Предисловие

Количество и сложность знаний и умений, которыми должен овладеть специалист по электронной технике, радиотехническим устройствам и системам за время обучения, нарастает такими темпами, что без усвоения этой системы знаний с единых позиций невозможно понять ключевые процессы в информационных системах, использовать эти решения в новых разработках.

Особенность техники синтеза стабильных частот состоит в том, что при повышенных требованиях к чистоте спектра выходного сигнала невозможно решить поставленные задачи с помощью простых технических решений, направленных на улучшение фильтрации выходного сигнала и приходится прибегать к построению комбинированных и многозвенных структур. Вариантов построения устройств синтеза и критериев их сопоставления становится так много, что без детального овладения методами анализа отдельных компонентов и структурного подхода к построению синтезаторов, модуляторов и устройств формирования сигналов невозможно ни правильное понимание функционирования готовых устройств, ни проектирование новых с улучшенными характеристиками. Поэтому в данном пособии значительное внимание уделено именно вопросам архитектуры устройств синтеза и эвристическим структурным решениям, направленным на преодоление тех или иных ограничений.

Теория и техника формирования сложных сигналов активно развивается в связи с широким внедрением мобильных средств связи, систем прецизионных радиотехнических измерений, радионавигации и радиолокации. Известно множество вариантов технических решений по построению синтезаторов сетки стабильных частот и грамотный инженер по электронике должен в них ориентироваться как в случае использования готовых интегральных компонентов, так и при разработке новых перспективных устройств и систем. Устройства формирования опорных сигналов создают тот фундамент, на котором базируется сама возможность правильного и надёжного функционирования информационных и связных систем. Без них невозможно представить современную электронную технику со всеми её аспектами гражданских и специальных приложений. Перспективы развития систем связи и информатики, сравнимые с переходом от чёрно-белых к цветным изображениям, открывает освоение техники формирования и обработки сигналов сложной негармонической формы.

Данное пособие предназначено для студентов старших курсов высших учебных заведений радиотехнического профиля. Она может быть полезной преподавателям и разработчикам цифровой аппаратуры формирования и обработки сложных сигналов.

Введение

Устройства формирования гармонических колебаний с высокими и прецизионными требованиями к чистоте спектральной линии (синтезаторы частот) получили широкое распространение в разнообразных видах радиотехнической профессиональной и бытовой аппаратуры, благодаря тому, что измерения частоты (или периода) колебаний могут производиться с наиболее высокой точностью среди других физических измерений, а широко доступные источники опорных колебаний имеют чрезвычайно малые собственные нестабильности частоты. На основе техники формирования колебаний со стабильной частотой повторения развиваются устройства формирования сигналов с заданным законом изменения амплитуды, частоты, фазы несущего колебания или формы сигнала.

Повышение требований к качеству радиотехнических систем связи, навигации, измерений привело к необходимости построения источников опорных колебаний с прецизионной стабильностью средней частоты и чрезвычайно низким уровнем собственных фазовых шумов [1-3]. На базе таких источников развиваются устройства формирования колебаний и сигналов со сложными видами модуляции при высоких требованиях к стабильности во времени их параметров, а также к методам формирования сложных сигналов негармонической формы и сигналов без несущей частоты.

Первоначальное применение синтезаторы стабильных частот имели в качестве схем переноса стабильности частоты [1, 23] опорного источника колебаний (кварцевого или квантово-механического эталона частоты) на другое значение средней частоты при большом количестве десятичных разрядов, представляющих отношение преобразуемых частот. Дальнейшее развитие техники синтеза колебаний шло [16-17, 19, 22-27, 33, 35, 38] в направлениях: а) формирования гармонических колебаний и сигналов с переключаемыми частотами и б) синтеза периодических сигналов заданной несинусоидальной формы. Синтезаторы квазигармонических сигналов разрешают противоречие между требованиями стабилизации и управляемости частотой, между величиной шага перестройки и временем перехода на другую частоту, между чистотой спектральной линии источника эталонных колебаний и качеством выходных колебаний синтезатора сетки частот, использующего компонентную базу с собственными нестабильностями. Успехи в области синтеза колебаний с чистым спектром определяют, в конечном итоге, возможности и достижения в области современных систем связи, радиолокации, радионавигации, высокоточных средств наведения. Логическим развитием синтезаторов, фиксированных частот явились устройства формирования колебаний с малыми погрешностями заданного закона изменения частоты, синтезаторы частотно-модулированных сигналов [10], которые позволили создать устройства синтеза с такими сочетаниями параметров, которые недоступны синтезаторам фиксированных частот.

Достижения микроминиатюризации и цифровой техники привели к расширению области применения сигналов негармонической формы, то есть сверхширокополосных сигналов без несущей частоты [29] и к технической разработке соответствующих синтезаторов и устройств формирования. Синтезаторы сигналов с управлением параметрами в широких пределах служат основой для развития прикладных устройств формирования звуков, в том числе музыкальных, речи, изображений.