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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Multiplicación de frecuencia de pulsos de radio. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Nota para el estudiante Al diseñar estaciones de radioaficionados de onda corta e instrumentos de medición que cumplan con los requisitos modernos de estabilidad, precisión de calibración y lectura de frecuencia en una escala, se encuentran dificultades significativas. La principal es la obtención de frecuencias de referencia altamente estables y calibradas con precisión. La forma más sencilla de obtener frecuencias fijas es utilizar un oscilador de cristal con resonadores para las frecuencias adecuadas. Sin embargo, no siempre es posible seleccionar resonadores de cuarzo para las frecuencias requeridas y, además, los resonadores tienen una dispersión de frecuencia que no siempre puede compensarse con elementos de sintonización. Otras formas comunes de obtener frecuencias fijas son la multiplicación directa de frecuencias de osciladores de baja frecuencia y la heterodinación. El método de multiplicación de frecuencia directa radica en el hecho de que las oscilaciones armónicas del generador G se alimentan a la entrada del elemento no lineal del NE (Fig. 1, a), que se convierten en una secuencia de video rectangular, coseno u otro pulsos con un período T y una duración de pulso t.
El espectro de pulsos de video (Fig. 1b) consta de armónicos que son múltiplos de la frecuencia fundamental, cuya amplitud disminuye al aumentar el número de armónicos. Por lo tanto, el uso de armónicos con números grandes es poco práctico debido a su bajo nivel y la dificultad de filtrar el armónico deseado (usando el filtro F). El espectro de salida de energía del multiplicador caracteriza la eficiencia de conversión
donde Рс es la potencia del armónico útil; Рtot - el poder de todos los componentes. La "pureza" de la señal en la salida NE se caracteriza por el coeficiente armónico lateral
donde Up es la amplitud del armónico útil, Ub es la amplitud del armónico vecino. Se puede ver en la tabla que con un aumento en el número de armónicos utilizados, la eficiencia la conversión disminuye muy rápidamente. Por lo tanto, se recomienda el uso de un multiplicador de pulsos de video cuando el factor de multiplicación no es más que unas pocas unidades (generalmente 3-5). Para obtener grandes factores de multiplicación, es necesario encender varias etapas de multiplicación y amplificación en serie con elementos de selección en la salida.
El espectro de pulsos de video rectangulares cortos es más rico en armónicos: la tabla muestra que n disminuye más lentamente al aumentar el número de armónicos que en el caso de los pulsos de coseno, pero sigue siendo un valor pequeño. El coeficiente de armónicos laterales es grande y se requieren dispositivos selectivos complejos para atenuar los componentes dañinos del espectro. Si la red de frecuencias está formada por heterodino, entonces hay problemas con la selección de resonadores de cuarzo, el montaje o el ajuste de su frecuencia. Multiplicadores de frecuencia de pulsos de radio El método de multiplicación de frecuencia de pulsos de radio, que permite el uso de armónicos hasta 1000, fue propuesto por primera vez en nuestro país por V. I. Grigulevich en 1952. Una propiedad notable de este método es también la posibilidad de obtener un espectro casi ideal. Esto se logra por el hecho de que la señal convertida se da en forma de una secuencia de pulsos con relleno de alta frecuencia (pulsos de radio) que satisface ciertas condiciones. Para los pulsos de radio, así como para los pulsos de video (ver Fig. 1, b), la forma, el ancho y la distancia entre los armónicos del espectro están determinados por la forma, la duración y la tasa de repetición de los pulsos. Además, la frecuencia de llenado del pulso determina la posición del máximo de la envolvente del espectro en el eje de la frecuencia. La posición de los armónicos en el eje de frecuencia depende de la ley de cambio en la fase inicial de oscilaciones de pulso a pulso. Si las fases iniciales del llenado de alta frecuencia de pulsos individuales cambian según una ley aleatoria, entonces la posición de los armónicos en el eje de frecuencia también toma valores aleatorios. El espectro de tal secuencia de pulsos de radio será continuo (ruido) dentro de la envolvente. Si las fases iniciales de los pulsos de radio son coherentes, es decir, los pulsos de radio están, por así decirlo, "cortados" de una oscilación sinusoidal continua (Fig. 2, a), entonces el máximo de la envolvente del espectro (Fig. 2, b) coincide con la frecuencia de llenado (fo) y la posición de los armónicos en el eje de frecuencia está determinada por la frecuencia de llenado, lo que es una desventaja en este caso. Tales oscilaciones pueden considerarse continuas, moduladas por pulsos rectangulares.
Si las fases iniciales P3 de los pulsos de radio son iguales y constantes (hay un cambio de fase constante entre el llenado de alta frecuencia de pulsos adyacentes), entonces la secuencia de pulsos se vuelve puramente periódica (Fig. 3a). El espectro de tal secuencia (Fig. XNUMXb) consiste en armónicos que son múltiplos de la frecuencia de repetición y no dependen de la frecuencia de llenado.
Por tanto, en este caso, se produce el efecto de multiplicar la frecuencia de repetición. La frecuencia del armónico con amplitud máxima está cerca del ciclo de trabajo. La atenuación de los armónicos espurios, en particular dos armónicos adyacentes, puede obtenerse significativamente, como resultado de lo cual los requisitos para el filtro a la salida del multiplicador pueden reducirse significativamente. La tasa de disminución de las amplitudes de los armónicos adyacentes depende de la duración del pulso. Cuanto mayor sea m, cuanto más cerca de fo y más a menudo se localicen los ceros de la envolvente, más rápido decaerán los armónicos. Esto significa que para aumentar la eficiencia y reducir el coeficiente de los armónicos laterales, es necesario aumentar la relación m/T. Los valores máximos prácticamente alcanzables de m/T se encuentran en el rango de 0,9-0,95. En este caso, el coeficiente n alcanza el valor de 0,9 yy=0,1. Pero incluso con la relación m/T=0,5, la multiplicación de pulsos de radio tiene una ventaja significativa sobre la multiplicación de pulsos de video, proporcionando los valores n=0,5 y y=0,6. Métodos para construir multiplicadores de frecuencia de pulsos de radio. En la fig. 4 muestra un diagrama de bloques de un oscilador local basado en el principio de multiplicación de frecuencia de pulsos de radio.
Las oscilaciones del oscilador de cuarzo KG se alimentan al elemento no lineal del NO. Los pulsos de video formados después de que el elemento no lineal se alimentan al elemento de control del RE, lo que crea las condiciones para la aparición o interrupción de las oscilaciones del autooscilador G. La estabilidad de su frecuencia no es esencial, ya que solo el cambio en la amplitud del armónico de trabajo depende de ello, mientras que la estabilidad de la frecuencia armónica está determinada por la estabilidad del generador de cuarzo. Es necesario que el proceso de aparición de oscilaciones de llenado de alta frecuencia ocurra de la misma manera para cada pulso (Fig. 3a). Un proceso similar solo puede llevarse a cabo en auto-osciladores. Los circuitos prácticos se pueden construir de diferentes maneras, según cuál de los parámetros se utilice para interrumpir las autooscilaciones. En generadores de baja potencia del rango de onda corta, es recomendable utilizar un circuito con un cambio en la resistencia equivalente del circuito. El principio de funcionamiento de dicho circuito se puede explicar con la ayuda de la Fig. 5.
El circuito LC es un sistema oscilatorio del autooscilador G. Paralelo al circuito oscilatorio, se conecta un diodo D a través del condensador de separación SB. Los pulsos de video bipolares del generador GI se alimentan al diodo a través de la resistencia R. En los momentos de tiempo en que llegan pulsos positivos al diodo, el diodo se bloquea y comienzan a producirse autooscilaciones en el generador. Durante los pulsos negativos, el diodo se abre y desvía el circuito. Las oscilaciones del generador se rompen. La resistencia R debe elegirse de modo que cuando el diodo esté bloqueado, no desvíe mucho el circuito. En lugar de un diodo, puede usar un transistor o una lámpara. En la fig. 6 muestra un circuito en el que la pendiente de la característica de la lámpara se utiliza como parámetro de activación.
Cuando se reciben pulsos, el voltaje del ánodo de la lámpara aumenta, la corriente del ánodo aumenta y ocurren oscilaciones de alta frecuencia. En ausencia de un pulso, el voltaje en el ánodo cae y las oscilaciones se rompen. Se puede implementar un control de pendiente similar en el circuito de rejilla de la lámpara. En la fig. 7 muestra una variante del circuito que utiliza transistores.
Hay circuitos en los que el coeficiente de realimentación sirve como parámetro de excitación. Los dispositivos de formación de pulsos deben estar bien protegidos para evitar fugas armónicas. Se requiere un buen filtrado de los circuitos de potencia, el cumplimiento de las reglas generales de instalación y el uso de desacoplamiento. Uno de los métodos radicales para combatir la interferencia y la radiación espurias es la formación de señales a niveles bajos. Por lo tanto, es especialmente recomendable el uso de circuitos de transistores. Al mismo tiempo, también se reducen las dimensiones del equipo, el peso y el consumo de energía. Es posible que para los diseñadores de equipos de medición y de onda corta para aficionados, el método descrito anteriormente para obtener frecuencias fijas sea tentador. Luego, utilizando los principios anteriores para construir circuitos, introduciendo elementos de creatividad en ellos, los diseñadores podrán encontrar su lugar para este método entre otras soluciones técnicas. Literatura: 1. V. I. Grigulevich. Una nueva forma de multiplicar la frecuencia. "Elektrosvyaz", 1956, No. 6.
Autor: T. Labutin (UA3CR); Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Comentarios sobre el artículo: Alexey El artículo original de Labutin fue publicado en la revista Radio #12/1969
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