автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование и разработка прецизионныхисточников колебаний метрового идециметрового диапазонов

На правах рукописи

. г: од

Рыбинский Сергей Юрьевич

1 з Ш1 ш

УДК 621.396

Исследование и разработка прецизионных источников колебаний метрового и дециметрового диапазонов

Специальность 05.12.17 - Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики на кафедре Радиопередающих устройств

Научный руководитель

- Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, д.т.н, профессор ШАХГИЛЬДЯН В В.

Официальные оппоненты

д.т.н, профессор УДАЛОВ Н.Н.

к.т.н. ГРАЧЕВ Ю.Н.

Ведущее предприятие

- Воронежский научно-исследовательский институт связи (ВНИИС)

Защита диссертации состоится « •/ „ ШСНлИ- 2000 г.

46Г

в _ ч.__ мин. в аудитории

совета

на заседании диссертационного

|по присуждению ученой степени кандидата технических наук Московского технического университета связи и информатики

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу 111024, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 8А

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ Автореферат разослан «Л^» 0У____2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета К! 18.06.03

и

1 Сг 1К

Иатвеева О.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В последние годы большое развитие в радиосвязи получили ионые типы радиосигналов, отличающиеся более высокой спектр&тьной эффективностью но сравнению с традиционно используемыми: сигналы с многопозиционной фазовой манипуляцией (ФМн), квадратурно-амплитудной манипуляцией (KAM) и т.п. Использование новых типов сигналов повлекло за собой пересмотр требований к качественным показателям отдельных узлов систем радиосвязи. В первую очередь это относится к синтезаторам частот (СЧ), определяющих основные технические параметры и качество работы системы в целом. В этой связи разработка высококачественных СЧ с улучшенными характеристиками для оборудования цифровой радиосвязи чрезвычайно актуальна.

Появление на массовом рынке элементной базы, построенной по принципу цифрового вычислительного сите за, определило новое направление в этой области. Присущие цифровым вычислительным синтезаторам (ЦВС) уникальные параметры (наносскундное время переключения между частотами без разрыва фазы, диапазон выходных частот практически от нуля до десятков МГц с шагом сетки частот, равным десятым долям Гц) позволяют использовать их для формирования сигналов практически любой сложности.

Наибольший вклад в исследование различных систем на основе ЦВС в разные годи внесли. В.В.Шахшльдян, А.В.Пестряков, В.Н.Кулешов, В.Н. Кочемасов, В.Г. Лучков, Л.Л Зайцев, О.Т. Матюшин, Wheatley С.Е., Philips D.E.

Однако существующие на сегодняшний день ИМС ЦВС не позволяют создавать СЧ с 1ребованиями, предъявляемыми современными цифровыми системами связи. В первую очередь это связано с высоким уровнем шумовых компонент в выходном сигнале ЦВС, недопустимым для современных систем цифровой радиосвязи, и недостаточно высоким ¡качением выходной частоты сигнала ЦВС.

Целыо диссертационной работы является разработка и исследование систем син-ici.i "астат метровог о и дециметрового диапазонов на базе ЦВС для систем цифровой радиосвязи. В качестве решения задачи в работе предлагается использовать ЦВС в сочетании с системами импульсной фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ).

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи по тсоре-I ическочу исследованию и практической разработке СЧ:

1 Определение требований к спектральной чистоте сигнала СЧ для радиоприемного устройства системы с ммогопозициошюй ФМн;

2 Рйфаоотка структуры СЧ. реализующей необходимые требования к синтезируемому cm нал)';

3. Разработка математических моделей, алгоритмов и программ анализа динамических и спектральных характеристик разработанного СЧ;

4. Исследование динамических и спектральных характеристик разработанного СЧ;

5. Проведение экспериментального исследования с целью проверки основных результатов теоретических исследований;

6. Выработка рекомендаций и предложений по технической реализации СЧ на современной элементной базе.

Методы исследования. В диссертационной работе при решении поставленных задач используются теория непрерывных и импульсных систем автоматического регулирования; аппарат разностных уравнений; дискретного преобразования Лапласа; теория фильтрации шумов в импульсных системах автоматического управления, а также методика численного моделирования процессов и расчетов на персональном компьютере с использованием универсальных математических сред.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Получены математические соотношения для определения требований к шумовым характеристикам СЧ систем ФМн радиосвязи для случая сложной модели шумов СЧ;

2. Разработана математическая модель и проведен анализ динамических и спектральных характеристик двухкольцевой дискретной связанной системы фазовой синхронизации (ДССФС) с частотно-фазовым детектором (ЧФД) для колец 2-го и 3-го порядков;

3. Проведен анализ влияния обобщенных параметров системы на локальную устойчивость, характер и время процесса установления фазы и спектральные характеристики. Установлено, что для рассматриваемой двухкольцевой ДССФС оптимальные по быстродействию параметры системы отличаются от оптимальных параметров для одно-кольцевого СЧ. Найдены оптимальные по быстродействию соотношения параметров системы. Определены границы использования непрерывной модели СЧ для анализа спектральных характеристик.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1. Для цифровых систем радиосвязи на базе ФМн сигналов уточнена методика определения требований к спектральной чистоте сигнала СЧ;

2. Разработана методика нахождения структуры СЧ на основе ЦВС при заданных шумовых характеристиках выходного сигнала. Получена общая структура СЧ, способного реализовать заданные требования но спектральной чистоте выходного сигнала. Проведен обзор современного состояния ИМС ЦВС:

3. Для анализируемого СЧ разрабсманы алгоритмы и программы расчета динамических и спектральных характеристик;

4. Результаты проведенных исследований позволили сформулировать предложения по повышению эффективности и оптимизации по быстродействию и чистоте спектра выходного сигнала разработанной системы;

5. Представлены новые решения реализации СЧ на основе метода аппроксиммационного деления (умножения) сформированной сетки частот, позволяющие упростить структуРУ СЧ;

6. Результаты диссертационной работы реализованы в ходе НИР «ЧИНАВ-ГКНО-1», выполненной МТУСИ по заказу в.ч. 45807-Э.

Основные положения (результаты), выносимые на защиту:

1. Уточненная методика определения спектральных параметров СЧ для систем на базе ФМн сигналов;

2. Методика проектирования структуры и определения параметров СЧ на основе ЦВС;

3 Математическая модель СЧ на основе двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД и фильтрами первого и второго порядков в виде систем двух нелинейных разностных уравнений;

4. Результаты исследования динамических и спектральных характеристик системы: зависимости характера и длительности переходных процессов в СЧ от параметров колец; области устойчивой работы СЧ на двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД; частотные характеристики двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД;

5. Методика инженерного расчета динамических и спектральных характеристик СЧ на основе ЦВС;

6 Предложения по минимизации структуры СЧ на основе применения разработанного аппроксимирующего метода деления (умножения) сформированной сетки частот.

Реализация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы использовались в научно-исследовательских работах, проводившихся по Программе фундаментальных и прикладных исследований вузов связи, подготовленной Государственным комитетом по связи и информатике РФ и Министерством обороны РФ. НИР выполнялись н офаслевых лабораториях "Фазовой синхронизации" и "Радиотехнических систем" научно-исследовательской части Московского технического университета связи и информатики. Материал диссертации использовался в учебном процессе по кафедре радиопередающих устройств МТУСИ в курсе "Радиопередающие устройства" и при выполнении студентами курсовых и дипломных работ.

Апробация результатов диссертационной работы прочедена в процессе 10 выступ-дсний на научно-технических конференция университетского, всероссийского н международного масштаба в 1997-2000 гг. и периодических изданиях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений.

Краткое содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, обоснованна актуальность проблемы, сформулированы цели, основные задачи и методы исследования, научная новизна и практическая ценность работы, приведены сведения об апробации основных положений диссертации и реализации её результатов, кратко изложено содержание работы.

В первой главе на основе модели приемного тракта разрабатывается уточненная методика расчета требований к спектральной чистоте сигнала СЧ для радиоприемного устройства ФМн сигнала; приводятся примеры нахождения шаблонов допустимых фазовых шумов СЧ для систем с ФМн2 и ФМн4. Как следует из проведенного анализа требований, СЧ, используемые в таких системах, должны иметь уровень эквивалентного фазового шума не хуже -50 дБ/Гц (при отстройке 1 кГц для ФМн2). Здесь же рассматривается современное состояние техники ЦВС; определены максимально достижимые на сегодняшний день параметры ЦВС: уровень дискретных побочных составляющих достигает -90 дБ/Гц (при выходной частоте ЦВС 5МГц), максимально достижимая выходная частота - 200 МГц (при уровне дискретных побочных составляющих -45 дБ/Гц). В результате проведенного обзора техники ЦВС сделан вывод, что на сегодняшний день невозможно непосредственное использование сигнала ЦВС для формирования сигнала метрового и дециметрового диапазонов с высокими шумовыми параметрами. Для решения эюй задачи в работе проводится общая классификация методов обработки сигнала ЦВС и аналитический обзор структур на основе данных методов. Обосновывается использование в качестве решения задачи обработки сигнала ЦВС двухкольцевой системы ИФАПЧ (структурная схема изображена на рис. 1). На схеме используются следующие обозначения: ГУН - генератор, управляемый напряжением, СМ - смеситель, ФНЧ - фильтр нижних частот, ДПКД и ДФКД - делители соответственно с переменным и фиксированным коэффициентом деления. В исследуемой структуре двухкольцевая система ИФАПЧ используется в качестве формирователя поддиапазонов и блока суммирования сигнала формирователя поддиапазонов с сигналом блока предварительной обработки сигнала ЦВС. Блок предварительной обработки сигнала (БПОС) ЦВС предназначен для получения требуемою уровня шумовых составляющих сигнала ЦВС, формирующего сигнал внутри поддиапазона.

Блок предварительной обработки

Блок суммирования и обработки

ПФ

ДПКД1

смо

Ж

а

->

Н

см!

Блок формнроы ни« опорных частот

Блок формирования подаивпаюно«

ДЛКДЗ

~7Г~

ДПКД4

упражлення

Рис. 1. Структурная схема исследуемого СЧ

В главе 2 получена математическая модель двухкольцевого СЧ с кольцами ИФАПЧ второго и третьего порядка и проведено исследование динамических характеристик системы. Особенностью данной системы является наличие двух дискретизаторов, работающих в разных временных шкалах с интервалами Т| и Тг. Полученная модель функционирует в единой временной шкале с интервалом ДТ, целое число раз укладывающимся в Т] и Т2 (рис. 2).

Т

Рис. 2. Иллюстрация перехода к единой временной шкале Для рассматриваемой системы с петлевыми фильтрами первого порядка (КС -фильтр) математическая модель запишется в виде:

А

г, -Е^о)-*.-у, о..))

Д, ■ЛГ,

= /Г„.,

А

где Пщ^соцхгШпкн/Ы^ШпгО!; - начальные расстройки в кольцах;

Р(<р);Ф(х) - нормированные характеристики соответственно ЧФД1 и ЧФД2; У^КуС/Г]; У2=К2'С2/Т2 - нормированные постоянные времена фильтров первой и второй петли соответственно; £|=ЯИ|'Т|Ю|; Е2=П„2'Т2Я)2 -нормированная начальная частотная расстройка; 0|= Э,'101^1/(271 ЫгС,); 02= 102Т22/(2 п ЫгС?) - параметр кольца ИФАПЧ, имеющий смысл коэффициента усиления (относительное изменение частоты ПГ, приведенное ко входу детектора, вследствие воздействия импульса ЧФД длительностью То и амплитудой 1о), при этом произведение g'D=Q„/coo - безразмерная величина, не превышающая 1; Б -крутизна ПГ.

Для анализируемой системы с фильтрами второго порядка (ЯСС - фильтр) получена математическая модель в виде

А

Нг^

к

1 -ь1ш + /=■(?>,,(,,)+ (' .,){' -У, Л + 1)]+

+Е (> +I* ..,• -1)+ь,'[1 ■-^) +V,-,-

-у.

1 -ьи„ + ,(,)) +0 - „,) 11 - У т, -(¡Ма^ -и)1 +

• + ) + 4'' - ' ! + «Ь«- ,-(1- ^ ~Ьа,., | ;

где используются следующие обозначения для координат и обобщенных параметров:

Т|=С|Я,Т2=(С,+ С2)11,

^-¡щ ¿„.ум ^уч^Г

(3)

На основании линеаризации модели проведен анализ устойчивости системы "в малом" Получены следующие коэффициенты характеристического уравнения двухкольце-вой системы с ЯС - фильтром:

а, + Ц - У. + -К -4,

к, - -

а'= (г + °гУ')~^{1Г+0гУ,~'2)

а0 = (£>, -С,-!) У2 ГХ -О,-V, +1.

•О,-^-3-0,-Г,+ 6. (4)

£>,3 + 3 О, К, -4,

При анализе условий устойчивости указано на зависимость области устойчивости ог отношения частот регулирования в кольцах. Доказано, что для анализа устойчивости в "малом" двухкольцевой системы достаточно определить области устойчивости каждого кольца. Определены зависимости областей устойчивости от параметров системы.

На основе анализа корней характеристического уравнения показано, что характер выходного процесса на выходе СЧ определяется не только значениями параметров петель, но и их отношениями. Получены аналитические выражения, позволяющие найти границу областей параметров, характерных для колебательного и апериодического переходного процесса:

" 0* и,)1

Минимальное время переходного процесса достигается при параметрах петель, лежащих на границе колебательного и апериодического режима.

Однако анализ кривых оптимальных параметров кольца формирователя поддиапазонов в плоскости (V,, 0|) для различных частотных отклонений, полученных в результате моделирования, показал большие расхождения с полученными аналитическими выражениями (рис. 3). Расхождения увеличиваются при уменьшении инерционности кольца формирователя поддиапазонов (т.е. при уменьшении усиления и достигают 50%. Это позволяет утверждать о неприменимости полученных выше аналитических оценок оптимальных параметров для случая частотного отклонения в кольце формирователя поддиапазонов.

На основе разработанной математической модели создан комплекс программ, позволяющий определить время переходного процесса в системе для различных возмуще-

Рис. 3. Оптимальные по быстродействию параметры кольца формирования поддиапазонов для различных начальных расстроек (параметры смесительного кольца оптимальны Ог =0.033,

У2=10).

02

Рис. 4. Пример зависимости времени переходного процесса от параметров формирователя поддиапазонов (параметры смесительного кольца оптимальны).

о

-ю 5 0 ¿1 5 10

Рис. 5. Длительность переходных процессов (тактов системы) в зависимости от начальной расстройки gl при §2 = -5, одинаковые оптимальные параметры петель, Т|=Тг.

ний: как со стороны БПОС, так и со стороны формирователя поддиапазонов. Пример зависимости временн переходного процесса от параметров формирователя поддиапазонов (при оптимальных параметрах выходного кольца и равных периодах регулирования колец) изображен на рис. 4.

Проведенные исследования времени переходных процессов двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД показали следующее:

- для любых отношений частот регулирования между кольцами возможна предварительная оптимизация параметров выходного кольца по критерию максимальной скорости перестройки с использованием линейной модели;

для оптимизации параметров кольца формировзгеля поддиапазонов по критерию максимальной скорости перестройки необходимо использовать разработанный программный комплекс;

наличие на графиках "полочки" постоянного времени переходного процесса позволяет варьировать параметрами системы в достаточно больших пределах, практически не изменяя быстродействия;

при начальной расстройке в обоих кольцах появляется зависимость времени переходного процесса от знаков расстройки, что позволяет дополнительно минимизировать время переходного процесса при определенном выборе параметров системы и алгоритме перестройки (пример зависимости изображен на рис. 5);

- получено приближенное аналитическое выражение для предварительной оценки времени переходного процесса с учетом начальной расстройки, определяющее длительность переходного процесса в виде.

„ =4 + (4 + Й).Г (6)

10

где п„ - число периодов опорного колебания.

В главе 3 разработана модель двухкольцевой системы ИФАПЧ для спектрального анализа выходного сигнала СЧ, учитывающая дискретный характер работы колец. Показано, что для односторонне связанной двухкольцевой системы ИФАПЧ общая передаточная функция находится как произведение соответствующих передаточных функций каждого кольца. Для расчета частотных характеристик двухкольцевого СЧ с различными периодами регулирования в кольцах предложено введение коэффициента отношения К{, зависящего от отношения периодов регулирования колец, и равный:

Представленная модель двухкольцевого СЧ на основе колец ИФАПЧ с ЧФД и фильтрами второго порядка под действием флуктуационных возмущений с учетом дискретного характера работы позволяет:

- рассчитать частотные характеристики \У2 с использованием дискретно-непрерывных передаточных функций для внешних и внутренних воздействий;

- определить выходной спектр СЧ с учетом флуктуаций всех узлов кольца ИФАПЧ и провести анализ их влияния.

Для кольца ИФАПЧ с ЯСС фильтром получена дискретно-непрерывная передаточная функция, учитывающая неидеальность работы ЧФД, в виде:

1-ехр{-/-я}

я2 .0 + г,-9). Я

1 + V Я-гЛг, - ^ • Я-- г, +

(8).

2-Г +

(У"1 М

+ кы-Отг(г,-Г}

с! е"-е'>

где у-относительная длительность импульса на выходе ЧФД, к„ - амплитуда импульса на выходе ЧФД.

Аналогично были получены и исследованы передаточные функции для всех шумовых составляющих двухкольцевой системы при различных соотношениях частот регулирования (пример частотных характеристик приведен на рис. 6).

Полученные аналитические соотношения для непрерывного аналога кольца ИФАПЧ позволяют провести расчет частотных характеристик и сравнить результаты для непрерывной и дискретной моделей.

Проведенное сравнение характеристик, полученных для дискретной и непрерывной моделей, позволило установить, что величина нормированного коэффициента усиления может служить определением границы применимости разных моделей (рис. 7). При 0>0,1 целесообразно использование более точных дискретно-непрерывных характеристик, так как в противном случае погрешность вычислений может превышать 20%.

В главе 4 рассматриваются вопросы расчета и экспериментального исследования многокольцевого синтезатора частот на базе ЦВС. Приводится разработанная методика нахождения структуры СЧ на основе ЦВС, позволяющая минимизировать структуру СЧ при заданных требованиях к шумовым характеристикам выходного сигнала. Для упрощения расчета СЧ введено понятие "сквозного" коэффициента деления сигнала ЦВС, равного произведению коэффициентов деления делителей и умножителей СЧ, участвующих в

Рис. 6. Частотные характеристики двухкольцевой системы ИФАГГЧ для возмущений со стороны ПГ БФП при идентичных параметрах колец

Рис. 7. Относительная разность результатов для дискретной и непрерывной модели при различных параметрах кольца ИФАГГЧ

Dale U1 J<j;i 07 Tin Ref Lvl * rUrkei-' -3 S7 dB«

Res.Bu

: ua 58.S3 TC.Lvl dB« CF.Slp. ¡9.,£072 MHz

1.0 tcHz{3dB) Ult) Bu

off RF.fitt

За.ВГОкНг

' Unit

-10 -га -за -ча

-SB -60 -70. -8Й. -98. -IB0.

Start 19 457221 MMz

Span 300 kHz

Center 19 607221 MH!

Sweep 30s

ЗПЗ II.;

33 dB

т

i

:

1

ill

MjJiUt- LtWW-f I huUd '■UuiiiJ

Stop 19 757221 MHz

Рис 8. Пример шумового спектра сигнала ЦВС при Г,цХ=19МГц

IdBmi

обработке сигнала ЦВС. Проведенное проектирование и дальнейший экспериментальный анализ показали работоспособность и эффективность разработанной методики.

Предложенный в рабой- метод аппроксимационного деления (умножения) сформированной сетки частот дасг возможность расширить рабочий диапазон частот после деления (умножения) по сравнению с обычными делением (умножением). Основой метода является выбор таких частотпы.\ соотношений и коэффициентов преобразования, которые позволяют получить перекрывающиеся (сшивающиеся) множества возможных выходных сеток частот. В работе получены соотношения для входных частот и коэффициентов преобразования частоты, обеспечивающие сшивание выходных подсеток в системе с предварительно сформированной сет кой частот (в частном случае - сетка частот ЦВС) для получения непрерывной выходной сетки частот. Использование этого метода при проектировании октавного СЧ дециметрового диапазона позволило сократить число требуемых поддиапазонов в 49 раз, что значительно уменьшило аппаратные затраты.

С целью проверки результатов исследования разработан и изготовлен лабораторный макет на базе ИМС ЦВС А09850. Исследование его спектральных характеристик показали высокую степень совпадения экспериментальных результатов с рассчитанными характеристиками для ЦВС с такими параметрами. Пример шумового спектра на выходе макета ЦВС приведен на рис. 8.

На основе созданного макета ЦВС и разработанных программ анализа многокольцевых структур создан профаммно-аппаратный комплекс, позволяющий выполнять исследование комбинированных СЧ с произвольным количеством колец ИФАПЧ и типом структуры СЧ. На основе предложенных методик осуществлено техническое проектирование СЧ для КВ приемника ФМн-сигнала. Полученная структура превосходит аналоги на основе подобных структур (например, СЧ радиоприемных устройств 15Т -135 и ЬС-780) по ряду качественных нокашелен: шаг сегки частот меньше в 106 раз, спектральная чистота лучше на 10 дБ/Гц (пример шумового спектра приведен на рис. 9), время переключения меньше на 40% (внутри поддиапазона время переключения 85 мкеек, между поддиапазонами - 5 мсек). Полос 1В1 ком полученной структуры является большее количество базовых элементов по сравнению с аналогами, что будет скомпенсировано с дальнейшим развитием элементной ба ш.

Выработанные рекомендации но проектированию структуры комбинированных СЧ позволяют инженеру ра ¡работать СЧ по поставленному техническому заданию.

Результаты эксперимент использованы при разработке синтезатора частот для КВ-радиоприемника в на}чж>-на.\!сд(>на1сльск0й работе "Чинаб-ГКНО-1", выполненной и НИЧ МТУСИ по заказу поисковой части 45807-Э.

Нд,

чВ'Гц

13 24 35 46 57

79 90 101 112 1гЗ 134 145 1-^6 167 1/К 1X9 М

Рис. 9. Результирующий спектр сигнала на выходе СЧ при !„,., ЧООМГц в полосе анализа 200кГц

В заключении приводятся основные результаты и выводы по диссертационной рз-

о о I е

В приложении рассматриваются шумовые модели узлов СЧ, приводился обзор современного состояния техники ЦВС, схемы и принципы функционирования ЧФД, описание аппарашо-программиого комплекса и сведения о внедрении рсчу.м.таюв диссертационной рабо1ы.

Основные результаты работы

1. Получены математические соотношения и разработана утчнсипая меюдика для определения требований к шумовым характеристикам СЧ систем ФМн радиосвязи для случая с южной модели шумов СЧ; на ее основе получены шаблоны доп\ап\!Ы\ фашвых шумов ( Ч

2 Выполнен обзор и анализ современною состояния 1с,\ники цифровою вичпелшельно-ю епшема. позволяющие разработчику аппаратуры выбран, ЦВС по ia.iaiiiii.iM параметрам, проведена классификация и анализа возможных сIрукI\р .им пГфайожи сигнала ЦВС В качестве базовой структуры предложена структура СЧ на <чио»е дв\хкольцевой сис1смы ЦФЛПЧ, реализующая повышенные требования к шумовым нарамефам выход-но! о сигнала.

; При помощи методики, основанной на использовании "мс мдчГ временной шкалы с пк'креIом VI", разработана математическая модель двухколык'вои ,1< С'ФС с ЧФД для ко-1сп 2-ю порядка с КС звеньями и 3-го порядка с ЯСС ¡веньямн н цапяч \ правления. На основании линеаризованной модели проведено исследование чсюйчиносш сиск-мы "в

К1 ц

малом". Определены зависимости областей устойчивости от обобщенных параметров системы.

4. Получены выражения, позволяющие определить характер переходного процесса и время установления фазы в зависимости от значений обобщенных параметров системы и их отношения. Установлено, что оптимальные по быстродействию параметры двухколь-цевой системы ИФАПЧ отличаются от оптимальных по быстродействию парамечров од-нокольцевого СЧ. Найдены оптимальные по быстродействию соотношения параметров системы. Доказано, что время переходного процесса зависит от знаков начальной расстройки в кольцах: на основании этого возможна минимизация времени переходного процесса за счет выбора определенного алгоритма перестройки системы.

5. Подучено общее выражение для нахождения общей передаточной функции односторонне связанной двухкольцевой системы ИФАПЧ. Для расчета частотных характеристик двухкольцевого СЧ с различными периодами регулирования в кольцах предложено введение коэффициента отношения, зависящего от отношения периодов регулирования. Исследована модель СЧ на основе двухкольцевой системы ИФАПЧ с ЧФД и фильтрами второго порядка под действием флуктуационных возмущений с учетом дискретного характера работы.

6. Получены зависимости расхождения результатов для дискретной и непрерывной моделей СЧ от обобщенных параметров системы и частоты анализа. Проведенное сравнение харамеристик позволило установить, что непрерывные модели неприменимы для анализа систем ИФАПЧ с коэффициентом усиления 0>0.1, так как погрешность вычислений пре-вышае! 12%. На основании исследования отмечено, что появление второго кольца с большей частотой дискретизации привело к незначительному изменению часшшых характеристик системы. Для обратного случая характерно уменьшение полосы пропускания СИС1СМЫ.

7. Разработанная методика нахождения структуры СЧ на основе ЦВС при заданных ш\-моных характеристиках выходного сигнала позволяет минимизировать структуру СЧ. Проведенное проектирование и дальнейший экспериментальный анализ показали ее работоспособность и эффективность. Представлены новые решения реализации СЧ на основе меюда апнроксиммационного деления (умножения) сформированной сетки час ни, пошо-дямтие упростить структуру СЧ.

К. Со ¡дан комплекс программ для расчета характера переходного процесса, времени иерее I ройки и области устойчивости линейной двухкольцевой системы ИФАПЧ шорою порядка с ЧФД. Результаты проведенных исследований позволили сформулирован, предложения но повышению эффективности и оптимизации по быстродействию и чистоте спек-|ра выходною сигнала разработанной системы.

9. С целью проверки результатов исследования разработан и изготовлен лабораторный макет на базе ЦВС AD9850. Исследование его спектральных характеристик показали высокую степень совпадения экспериментальных результатов с рассчитанными характеристиками для ЦВС с такими параметрами.

10. Созданный программно-аппаратный комплекс позволяет выполнять исследование комбинированных СЧ с произвольным количеством колец ИФАПЧ и типом структуры СЧ. На основе предложенного метода осуществлено техническое проектирование СЧ для системы KB радиосвязи. Полученная структура превосходит широко известные аналоги по большинству качественным показателям (чистота выходного спектра, время переключения). Выработанные рекомендации по проектированию структуры комбинированных СЧ позволяют разработчику спроектировать СЧ по поставленному ТЗ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Шахгильдян В.В., Пестряков A.B., Рыбинский С.Ю. Принципы построения источников сигналов на базе цифрового вычислительною синтеза // Электросвязь, 1999. №12, С. 15-20.

2. Аджемов С.С, Дмитриев В.Г., Рыбинский С.Ю.. Реализация спецпроцессоров обработки радиосигналов в адаптивных системах на современной элементной базе // Информационные технологии, 1997. №8, С. 31-35.

3. Пестряков A.B., Рыбинский С.Ю Современные структуры прецизионных источников колебаний метрового и дециметрового диапазонов с использованием цифровых методов сингезаУ/Тезисы докладов 52-й научной сессии, посвященной Дню Радио - Москва, 1999.- С. 272-273.

4. Shakhgiidyan V.V., Rybinskiy S.U. Problems of the nonlinear models analysis for the elements, used in combined structures of frequency synthesizers // 5-th International Specialist Workshop. Nonlincai Dynamics of Hlectronic Systems. Moscow, June 26-27, 1997. P.318-323.

5. Рыбинский С. IO., Пестряков А В., Ку й,мин Г В., Якушкин B.C. Универсальные устройства формирования и обработки сш налов и опорных колебаний в спутниковых системах связи // Труды международной научно-технической конференции "Спутниковые системы связи и навигации", Красноярск, 1997 - т.З, С. 101-110.

6. Шахгильдян В В., Пестряков \ В , Рыбинский С.Ю. Общие принципы построения синтеза!оров частот на основе цифровою вычислительного синтеза // Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава. Тезисы докла.моп Москва, 1998 г., С. 108.

7. Pestrykov A.V., Smirnov A.E., Rybinsky S.U. Some design aspects of high-efficiency radio frequency oscillator based on the direct digital synthesizers technology // Digital signal processing and its applications - DSPA '98 June 30 - July 3, 1998, Moscow- V. [1-Е, p. 14-17.

8. Шахгильдян B.B., Пестряков A.B., Рыбинский С.Ю. Применение петель фазовой автоподстройки для обработки сигнала цифрового вычислительного синтезатора. /./ Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава. Тезисы докладов. Москва, 1999 г., С. 137-138.

9. Рыбинский С.Ю. Моделирование шумовых характеристик двухкольцевой системы фазовой синхронизации // Тезисы докладов 54-й научной сессии, посвященной Дню Радио - Москва, 1999. - С. 272-273.

10. Шахгильдян В.В., Рыбинский С.Ю. Анализ устойчивости "в малом" двухкольцевой системы ИФАПЧ с различными периодами регулирования в кольцах. // Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава. Тезисы докладов. Москва, 2000 г., С. 115-116.

11. Рыбинский С.Ю. Анализ влияния фазовых шумов синтезаторов систем ФМн сигнала на характеристики приёма // Труды международной академии информатизации, 1998 г. С. 105-106.