Vervielfachung der Radiopulsfrequenz. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Hinweis für den Schüler

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Bei der Konstruktion von Kurzwellen-Amateurfunkstationen und Messgeräten, die den modernen Anforderungen an Stabilität, Kalibrierungsgenauigkeit und Frequenzablesung auf einer Skala entsprechen, treten erhebliche Schwierigkeiten auf. Das Wichtigste ist, hochstabile, genau kalibrierte Referenzfrequenzen zu erhalten.

Der einfachste Weg, feste Frequenzen zu erhalten, ist die Verwendung eines Quarzoszillators mit Resonatoren für die entsprechenden Frequenzen. Es ist jedoch nicht immer möglich, Quarzresonatoren für die erforderlichen Frequenzen auszuwählen, und außerdem weisen die Resonatoren eine Frequenzspreizung auf, die nicht immer durch Abstimmelemente kompensiert werden kann. Andere übliche Methoden zum Erhalten fester Frequenzen sind die direkte Frequenzmultiplikation und Überlagerung von Niederfrequenzoszillatoren.

Die Methode der direkten Frequenzmultiplikation besteht darin, dass harmonische Schwingungen vom Generator G in den Eingang des nichtlinearen Elements des NE eingespeist werden (Abb. 1, a), die in eine Folge von Rechteck-, Kosinus- oder anderen Videos umgewandelt werden Impulse mit einer Periode T und einer Impulsdauer t.

Das Spektrum der Videopulse (Abb. 1b) besteht aus Oberwellen, die Vielfache der Grundfrequenz sind, deren Amplitude mit zunehmender Oberwellenzahl abnimmt. Daher ist die Verwendung von Harmonischen mit großer Anzahl wegen ihres niedrigen Pegels und der Schwierigkeit, die gewünschte Harmonische (unter Verwendung des F-Filters) zu filtern, unpraktisch.

Das Energieausgangsspektrum des Multiplizierers charakterisiert den Umwandlungswirkungsgrad

wobei Рс die Leistung der nützlichen Harmonischen ist; Рtot - die Kraft aller Komponenten.

Die „Reinheit“ des Signals am NE-Ausgang wird durch den Seitenharmonischen-Koeffizienten charakterisiert

wobei Up die Amplitude der Nutzharmonischen ist, Ub die Amplitude der benachbarten Harmonischen ist.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass mit steigender Zahl der verwendeten Harmonischen der Wirkungsgrad abnimmt Der Umsatz nimmt sehr schnell ab. Daher ist die Verwendung eines Videopulsvervielfachers ratsam, wenn der Vervielfachungsfaktor nicht mehr als einige Einheiten (normalerweise 3-5) beträgt. Um große Multiplikationsfaktoren zu erhalten, müssen am Ausgang mehrere Multiplikations- und Verstärkungsstufen mit Auswahlelementen in Reihe geschaltet werden.

Das Spektrum kurzer Video-Rechteckpulse ist oberwellenreicher: Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass n mit zunehmender Oberwellenzahl langsamer abnimmt als bei Cosinus-Pulsen, aber immer noch einen kleinen Wert hat. Der Koeffizient der Seitenharmonischen ist groß, und es sind komplexe selektive Vorrichtungen erforderlich, um die schädlichen Komponenten des Spektrums zu dämpfen.

Wird das Frequenzraster durch Überlagerung gebildet, so ergeben sich Probleme bei der Auswahl von Schwingquarzen, der Anpassung oder Einstellung ihrer Frequenz.

Funkimpulsfrequenzvervielfacher

Die Methode der Radiopulsfrequenzmultiplikation, die die Verwendung von Harmonischen bis zu 1000 ermöglicht, wurde erstmals 1952 in unserem Land von V. I. Grigulevich vorgeschlagen. Eine bemerkenswerte Eigenschaft dieser Methode ist auch die Möglichkeit, ein nahezu ideales Spektrum zu erhalten. Dies wird dadurch erreicht, dass dem umgewandelten Signal die Form einer Impulsfolge mit hochfrequenter Füllung (Funkimpulse) gegeben wird, die bestimmte Bedingungen erfüllt.

Sowohl bei Funkimpulsen als auch bei Videoimpulsen (siehe Abb. 1, b) werden Form, Breite und Abstand zwischen Harmonischen des Spektrums durch die Form, Dauer und Wiederholrate der Impulse bestimmt. Außerdem bestimmt die Pulsfüllfrequenz die Lage des Maximums der Spektrumhüllkurve auf der Frequenzachse. Die Position der Harmonischen auf der Frequenzachse hängt von dem Änderungsgesetz in der Anfangsphase von Schwingungen von Puls zu Puls ab.

Ändern sich die Anfangsphasen der Hochfrequenzfüllung einzelner Pulse nach einem Zufallsgesetz, so nimmt auch die Lage der Harmonischen auf der Frequenzachse zufällige Werte an. Das Spektrum einer solchen Funkimpulsfolge ist innerhalb der Hüllkurve kontinuierlich (Rauschen).

Wenn die Anfangsphasen der Funkpulse kohärent sind, das heißt, die Funkpulse sozusagen aus einer kontinuierlichen Sinusschwingung „herausgeschnitten“ werden (Abb. 2, a), dann ist das Maximum der Spektrumhüllkurve (Abb. 2, b) fällt mit der Füllfrequenz (fo) zusammen und die Lage der Harmonischen auf der Frequenzachse wird durch die Füllfrequenz bestimmt, was in diesem Fall ein Nachteil ist. Solche Schwingungen können als kontinuierliche, durch Rechteckimpulse modulierte betrachtet werden.

Ris.2.

Wenn die Anfangsphasen P3 von Funkimpulsen gleich und konstant sind (es gibt eine konstante Phasenverschiebung zwischen der Hochfrequenzfüllung benachbarter Impulse), dann wird die Folge von Impulsen rein periodisch (Abb. 3a). Das Spektrum einer solchen Sequenz (Abb. XNUMXb) besteht aus Oberwellen, die Vielfache der Folgefrequenz sind und nicht von der Füllfrequenz abhängt.

Daher findet in diesem Fall der Effekt des Multiplizierens der Wiederholungsfrequenz statt. Die Frequenz der Harmonischen mit maximaler Amplitude liegt in der Nähe des Tastverhältnisses. Die Dämpfung von störenden Harmonischen, insbesondere der beiden benachbarten, kann signifikant erreicht werden, wodurch die Anforderungen an das Filter am Ausgang des Multiplizierers signifikant reduziert werden können. Die Abnahmerate der Amplituden benachbarter Harmonischer hängt von der Impulsdauer ab. Je größer m, je näher an fо und je öfter die Nullstellen der Hüllkurve liegen, desto schneller klingen die Harmonischen ab. Das heißt, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und den Koeffizienten der Seitenharmonischen zu reduzieren, muss das Verhältnis m/T erhöht werden. Praktisch erreichbare Maximalwerte von m/T liegen im Bereich von 0,9–0,95. In diesem Fall erreicht der Koeffizient n den Wert 0,9 und y = 0,1. Aber auch bei dem Verhältnis m/T=0,5 hat die Funkpulsvervielfachung einen deutlichen Vorteil gegenüber der Videopulsvervielfachung und liefert die Werte n=0,5 und y=0,6.

Verfahren zum Bau von Funkpulsfrequenzvervielfachern.

Auf Abb. Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Lokaloszillators, der auf dem Prinzip der Funkimpulsfrequenzvervielfachung aufgebaut ist.

Ris.4

Schwingungen des KG-Quarzoszillators werden dem nichtlinearen Element des NO zugeführt. Die nach dem nichtlinearen Element gebildeten Videoimpulse werden dem Regelelement des RE zugeführt, das die Voraussetzungen für das Auftreten oder den Zusammenbruch von Schwingungen des Selbstoszillators G schafft. Die Stabilität seiner Frequenz ist nicht wesentlich, da nur die Änderung in die Amplitude der Arbeitsharmonischen hängt davon ab, während die Stabilität der harmonischen Frequenz durch die Stabilität des Quarzgenerators bestimmt wird. Es ist erforderlich, dass der Vorgang des Auftretens von hochfrequenten Füllschwingungen für jeden Impuls gleich abläuft (Abb. 3a). Ein ähnlicher Vorgang kann nur bei Selbstoszillatoren durchgeführt werden. Praktische Schaltungen können auf unterschiedliche Weise aufgebaut werden, je nachdem, welcher der Parameter verwendet wird, um Eigenschwingungen zu stören.

Bei Generatoren kleiner Leistung im Kurzwellenbereich empfiehlt es sich, eine Schaltung mit Änderung des Ersatzwiderstandes der Schaltung zu verwenden. Das Funktionsprinzip einer solchen Schaltung lässt sich anhand von Abb. 5.

Ris.5

Der LC-Kreis ist ein Schwingsystem des Selbstoszillators G. Parallel zum Schwingkreis ist über den Trennkondensator SB eine Diode D geschaltet, der über den Widerstand R bipolare Videoimpulse des GI-Generators zugeführt werden. In den Momenten, in denen positive Impulse an der Diode ankommen, wird die Diode gesperrt und es beginnen Eigenschwingungen im Generator aufzutreten. Bei negativen Impulsen öffnet die Diode und überbrückt den Stromkreis. Schwingungen des Generators brechen zusammen. Der Widerstand R muss so gewählt werden, dass er bei gesperrter Diode den Stromkreis nicht zu stark überbrückt. Anstelle einer Diode können Sie einen Transistor oder eine Lampe verwenden. Auf Abb. Fig. 6 zeigt eine Schaltung, bei der als Ansteuerparameter die Steigung der Lampenkennlinie verwendet wird.

Ris.6

Beim Empfang von Impulsen steigt die Anodenspannung der Lampe, der Anodenstrom steigt an und es treten hochfrequente Schwingungen auf. Fehlt ein Impuls, sinkt die Spannung an der Anode und die Schwingungen brechen zusammen. Eine ähnliche Steigungssteuerung kann im Gitterkreis der Lampe implementiert werden. Auf Abb. Fig. 7 zeigt eine Variante der Schaltung mit Transistoren.

Es gibt Schaltungen, bei denen der Rückkopplungskoeffizient als Anregungsparameter dient.

Impulsformer müssen gut abgeschirmt sein, um Oberschwingungsverluste zu vermeiden. Eine gute Filterung der Stromkreise, die Einhaltung allgemeiner Installationsregeln und die Verwendung von Entkopplungen sind erforderlich. Eine der radikalsten Methoden zur Bekämpfung von Störinterferenzen und -strahlungen ist die Bildung von Signalen mit niedrigen Pegeln. Daher ist die Verwendung von Transistorschaltungen besonders empfehlenswert. Gleichzeitig werden auch die Abmessungen der Geräte, das Gewicht und der Energieverbrauch reduziert.

Es ist möglich, dass für Konstrukteure von Amateur-Kurzwellen- und Messgeräten das oben beschriebene Verfahren zum Erhalten fester Frequenzen verlockend sein wird. Dann können Designer unter Verwendung der oben genannten Prinzipien für den Aufbau von Schaltkreisen und der Einführung kreativer Elemente ihren Platz für diese Methode neben anderen technischen Lösungen finden.

Literatur:

1. V. I. Grigulevich. Ein neuer Weg, um die Frequenz zu multiplizieren. "Elektroswjas", 1956, Nr. 6.
2. V. I. Grigulevich und N. Ya. Immoreev. Radioimpulsfrequenzumwandlung. "Sowjetischer Rundfunk", 1966.
3. I. Kh. Rizkin. Frequenzvervielfacher und -teiler. "Kommunikation", 1966.
4. B. Priestley. VHF-Quarzkalibrator. RSGB-Bulletin, Juni 1967

Autor: T. Labutin (UA3CR); Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru

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