4.1.9 Методы построения генераторного оборудования

Материал по данному вопросу изложен в [7, стр. 230…232].

Количество несущих частот, требуемых для каждой АСП, достаточно велико и растет с увеличением числа каналов. Получать каждую несущую от отдельного высокостабильного генератора (индивидуальный метод) затруднительно и неэкономично. Поэтому для получения сетки частот используют методы синтеза. Наибольшее применение нашли следующие  методы [5].

Прямой синтез. В этом случае любая частота получается в результате простых арифметических операций (умножения, деления, сложения и вычитания) над колебаниями ЗГ f _зг и узкополосной фильтрации.

Операции умножения и деления выполняются с помощью умножителей и делителей частоты, а сложения и вычитания – с помощью ПЧ.

Пример получения одной из частот f _j методом прямого синтеза  из f _зг  показан на рис. 4.58,а.

 

Рис.4.58 Прямой синтез

 

На выходе фильтра получаем колебание с частотой f _j, определяемой  из соотношения

                              (4.7),

где  n_j, k_j, p_j, l_j – целые числа.

Обычно полосовые фильтры приходится ставить также на выходах умножителей и делителей частоты. Если их избирательность недостаточна, то на выходе, кроме заданной частоты, появляются и другие составляющие. В этом случае применяют усложненную схему фильтрации на основе метода «двойного преобразования частоты» (метод «вычитания ошибок») – рис.4.58,б. В схеме используются два ПЧ и ПФ, настроенный на более низкую частоту f_к = ‌‌‌‌|m_jf_зг – f₀| и поэтому более узкополосный. Нестабильность источника f₀ не сказывается на выходной частоте, т.к. она вычитается при повторном преобразовании.

Непрямой метод синтеза. В этом случае используется не один, а несколько автономных ЗГ, которые синхронизируются по основному генератору с помощью устройств частотной (ЧАПЧ) и фазовой (ФАПЧ) автоподстройки частоты.

Пример использования данного метода на основе ФАПЧ показан на рис. 4.59.

 

                    

 

Рис.4.59 Непрямой синтез с ФАПЧ

 

Синхронизация генераторов производится с помощью делителей частоты и петли автоподстройки, которая включает фазовый детектор (ФД) и усилитель сигнала ошибки (УСО). В установившемся режиме частоты сигналов, поступающих на оба входа ФД с делителей частоты, равны и напряжение на выходе ФД равно нулю (или постоянно). В этом случае

f_j/t = f_зг/q,      откуда f_j = (t/q)f_зг = m_jf_зг,                                       (4.8)

т.е. получаем результат, как и при прямом синтезе (см. 4.7)

При уходе частоты генератора Gi на величину Δf_j на выходе ФД возникает сигнал ошибки с разностной частотой Δf = (f_j + Δf_j)/t – (f_зг/q), который после усиления (УСО) поступает на управляющий элемент генератора Gi. В качестве такого элемента обычно используют варикап. При включении варикапа в колебательный контур генератора Gi можно изменять его частоту, подстраивая ее до номинального значения.

Достоинство непрямого метода синтеза частоты – возможность исключения умножителей частоты, являющихся достаточно сложными устройствами. Делители частоты значительно проще в реализации.

К недостаткам непрямого метода можно отнести сложность построения генератора, управляемого напряжением (ГУН) Gi.

В современном генераторном оборудовании используется также комбинированный метод построения, объединяющий оба рассмотренных выше метода синтеза частот.

Наличие сравнительно простых кратных соотношений между несущими частотами АСП обусловило применение «гармонического» метода получения сетки частот. В соответствии с этим методом все несущие частоты формируются как гармоники некоторой основной частоты, вырабатываемой высокостабильным ЗГ, с помощью генераторов гармоник, ПЧ, делителей и умножителей частоты. Таким образом, данный метод является разновидностью метода прямого синтеза.  

В таблице 4.2 приведен перечень несущих частот, необходимых для формирования стандартных групп и линейных спектров кабельных АСП с ЧРК.

 

                   Табл.4.2                                            Перечень несущих частот

 

В прошлом ГО конструктивно выполнялось как часть систем передачи. Для его размещения предусматривались стойки унифицированного генераторного оборудования (СУГО), в частности, СУГО – 1 и СУГО – 2 [5,7,8].      

 СУГО-1 формирует колебания индивидуальных и первичных групповых несущих частот, контрольные частоты ПГ и ВГ, необходимые для работы СИП и СПП, а также линейные КЧ 16,112 и 248 кГц, используемые в аппаратуре К-60П.

СУГО-2 формирует колебания вторичных групповых несущих частот, КЧ ТГ 1552 кГц (эти частоты используются в СВП), а также линейные КЧ, используемые в аппаратуре К-300 (308 и 1364 кГц), К-1920 (1056, 5974 и 8544 кГц) и ряд вспомогательных частот, применяемых  в радиорелейной аппаратуре. СУГО-2 не имеет ЗГ и работает совместно с СУГО-1, откуда поступают частоты 4, 100, 108, 128, 468, 564 и 612 кГц. Более подробно с аппаратурой СУГО-1,2 можно ознакомиться в [5, 7, 8].

При размещении оборудования АСП, рассчитанной на большое число каналов, централизованное ГО оказывается неудобным из-за большого количества межстоечных соединительных кабелей большой протяженности, по которым передаются индивидуальные и групповые несущие частоты, а также КЧ. Кроме того, из-за затухания в кабелях возникает разброс уровней на входах однотипных стоек и значительные переходные влияния.

Современное ГО строится по децентрализованному методу  и состоит из двух частей: централизованной части, сосредоточенной на отдельной стойке генераторов управляющих частот (СГУЧ) и децентрализованной части, выполненной в виде отдельных комплектов, размещенных в стойках индивидуального и группового преобразования и стойках сопряжения. Данный принцип положен в основу оборудования ОКОП. Каждый из децентрализованных блоков ГО (комплект генераторный – КГПГ, КГВГ) на основе нескольких управляющих частот формирует все частоты, необходимые для работы соответствующей стойки преобразования или сопряжения. Используется два варианта источников управляющих частот: для АСП К-3600 и К-1920П – СГУЧ,  для АСП К-1020 и К-300 – комплект задающего генераторного оборудования (КЗГО). Структурная схема СГУЧ показана на рис.4.60.

 

Рис.4.60 Структурная схема СГУЧ

Частота ЗГ превышает опорную, т.к. на высоких частотах легче изготовить качественные кварцевые резонаторы.

Схема формирования управляющих частот показана на рис. 4.61.

           

Рис.4.61 Формирование управляющих частот

В соответствующих децентрализованных генераторных комплектах указанные выше управляющие частоты преобразуются в несущие  в соответствии с таблицей 4.3 и рис. 4.62. для получения управляющих и несущих частот используются ПЧ, умножители, делители и генераторы гармоник (ГГ). ГГ преобразует сигнал опорной частоты в последовательности импульсов, содержащие  в своем спектре четные или нечетные высшие гармоники опорной частоты. Установленные на выходе ГГ узкополосные фильтры позволяют выделить требуемые гармоники, которые и используются в качестве несущих частот.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Табл.4.3                                                  Несущие частоты       

 

Рис.4.62 Формирование несущих частот

 

Генераторы гармоник

Данный материал изложен в [5, стр.241…243; 7, стр.185…189].

Генератор гармоник – устройство, искажающее форму и спектр входного синусоидального сигнала (рис.4.63,а) таким образом, чтобы в спектре выходного сигнала появились новые (высшие) гармоники. Выделение гармоник, соответствующих тем или иным несущим, осуществляется полосовыми фильтрами, включаемыми на выходе ГГ. Таким образом, генератор гармоник в сочетании с полосовыми фильтрами является системой умножителей частоты на коэффициенты, соответствующие номерам выделяемых гармоник (рис.4.63,б).

«Хорошим» ГГ считается такой, который при подаче на вход сигнала с частотой f образует на выходе множество гармоник исходной частоты, причем мощности этих гармоник примерно равны  и достаточны для надежного выделения с помощью ПФ.

 

 

Рис.4.63 Генератор гармоник

 

Простейшим ГГ является усилитель-ограничитель. Часто используют ГГ, в котором в качестве нелинейного элемента применяется нелинейная индуктивность (рис.4.64).

           

 

Рис.4.64 Генератор гармоник с нелинейной индуктивностью

 

Для нее характеристика намагничивания, т.е. зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н, имеет вид, показанный на рис. 4.65,а. Изменение индуктивности при протекании тока I_L приведено на рис. 4.65,б. В ГГ выбирают R_г>>R_н, поэтому ток через катушку I_L(t) имеет практически синусоидальную форму. Когда значение I_L(t) находится в пределах от I_- до I₊ (рис.4.65,в,г), выполняется условие х_L >>х_с и ток протекает через конденсатор С, заряжая его. По мере заряда увеличивается I_L(t), и при I_L(t) > I₊ (или при I_L(t) < I_- ) индуктивность катушки резко падает, теперь х_L   < < х_с, и емкость С начинает разряжаться, т.к. катушка закорачивает его через резистор R_н.

 

Рис.4.65

На нагрузке появляются импульсы напряжения (рис.4.65,д). В первом приближении этот сигнал можно представить в виде последовательности двухполярных коротких прямоугольных импульсов (рис.4.66,а), спектр которой показан на рис 4.66,б.

 

 

Рис.4.66 Сигнал на выходе ГГ

Основной недостаток данной схемы ГГ – отсутствие в спектре четных гармоник. Его можно устранить, дополнив схему двухполупериодным выпрямителем (рис.6.67,а). На выходе (б-б) выпрямителя получаются однополярные импульсы с периодом, в два раза меньшим периода основной (опорной) частоты f (рис.4.67, в). Спектр этих импульсов содержит как четные, так и нечетные гармоники частоты 2f, и, следовательно, только четные гармоники частоты f. На выходе (а-а) присутствуют только нечетные гармоники (рис.4.67,б).

Рис.4.67 Генератор гармоник

Полосовые фильтры, выделяющие нечетные гармоники подключают параллельно  к выходу (а-а), а ПФ четных гармоник – к выходу (б-б). Фильтры могут подключаться непосредственно или через развязывающие устройства. Такое решение широко применяется в различных АСП с ЧРК, при этом фильтры, как правило, реализуются на LC-элементах.