Alexey L'articolo originale di Labutin è stato pubblicato sulla rivista Radio n. 12/1969
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