Курсовая работа разработка синтезатора частоты на диапазон 8-10 ГГц (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАЗРАБОТКА СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТЫ НА ДИАПАЗОН 8-10 ГГц

Работу выполнил _______________________

Курс 3

Направление 210400.62 Радиотехника

Научный руководитель

д-р техн. наук, профессор______________________________

Нормоконтролер инженер_____________________________

Краснодар 2015

Реферат

­­Курсовая работа 29 с., 10 рис., 2 табл., 10 источников, 2 прил.

СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ, ФАЗОВАЯ АВТОПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ, ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР, ЖИГ-ГЕНЕРАТОР, ГЕНЕРАТОР УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ, МИКРОКОНТРОЛЛЕР

В данной работе рассматривается синтезатор частоты, работающий в диапазоне 8-10 ГГц, охваченный петлей ФАПЧ и управляемый с помощью компьютера посредством интерфейса передачи данных RS-232.

Целью работы является разработка синтезатора частоты, работающего в диапазоне 8-10 ГГц.

В результате выполнения курсовой работы был разработан и сконструирован действующий макет синтезатора частоты, работающий в диапазоне 8-10 ГГц на основе ФАПЧ и ЖИГ-генератора, написана управляющая программа для микроконтроллера.

Содержание

Обозначения и сокращения        4

Введение        5

1 Синтез частот        7

1.2 Некогерентный синтез        10

1.3 Когерентный синтез        11

2 Синтез частоты методом цифровой ФАПЧ        15

2.1 Импульсная ФАПЧ        18

3 Синтезатор частоты        20

3.1 Расчет значений коэффициента деления ДПКД для LMX2326        23

4 Интерфейсы передачи данных        25

4.1 RS-232        25

4.2 Последовательный периферийный интерфейс (SPI)        26

Заключение        28

Список использованной литературы        29

нешний вид готовой установки        30

сходный код прошивки микроконтроллера        31

Обозначения и сокращения

SPI	Serial Peripheral Interface
USART	Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter
ГУН	Генератор управляемый напряжением
ДДПКД	Делитель с дробно-переменным коэффициентом деления
ДПКД	Делитель с переменным коэффициентом деления
ДЧ	Делитель частоты
ЖИГ	Железо-иттриевый гранат
ИФД	Импульсный фазовый детектор
МК	Микроконтроллер
См	Смеситель
СПЗ	Система подкачки заряда
СЧ	Синтезатор частоты
УУ	Устройство управления
ФАПЧ	Фазовая автоподстройка частоты
ФД	Фазовый детектор
ФНЧ	Фильтр нижних частот

Введение

С развитием технологий и ростом количества устройств приема и передачи сигналов возникает все большая потребность в освоении частот все большего диапазона. Но с ростом частоты все большее значение приобретает проблема стабильности частоты, к тому же многие устройства требуют возможности работы в широком диапазоне частот (например, радиостанции). До появления и развития методов синтеза частот создание и производство подобного устройства было достаточно сложной технической проблемой.

В настоящее время большое распространение получили синтезаторы частоты, работающие на принципах прямого и косвенного когерентного синтеза частоты. С развитием цифровой техники открылись широкие перспективы в области создания цифровых синтезаторов частоты.

Цифровые синтезаторы частоты, по сравнению с прочими, обладают рядом существенных преимуществ:

Низкая стоимость компонентов; Малые размеры компонентов; Практически полное отсутствие прецизионных компонентов; Меньший уровень фоновых шумов за счет особенностей синтеза; Высокое быстродействие.

В современной литературе наиболее часто встречаются методы прямого цифрового синтеза и синтеза, охваченного петлей фазовой автоподстройки частоты. Первый из них обладает наилучшими функциональными возможностями, но работает в диапазоне до 1 ГГц. Второй метод позволяет с достаточной точностью синтезировать частоты гораздо более широкого диапазона (в том числе СВЧ-диапазона).

СВЧ-диапазон активно используется в целях радиолокации, связи, научной деятельности.

Целью данной работы является изучение и разработка синтезатора частоты, работающего в диапазоне 8-10 ГГц.

При этом необходимо решить следующие задачи:

– Изучить принципы работы аналоговых систем ФАПЧ;

– Изучить принципы работы цифровых систем ФАПЧ на основе ДПКД;

– Изучить принципы работы цифровых вычислительных синтезаторов (DDS);

– Изучить принципы стабилизации частоты ЖИГ-генераторов на основе многопетлевых систем ФАПЧ и принципы построения цифровых синтезаторов частот;

– Изучить устройство синтезатора частоты с ФАПЧ типа Stellex и принципом его программирования;

– Разработать управляющую систему для синтезатора типа Stellex на основе микроконтроллера.

Синтез частот

Синтезом частот называется процесс, преобразующий исходное опорное колебание в колебание с другой частотой. Также синтез может происходить от нескольких источников опорного колебания и/или позволяет получать в результате несколько колебаний с различной частотой. Комплекс устройств, осуществляющих синтез частот, называют системой синтеза частот. Если такая система выполнена в виде конструктивно самостоятельного устройства, то ее называют СЧ. [1]

Совокупность номинальных значений частот, которые могут быть получены на выходе СЧ и следующие друг за другом через определенный интервал, называют сеткой частот. Интервал между соседними номинальными значениями сетки частот называют шагом сетки частот. Как правило, желательно, чтобы выходные колебания системы синтеза частот были гармоническими, т. е. описывались формулой (1).

где – амплитуда, В;

– максимальная амплитуда, В;

– круговая частота, рад/с;

T – время, с;

– начальная фаза, рад.

На деле, из-за побочных явлений реальные выходные колебания СЧ отличаются от гармонических некоторым непостоянством амплитуды, частоты и начальной фазы, поэтому их называют квазигармоническими. Типичными являются следующие изменения:

Систематические, также называемые уходами или дрейфами. Они могут быть вызваны старением материала резонатора (например, в кварцевых генераторах), однако их наблюдают и в атомных стандартах частоты (например, в некоторых промышленных образцах цезиевых стандартов относительный дрейф частоты составляет около 10-13 за год). Такие чрезвычайно медленные изменения частоты называют относительным долговременным дрейфом частоты и выражают в виде числа, умноженного на 10-n и характеризующего изменения частоты в час, сутки, месяц или год в зависимости от типа устройства или характера применения. Периодические флуктуации вследствие паразитной частотной модуляции периодическими сигналами, происходящей, например, с частотой источника электропитания или ее гармоник. В ряде случаев квазипериодические изменения частоты могут быть связаны с изменениями температуры и давления, вибрациями и т. д. Эти обусловленные внешней средой факторы могут вызывать и более нерегулярные флуктуации частоты. Случайные флуктуации, вызываемые шумами, например, тепловым, дробовым или фликкер-шумом, источниками которых служат электронные компоненты. Соответствующие флуктуации частоты часто называют кратковременной нестабильностью, так как они становятся все более заметными по мере уменьшения рассматриваемых интервалов времени. Из-за случайного характера для их описания необходимы и широко применяются статистические методы.

Стоит отметить, что выражения «долговременная» и «кратковременная» - понятия чисто условные; нельзя указать объективные пределы, справедливые для любых генераторов или любых применений, поэтому необходимо точно указывать рассматриваемые длительности.

Сейчас СЧ используются в множестве систем различного устройства, назначения и принципа работы. Область применения СЧ можно описать следующим списком:

Системы измерения дальности методом сравнения фазы дальномерных сигналов с фазой опорного сигнала, в которой нестабильность частоты любого из работающих генераторов приводит к погрешности в определении дальности. Летательные аппараты, использующие генераторы для наведения, сопровождения и связи. Связные системы, где с повышением уровня стабильности несущих частот снижаются помехи и улучшается качество работы. Например, в цифровых системах связи используется синхронизирующая способность тактовых генераторов сети, а один из показателей ее оценки – максимальная ошибка временного интервала – связан с нестабильностью фазы и частоты тактовых генераторов. Доплеровские РЛС с узкополосным приемником, выделяющим сдвинутый по частоте отраженный сигнал. Нестабильность частоты уменьшает чувствительность такого приемника и разрешение по дальности Метрология времени и частоты. В этой области используются сложнейшие лабораторные талоны времени и частоты, такие как цезиевые и водородные стандарты.

Замена простых автогенераторов на СЧ позволяет получить следующие преимущества: