IT9067230A1 - Sintetizzatore di frequenze - Google Patents

Description

La presente invenzione riguarda un sintetizzatore di frequenza, vaie a dire un circuito che permette di generare un segnale di frequenza determinata, scelta all'interno di un certa campo di variazione fra una pluralità di valori di frequenze discreti spaziati, gli uni rispetta agli altri di un passo dato.

Le prestazioni dei dispositivi in cui sono incorporati i circuiti sintetizzatori di frequenze dipendono strettamente dalle qualità di questi ultimi, che sono in particolare:

- la stabilità della frequenza prodotta, sia a breve termine (si parla allora di stabilità di fase). sia a lungo termine (ridotte fluttuazioni &F/F ) ? nei sintetizzato ri di frequenze, le cause di instabilità sono, sostanzialmente, il rumore proprio dei diversi stadi del sintetizzatore e la produzione a livelli parassiti di frequenze distinte rispetto alla frequenza voluta, a causa del fatto che, quando si producono frequenze per sintesi, non è mai possibile eliminare completamente 1; frequenze di base (e le loro armoniche) che sono state combinate per produrre la frequenza finale;

- la commutazione rapida fra valori di frequenze diverse: si cerca di ottenere il ritardo più r :ίdotto passibile tra l'istante in cui il segnale di comando (in generale una parola di comando digitale) corrispondente ad una nuova frequenta desiderata viene applicata al sintetizzatore di frequenza e .l'istante in cui quest'ultimo fornisce effettivamente la frequenza voluta;

- una gamma di frequenze quanto più larga possibile;

- un numero elevato di valori discreti di frequenze suscettibili di essere prodotte. Questa qualità va in generale in contrasto con la precedente; in effetti i sintetizzatori di frequenze, a passo molto fine realizzati al momento attuale funzionano generalmente soltanto in una banda stretta:

- la purezza spettrale del segnale prodotto, corrispondente ad un ridotto livello di righe parassite (righe non armoniche) rispetto alla riga del segnale generato.

I circuiti sintetizzatori di frequenze. noti derivano essenzialmente da due tecniche fondamentali diverse: la sintesi diretta e la sintesi indiretta.

I..a sintesi diretta consiste nel produrre frequenze spaziate di un intervallo costante, sia tramite commutazione di sorgenti distinte (sintesi diretta non coerente), sia a partire da una sorgente di frequenza campione unica la cμi frequenza, pari al passo da realizzare τ viene applicata all'ingresso di una catena ‘ d.i moltiplicazione di frequenza a rango variabile (sintesi diretta coerente): la catena di moltiplicazione di frequenza é generalmente costituita da un generatore a pettine che produce un'energia distribuita su armoniche della frequenza di base ed all'uscita del quale le frequenze desiderate vengono selezionate tramite commutazione d.i filtri di armoniche.

Poiché il numero delle frequenze che un tale circuito di base pud produrre è limitato, se si desidera ottenere un grande numero di frequenze si procede per miscelazioni successive di segnali forniti da catene di sintesi diretta intermedie, ad esempio tre catene, una delle quali genera 1 frequenze a passo fine, la seconda m frequenze a passo medio e la terza n frequenze a passo grande: all'uscita del miscelatore si disporrà così di l.m.n. frequenze a passo fine.

Questa tecnica permette di conseguire eccellenti prestazioni per quanto riguarda la stabilità di fase e la rapidità di commutazione fra frequenze (questa dipende soltanto dalla rapidità d.i commutacirane dei filtri di armoniche r che puh essere elevata nel caso dei filtri a comando digitale) .

AI contrario, è relativamente difficile ottenere un livello ridotto delle righe parassite, poiché questo richiede un attento isolamento dei diversi circuiti di commutazione delle sorgenti (nel caso di una sintesi non coerente) o di reiezione delle righe indesiderate da parte dei filtri di armonica (nel caso di una sintesi coerente); queste righe parassite sono parimenti dovute ai prodotti di intermodulazione creati dalle miscelazioni successive.

In pratica, si può ottenere una purezza spettrale soddisfacente soltanto in campi di variazione relativamente ridotti (dell'ordine di 10-127. al massimo intorno alla frequenza centrale), il che esclude il ricorso a tale tecnica in numerose applicazioni in cui questi valori sono insuff icienti .

Inoltre, il necessario ricorso a filtri commutabili variabili di grande qualità, dunque complessi, comporta un notevole aggravio del costo rfi?1 sintetiz zaT,cre.

La seconda tecnica di sintesi di frequenza è la sintesi indiretta, che utilizza un anello asservito in fase e permette parimenti di produrre frequenze spaziate di un intervallo costante a partire da una sorgente campione»

La forma di realizzazinne tipica di un tale tipo di circuito - tipo al quale appartiene la presente invenzione - è l'anello eterodine a cambiamento di frequenza e divisione di frequenza programmabile, illustrato in modo schematica nella figura 1 dei disegni annessi.»

Questo circuito comprende esse nziaIme nte un oscillatore variabile 1, generalmente un oscillatore comandato da una tensione (VCO) che fornisce una frequenza di uscita FS funzione di un segnale di comando (tensione analogica) ad esso applicata in ingressa.

Questa frequenza di uscita FS viene applicata ad un primo ingresso di un miscelatore E, che riceve sul suo altro ingresso una frequenza di riferimento FR. L'uscita del miscelatore E viene applicata a un divisore di frequenza programmata!le (vale a dire un divisore il cui rango di divisione N è scelto da un comando di tipo logico, ad esempio una parola digitale CF applicata al circuito).

L'uscita del divisore di frequenza 3⁄4 viene applicata ad uno degli .ingressi del circuito comparatore di fase 6 che riceve sul suo altro ingresso un segnale di frequenza pari al passo p di variazione delle frequenze. La tensione di uscita del comparatore di fase 6 viene applicata a un filtro passa-hasso 8 la cui uscita costituisce la tensione di comando dell'oscillatore comandato in tensione 1.

La frequenza di riferimento FR ed il passo p vengono prodotti a partire da una sorgente campione 3 {oscillatore fisso al quarzo), che fornisce una frequenza FQ. Questa frequenza FQ è, da una parte, aumentata da un moltiplicatore di frequenza 4 di rango fisso M che fornisce la frequenza di riferimento FR , che è dunque pari a M.FG e, dall'altra parte, é ridotta da un divisore di frequenza 7, parimenti di rango fisso P, in modo da produrre la frequenza FQ/P uguale al passo p.

Si constata che .1'osci1latore 1, il miscelatore 2, il divisore 3, il comparatore di fase é ed il filtro passa—basso 8 formano un anello d'aggancio di fase il cui equilibrio è controllato dal comparatore di fase 6 ed il cui livello di equilibrio - e dunque la frequenza FS k control lato dal rango N di divisione, programmabile, del divisore 5.

All'equilibrio, le due frequenze d'ingresso del comparatore di fase 6 sono rigorosamenT,e identiche, e l'equazione di equilibrio del sistema è:

TS - ±■ (M/P )Ì,¥Q

Si vede così che, modificando il rango N del divisore a rango variabile, si pub far variare la frequenza di uscita FS dell'oscillatore di una quantità FQ/P pari al passo p da realizzare (questo passo essendo determinato dal rango di divisione del divisore a rango fisso 7).

Un tale generatore a sintesi indiretta non presenta le limitazioni di larghezza di banda dei generatori a sintesi diretta.

In effetti, per un tale generatore a sintesi indiretta, la sola limitazione teorica di larghezza di banda è quella dell'oscillatore variabile 1, che si può scegliere quanto larga quanto si desidera.

Tuttavia, la scelta di un oscillatore a larga banda di funzionamento comporta necessariamente una notevole sensibilità di variazione della frequenza (più la banda è larga, più, per una stessa variazione della tensione di comando, lo scarto di frequenza relative sarà elevato), da cui una grande sensibilità al rumore termico ed una mediocre stabilità di frequenza.

Un'altra limitazione di questo circuito deriva dal fatto che i parametri della rete di correzione passa-basso 8 devono essere ottimizzati in funzione della frequenza di taglio de1 1.'ane11o, il che impone un compromesso fra la rapidità di commutazione in frequenza (in quanto il tempo di commutazione non pub essere inferiore al tempo di convergenza dell'anello) e la stabilità di fase (una buona stabilità di anello richiede una costante di tempo relativamente elevata).

Infine e soprattutto, l'inconveniente maggiore di un tale sintetizzatore di frequenza risulta dalla presenza del divisore programmabile (circuito 5), un circuito che, per la sua natura, produce un rumore di fase elevato.

Poiché questo divisore è uno degli elementi dell'anello, qualunque fluttuazione di fase che esso introduce e che si rileva alla sua uscita si ritroverà al suo ingresso, ma moltiplicata per N. Soprattutto, se si ragiona in termini di potenza, il rumore di fase all'uscita del sintetizzatore di frequenza si troverà moltiplicato per N .

Questo limita quindi in modo rilevante i valori di N che si possono scegliere- Per taluni valori di N , il rumore diviene addirittura preponderante. il che obbliga a limitare strettamente la banda di variazione delle frequenze molto al di qua delle possibilità proprie dell'oscillatore variabile.

Così, il valore massimo raggiunto da tale rango N condiziona le prestazioni del sintetizzatore ed una stabilità di fase accettabile non può essere ottenuta, in definitiva, che concatenando una pluralità di anelli di asservimento (ad esempio un anello a passo fine, un anello a passo medio ed un anello a passo grande), il che rende il dispositivo assai costoso da realizzare; si perde cosi, rispetto alla sintesi diretta, il vantaggio che derivava dalla semplicità dello schema di base. In questo modo, per un livello di prestazioni comparabile e nonostante le difficoltà di realizzazione menzionate in precedenza, la sintesi diretta si rivela spesso in pratica più interessante rispetto alla sintesi indiretta.

Tuttavia, nell'uno o nell'altro caso, si perviene a circuiti complessi e delicati da realizzare, il che penalizza fortemente il costo del sintetizzatore di frequenza ottenuto.

Uno degli scopi della presente invenzione è di rimediare a tali diversi inconvenienti proponendo un sintetizzat ore di frequenza che unisca i vantaggi rispettivi dei dispositivi a sintesi diretta ed a sintesi .indiretta, essendo di struttura relativamente semplice, evitando il ricorso a circuiti e componenti complessi e costosi.

Più preci sament,e7e come si vedrà nel seguito, il sintetizzatore di frequenza secondo l'invenzione, nonostante la sua struttura di principio relativamente semplice, presenta complessivamente le seguenti qualità:

- rumore di fase assai ridotto,

- stabilità e purezza spettrale (livello ridotto di righe parassite) della frequenza ottenuta,

- bande di funzionamento molto larghe, nonostante un passo di variazione piuttosto fine: in un esempio che si descriverà nel seguito, si vedrà che si pub coprire senza difficoltà una banda 2000/2500 MHz con un passo di 5 MHz in modo continuo; questo esempio è tuttavia soltanto illustrativo e la tecnica dell'invenzione permetterebbe senza maggiori difficoltà di coprire una larghezza di banda dell'ordine di un'ottava, e

- commutazione rapida all'atto dei cambiamenti di frequenza: nell'esempio che si descriverà, questo tempo di commutazione è tipicamente dell'ordine di 5/tó.

Queste qualità vengono ottenute partendo dallo schema classico di base del sintetizzatore di frequenza ad anello di asservimento di base della tecnica nota, descritto in precedenza con riferimento alla figura 1, vale a dire un sintetizzatore di frequenza ad anello di asservimento di fase unico, tale anello comprendendo in successione: un oscillatore variabile che fornisce in uscita un segnale con una frequenza di uscita funzione di un segnale di comando applicato in ingresso; un circuito miscelatore che riceve sul suo primo ingresso il segnale prodotto da tale oscillatore variabile e sul suo secondo ingresso un frequenza di riferimento di base; una catena di riduzione di frequenza, che riceve il segnale fornito all'uscita da tale circuito miscelatore; un circuito comparatore di fase, che riceve sul suo primo ingresso il segnale fornito da detta catena di riduzione di frequenza e sul suo secondo ingresso almeno una frequenza predeterminata che definisce il passo di variazione di cui si desidera vari detta frequenza in uscita; ed una rete di filtraggio passa-bassor che riceve in ingresso il segnale di uscita del circuito comparatore di fase e fornisce in uscita la tensione di comando dell'oscillatore variabile.

Il sintetizzatore secondo l'invenzione è caratterizzato dal fatto che:

- detta catena di riduzione di frequenza è essenzialmente priva di circuito divisore di frequenza programmabile:

- detta catena di riduzione di frequenza comprende, in cascata fra l'oscillatore variabile ed il circuito comparatore di fase, una pluralità di stadi di cambio di frequenza comprendenti ciascuno un circuito miscelatore, tale circuito miscelatore essendo un circuito miscelatore eterodine che riceve sul suo primo ingresso il segnale prodotto all'uscita dallo stadio di cambio di frequenza precèdente a, per il primo stadio, detta frequenza di uscita del 1'osci1latore variabile e che riceve sul suo secondo ingresso una frequenza di riferimento programmabile o, nel caso de.1 primo stadio, detta frequenza di riferimento di base e che fornisce all'uscita, tramite una rete di filtraggio passa-basso, il segnale applicato allo stadio di cambio di frequenza successivo or nel caso dell'ultimo stadio, il primo ingresso dei circuito comparatore di fase,

- il campo di variazione delle frequenze possibili in uscita degli stadi di cambio di frequenza va restringendosi da monte a valle della catena di riduzione di frequenza, e

- la determinazione della frequenza di uscita dell 'oscillatore variabile risulta essenzialmente da una combina?,ione dei comandi di dette frequenze di riferimento programmati 1i.

Questa configurazione permette di evitare il ricorso ai divisori di frequenza programmabi1i dei sintetizzator i di frequenza della tecnica nota - e dunque di eliminare gli inconvenienti, in particolare l'elevato rumore di. fase, intrinseci ad essi ed i quali divengono proibitivi quando i campi di divisione diventano rilevanti -, conservando un anello di asservimento di fase unico, il che permette di assicurare una commutazione rapida delle frequenze.

Così, secondo l'invenzione, si realizza una pluralità di cambiamenti di frequenza intermedi tramite aggrega::!one di miscelatori supplementari, riducendo il campo di variazione delle frequenze intermedie da monte a valle della catena di riduzione di frequenza.

Si noterà che, benché sia vantaggioso sopprimere qualsiasi divisore di. frequenza programmabile nella catena di riduzione di frequenza, non è indispensabile che la catena di riduzione di frequenza sia totalmente priva di un tale circuito.

Si è visto in effetti che i divisori di frequenza introducevano un rumore di fase principalmente per i ranghi di moltiplicazione elevati (la potenza del rumore di fase essendo moltiplicata al quadrato N 2'. del rango d.i moltiplicazione N), per cui la catena di riduzione di frequenza del sintetizzatore dell'invenzione poteva eventualmente comprendere uno stadio divisore di frequenza programmabi.1e,acondizione che il rango massimo di divisione di quest'ultimo rimanga ridotto.

E' per questo motivo che, con "sostanzialmente priva di circuiti divisori di frequenza programmabili" si intenderà una catena di riduzione di frequenza in cui i cambiamenti di frequenza risultano principalmente - ma non necessariamente in modo esclusivo - dalla miscelazione eterodina operata dai diversi stadi di cambio di frequenza.

In modo vantaggioso, la frequenza predeterminata che definisce il tasso di radiazione applicato al circuito comparatore di fase è parimenti una frequenza programmabile, in maniera da disporre di una pluralità di frequenze diverse, selezionabili e combinabili alle dette frequenze di riferimento programmabile.

In modo assai vanta>ggioso, la frequenza di riferimento di base e le frequenze di riferimento programmabi1i così come, se necessario, la frequenza predeterminata che definisce il passo di variazione, sono ottenute tramite circuiti generatori di frequenza a sintesi diretta.

Si possono così realizzare in modo molto semplice i salti di frequenza necessari alla copertura totale della banda di frequenza di uscita, generando un numero assai elevato di frequenze diverse senza mai avere un rango di moltiplicazione elevato.

L'assenza di rango di moltiplicazione elevato permette di avere generatori di frequenza a sintesi diretta che, ciascuno, sono di struttura ridiativamente semplice poiché essi producono soltanto un numero di frequenze relativamente ridotto (tipicamente fra e 5)r dunque con una qualità di segnale elevata nonostante una struttura di base relativamente semplice.

Si vede per il resto che, grazie a tali cambiamenti di frequenza successivi, in nessun punto della catena si ha un rango di moltiplicazione elevato. Questo presenta un doppio vantaggio: - in primo luogo, i circuiti che producono le diverse frequenze di riferimento potranno essere relativamente semplici e funzionare tutti in condizioni ottimali, il che permette di associare un ridotto costo dei circuiti ad una buona qualità del segnale, e

- le qualità di tali segnali verranno conservate nonostante le miscelazioni, poiché i diversi miscelatori degli stadi di cambio di frequenza funzionano tutti con frequenze di ingresso e di uscita che variano su bande relativamente ridotte, pròducendo quindi un livello ridotto di righe parassite (in effetti, il livello dei prodotti d.i intermodulazione è tanto piii elevato quanto pii)1e frequenze applicate in ingresso al miscelatore variano su una banda larga).

Benché pref e re nz .i a l e , 1'uti.1j.zzazione di generatori a sintesi diretta per le frequenze di riferimento programmabi1e non è indispensabile e si potranno parimenti utilizzare, come variante, altri tipi di generatori, ad esempio sistemi a sintesi indiretta asserviti in fase (ciascun generatore di frequenze di riferimento essendo allora realizzato secondo lo schema di base della figura 1).

L'utilizzazione, per le frequenze di riferimento, di generatori a sintesi diretta è preferibile per quanto riguarda la rapidità di commutazione del rumore di fase. E' inoltre vantaggioso poter pilotare i generatori a partire da un riferimento di frequenze unico, vale a dire che i diversi circuiti generatori di frequenze a sintesi diretta operino in modo coerente a partire da un oscillatore fisso unico che fornisce una frequenza campione comune.

Certamente, come variante, si potrebbero utilizzare più frequenze campione distinte (vale a dire più riferimenti al quarzo), ma l'anello di asservimento di fase non sarebbe più un anello sincrono, il che introdurrebbe righe parassite supplementari e degraderebbe le prestazioni dell'anello, eventualmente per quanto riguarda il tempo di commutazione.

Nel. raso in cui generatori di frequenze di riferimento siano circuiti a sintesi diretta. essi possono vantaggiosamente presentare le seguenti caratteristiche :

- almeno alcuni dei circuiti generatori di frequenza a sintesi diretta sono circuiti moltiplicatori di frequenza;

- almeno alcuni dei circuiti mo1tipiiratori di frequenza comprendono un generatore a pettine in serie con un filtro passa-banda programmabi1e» Jx di'/isore di frequenza a rango fisso essendo eventualmente disposto all'ingresso del generatore a pettine;

almeno alcuni dei circuiti generatori di frequenze a sintesi diretta sono circuiti che producono ranghi di moltiplicazione frazionari; - almeno alcuni dei circuiti che producono ranghi di moltiplicazione frazionari comprendono un divisore di frequenza programmabile, un moltiplicatore di frequenza a rango fisso essendo eventualmente disposto all'ingresso di tale circuito; e

- almeno alcuni dei circuiti che producono ranghi di moltiplicazione frazionari comprendono un circuito miscelatore che riceve sul suo primo ingresso una frequenza campione o multiplo di quest ' ultima e che riceve sul suo secondo ingresso una frequenza fornita dal. divisore di frequenza programmati .1 e , il segnale d.i uscita di questo circuito miscelatore essendo applicato ad un filtro passa-banda programmaci le comandato in modo concorrente con il divisore di frequenza programmati 1 e .

Di preferenza, i circuiti miscelatori eterodini negli stadi di cambio di frequenza della catena di riduzione di frequenza operano tutti in mi s ce laz i one inf radina, vale a dire che si riduce o "comprime" la larghezza della banda delle frequenze intermedie a ciascun stadio passo a passo.

Questa caratter i sti ca non è tuttavia indispensabile all 'attuazione dell 'invenzione, il fatto essenziale essendo che, gl obalmente , ci sia riduzione della larghezza di banda fra monte e valle della catena di riduzione di frequenza presa nel suo insieme; si potrebbe eventualmente prevedere che, a livella di uno degli stadi di cambio di frequenza, la riduzione di frequenza intermedia non si accompagni ad una riduzione correlativa della larghezza di banda della frequenza intermedia ■ prodotta all 'uscita, mia sarebbe tuttavia necessario compensare tale ηπη-r iduzione della larghezza di banda con una riduzione supplementare in un altro stadio, a monte o a valle, per ottenere una compressione globale equi vaiente .

Se si desidera aumentare ancora la finezza del passo di variazione del sintetizzatore, è possibile uti lizzare/per la frequenza di riferimento di base, una frequenza programmabil e essa stessa fornita da un circuito a sintesi di frequenza che genera frequenze a passo molto fine estendentisi in una banda ristretta, in modo da ottenere all'uscita del 1'osci.1latore variabile delle frequenze con tale stesso passo molto fine ma estendentisi in una banda larga.

Si dispone così di un passo "fine" prodotto dal sintetizzatore di frequenza dell'invenzione propriamente detto, e di un passo "superfine" addizionale prodotto da un altro sintetizzatore (che può essere esso stesso di struttura comparabile a quella dell'invenzione) e si potranno combinare questi due passi nel modo desiderato per ottenere, nella totalità della larghezza di banda utile, qualsiasi frequenza voluta con tale passo supe rfine.

Questa configuraz ione è vantaggiosa per il fatto che^se si utilizzasse un passo unico e si cercasse, di ridurlo, si creerebbero prodotti di intermodulazione a frequenze relati vamente basse, che sarebbe necessario filtrare, obbligando così a ridurre la banda passante dell'anello e quindi la sua rapidità di commutazione.

Al contrario, se si combinano un passo fine ed un passo superfine come nella variante proposta, si potranno conservare tutte le qualità proprie del sistema iniziale, come si descriverà in maggior dettaglio nel seguito.

.Infine, l'invenzione propone di aggiungere al sintetizzatore di frequenza un circuito di pre-pos izioname nto che permette di accelerare l'acquisizione della frequenza selezionata e, soprattutto, di compensare l'effetto delle derive dovute a cause esterne (in particolare le derive termiche) e la cui ampiezza è superiore al campo di cattura dell'anello.

Questo circuito di pre-posizionamento comprende :

- un circuito combinatore, in modo assai vantaggioso ad un comparatore frequenza-fase, la cui uscita è collegata all'ingresso di comando de.l-1 'oscillatore variabile,

- mezzi di commutazione, attivati ad una fase predeterminata di pre-posiz.ionamento di anello che permettono da una parte di applicare su uno degli ingressi di questo circuito combinatore il segnale fornito dal primo stadio di cambio d.i frequenza e sull'altro ingresso del circuito combinatore detta frequenza predeterm.inata che definisce il passo di variazione, e dall'altra parte di inibire 1'asservimento dell'anello, e

fra il. circuito combinatore e l'ingresso di comando de11'osci11atore variabile, mezzi di memorizzazione del livello del segnale di comando aggiunto alla fine della fase di pre-posizionamento, in modo che questo livello di segnale determini il punto di partenza per la convergenza dell'anello quando questo ritorna in modo di asservimento dopo disattivazione dei mezzi di commutazione.

Di preferenza, il circuito di pre-posizionamento dell'oscillatore comandato in tensione comprende inoltre mezzi convertitori, la cui uscita è collegata all'ingresso di comando dell'oscillatore variabile, detti mezzi ricevendo all'ingresso uri segnale di comando di frequenza ohe corrisponde alla frequenza su cui si desidera posizionare l'oscillatore variabile, cosi come, fra questi mezzi convertitori. e l'ingresso di comando dell'oscillatore variabile, mezzi di memor izzazione di tale livello corrispondenti di segnale di comando, in modo che tale livello di segnale determini il punto di partenza del pre-posizionamento dell'anello all'attivazione dei mezzi di commutazione.

Verrà Dra fornita una descrizione particolareggi.ata del sintetizzatore di frequenze secondo l'invenzione, con riferimento ai disegni annessi.

La figura 1, citata in precedenza, è uno schema a blocchi che illustra in modo semplificato un sintetizzatore di frequenze ad anello di asservimento di fase secondo la tecnica nota.

La figura 2 è uno schema a blocchi che illustra in modo semplificato un sintetizzatore di frequenze ad anello di asservimento di fase secondo 1 ’invenzione.

La figura 3 fa vedere un esemipio di attuazione del sintetizzato re di frequenze della figura 2 che permette di coprire in modo continuo la gamma 2000-2500 MHz a passi di 5 MHz.

La figura A fa vedere il dettaglio di un generatore di frequenze di riferimento a sintesi diretta che permette di ottenere ranghi di moltiplicazione frazionari.

La figura 5 fa vedere un'altra rea!izza?ione possibile, ottimizzata, del sintetizzatore di frequenza della figura 2, che permette parimenti di coprire in modo continuo la gamma 2000-2500 MHz a passi di 5 MHz.

Principio generale del sintetizzatore secondo 1'invenzione.

Nella figura 2, i riferimenti 1, 2. 3, A- 6 e 8 indicano elementi omologhi agli elementi della figura 1 che portano gli stessi riferimenti: 1'osci11atore variabile, che è in generale un VCO (oscillatore comandato in tensione), fornisce una frequenza di uscita FS applicata ad uno degli ingressi di. un miscelatore 2, che riceve sul suo altro ingresso una frequenza di riferimento di base FR^ prodotta per elevazione, tramite un circuito moltiplicatore a rango fisso A, di una frequenza campione FG generata da un oscillatore a quarzo 3.

I..'uscita del miscelatore 2 alimenta una catena irli riduzione di frequenza, carat-teristica dell'invenzione, che si. descriverà nel seguito, ed il segnale di uscita di tale catena di riduzione d.i frequenza viene applicato ad uno degli ingressi di un comparatore di fase 6 che riceve sul suo altro ingresso una frequenza FR^ che definisce il. passo di variazione p di cui si desidera vari la frequenza di uscita, L.'anello di asservimento di fase PI..L è richiuso collegando l'uscita del comparatore di fase 6 all'ingresso de11'osc.i1,1atore variabile 1 attraverso una rete di correzione passa-basso 8 (si farà per il momento astrazione dal circuito sommatore 4£>, di cui si spiegherà nel seguito il ruolo nel processo di pre-pos izionamento, tale circuito non giocando alcun ruolo funzionale nella normale fase di asservimento),

La catena di riduzione di frequenza, caratteristica dell'invenzione- comprende ad esempio tre cambiamenti di frequenza, tale numero essendo ben inteso non limitativo.

Tali cambiamenti di frequenza vengono realizzati. da miscelatori 8,0. HO' e HO''(Umiscelatore a monte HO'' del primo cambiamento di -Frequenza, essendo in effetti, integrato con il primo miscelatore H che riceve la frequenza di riferimento di base FRc.ii, riardine di tali miscelatori essendo associato in uscita ad una rispettiva rete di filtraggio 30, 30 ', 30'' che permette di eliminare le componenti di disturbo della frequenta immagine che sarebbero tali da perturbare la stabilizzazione dell'anello alla frequenza voluta.

Si fornisce così all'uscita di ciascuno dei filtri 30, 30', 30'' una frequenza intermedia unica, rispettivament-e FI^, FI,, e FI^.

Per ottenere tali frequenze intermedie FI^, FI e F.T.^ si fanno battere fra loro due frequenze, secondo il principio della miscelazione eterodina. La frequenza FI^ del primo miscelatore SO'' viene così ottenuta tramite battimento fra la frequenza di uscita FS ed una frequenza di riferimento FR^ (generalmente, ma non necessa riamente , fissa come si spiegherà alla fine della descrizione); la frequenza F.T„ risulta da un battimento fra la frequenza intermedia FT._ fornita dal miscelatore PO'' ed una frequenza di riferimento FR^ variabile.

La frequenza intermedia più bassa FJ. viene applicata ad uno degli ingressi del comparatore di fase A attraverso un circuito commutatore 40 (dal quale si farà parimenti astrazione per il momento e di cui si spiegherà nel seguito il ruolo nella fase di pre-posizi onamento; questo circuito non gioca alcun ruolo funzionale in fase di normale asservimento dell'anello).

L'altro ingresso del comparatore di, fase riceve una frequenza di riferimento FR^ che definisce il passo di variazione p desiderato. In modo molto vantaggioso, tale frequenza di riferimento FR^ è parimenti una frequenza programmata 1e fra più valori, in maniera da disporre di. un numero elevato di frequenze possibili in uscita.

Le diverse frequenze di riferimento FR^r FR,, e FR<-{ vengono prodotte da generatori 10. 10' e 10'' che sono tutti generatori programmatili controllati da un segnale di comando di frequenza CF.^. CF,, e CF^ prodotto da un circuito sequenzializzato re 3⁄40 a partire da un segnale di comando unico CF fornito dal 1'uti.1izzatore e corrispondente alla frequenza sulla quale si desidera posizionare l'oscillatore variati le.

Con "generatore di. frequenza programmatile" si intenderà un generatore la cui frequenza puh essere scelta fra un certo numero di valori discreti tramite un comando di tipo logico, ad esempio una parola digitale, applicata al circuito.

In modo assai vantaggioso i circuiti 10. 10' e IO'' che producono le frequenza di ri.ferimento programmati!li sono generatori a sintesi diretta che operano a partire dalla frequenza FQ fornita dal campione di frequenza 3, in maniera da permettere una sintesi, coerente (vale a dire sincrona) delle diverse frequenze. Verranno descritte nel seguito piil configurazioni possibili per tali circuiti generatori di. frequenze di riferimento.

Poiché l'anello PLl.àcosì costituito, si vede che, quando l'equilibrio viene raggiunto- le frequenze FF^ e FI^ sono identiche.

I..'equazione di equilibrio del sistema si scrive al'lora:

(.1) T=S * ±.1=^ iTR Ì i TR*

Si sceglieranno di preferenza, per ottimizzare .1'equi..1ihrio del sistema, frequenze FI tali per ci.ii!

fl,-.* I Ή» -' 1

vale a dire che tutte le miscelazioni dell'anello siano di tipo sottrattivo <i.nfradino); in questo caso si eliminano, grazie alla rete di fi1— ΐ·raggio passa-basso 30, 30' e 30'' le componenti di disturbo della -frequenza immagine (frequenze somma F.T FR ) che sono tali da perturbare la stabin n . lizzaz.ione dell'anello sulla frequenza voluta.

Questa configurazione corrisponde, in altri termini, ad una restrizione passo a passo, a ciascun stadio di cambiamento di frequenza, del campo di variazione delle frequenze possibili.

Tuttavia, non è assolutamente indispensabile, per l'attuazione dell'invenzione, che la totalità degli stadi miscelatori funzionino con miscelazione infradinaj si potrebbe immaginare che, per uno n più. degli stadi (ma non tutti gli stadi) si scelga il segnale somma (miscelazione superadina) invece del segnale differenza (miscelazione infradina) -per una -rete di filtraggio diversa all'uscita. E' tuttavia indispensabile che, globalmente (vale a dira fra il primo miscelatore i? e il comparatore di fase 6), si abbia una riduzione del campo di variazione delle frequenze.

Si noterà tuttavia che, all'uscita di un miscelatore, il segnale "somma" £ generalmente più contaminato rispp-tto al segnale "differenza", il che degraderebbe maggiormente le prestazioni d'insieme del sistema.

E' per questo motivo che, nel seguito delle descrizione, si ragionerà sempre nel caso della figura in cui tutte le miscelazioni sono di tipo sottrattivi» ed in cui la larghezza di banda viene dunque "compressa" progressivamente a ciascun stadio.

1..'equazione di equilibrio M > vista in precedenza, corrisoondente all'esempio della figura ?. dove si hanno tre cambiamenti di frequenza successivi, fornisce per la frequenza di uscita Ff3 otto possibili soluzioni..

E' dunque essenziale prevedere un messo annesso per potersi calare sulla frequenza desiderata fra tutti i valori possibili corrispondenti ad un insieme di freouenze di riferimento (FR,, FR^, FR_, FR^) unico dato,

Guesto viene realizzato, secondo una caratteristica particoJ.armente vantaggiosa della presente invenzione, tramite un dispositivo di pre-posizionamento (elementi 40 a 46) che appi,ica all'ingresso di comando dell'oscillatore variabile 1 una tensione di comando tale per cui la componente continua fornita dal comparatore di fase 6 sia quasi nulla anche prima che l'anello comincia a convergere.

In altri termini, il dispositivo di pre-posizionamento consente di posizionare in modo quasi immediato, e senza intervento dell'anello di asserv imento , l'oscillatore variabile su una frequenza molto vicina alla frequenza voluta, ed in ogni caso compresa all'interno del campo di. cattura de 1.1'asserv imento dell'anello PLL. Si potrà cosi, nello spazio di qualche microsecondo , posizionare 1 'osci.1latore su una frequenza estremamente vicina alla frequenza finale, in modo che l'anello potrà convergere molto rapidamente sul suo punto di eqI.Ii1ibr1o.

Guest-o circuito di asservimento comprende un commutatore 40 (commutatore di tipo elettronico) disposto in serie all 'ingresso del comparatore di fase 6 che riceve il segnale FJ.^, un tale commutatori? essendo comandato da un segnale di comando fornito dal sequenz ia 1izzatore 50 che assicura la sincronizzazione generale del funzionamento de 11 'insieme .

Quando chiuso, i.1 commutatore 40 chiude l'anello di asservimento di fase PLL. che funzione allora nel modo classico descritto in precedenza.

Al contrario, quanto esso è aperto, esso disattiva totalmente tale anello. Quando l'anello è così disattivato,· il spanale FI. all'uscita della frequenza di riferintento viene allora applicato ad un comparatore frequenza-fase 41 attraverso un altro inter ruttore 4?., parimenti di tipo elettronico e tale per cui., quando l'interruttore 40 è aperto, 1'interruttore 4 P. è chiuso e viceversa, Il comparatore frequenza-fase 41 riceve su suo altro ingresso la frequenza di riferimento FR^ Si vede così che, quando l'anello PLL è disattivato, i due segnali BJ..^ e FR.^ che erano applicati, in precedenza a comparatori di fase 6 sono d'ora in poi applicati al r.omparat-ore frequenza-fase 41-1'anello PI..L essendo per il resto inibito.

Il comparatore frequenza—faser che è un circuito ben noto per il tecnico del settore, presenta la caratteristica propria di fornire un segnale checon il suo segno. indica se la differenza delle frequenze applicate fra i. suoi ingressi.é positiva o negativa (un semplice comparatore di fase non lo fa, poiché esso genera un battimento identico quale che sia il segno della differenza delle frequenze). In seguito, quando il suo punto di funzionamento è prossimo all'equilibrio (vale a dire quando esso oscilla fra un segnale positivo ed un segnale negativo all'uscita), esso realizza un asservimento di.

fas<? generando in uscita un impulso la cui larghezza dipende dallo scarto di fase fra le due frequenze in .ingresso.

Come contropartita del suo largo campo di. acquisizione in frequenza, il comparatore frequenza-fase presenta tuttavia l'inconveniente di un rumore di fase assai superiore a quello dei comparatori di fase tradizionali, Ouest.o inconveniente non permetterebbe di raggiungere la grande stabilità rii fase che si. ricerca per il sintetizzatore di frequenza secondo l'invenzione se un tale comparatore frequenza-fase fosse puramente e semplicemente utilizzato invece del comparatore di fase ò.

Nella configurazione della figura 2?, il segnale di uscita (positivo o negativo) del comparatore frequenza-f ase viene applicato all'ingresso di comando dell'oscillatore variabile 1 tramite un campionatore di blocco 43 ed un sommatore 46, Il seminatore riceve su.un altro dei suoi ingressi, tramite un altro campionatore di blocco 44 comandato congiuntamente al primo (segnali, di sincronizzazione SY^ e SYp.) una tensione prodotta da un convertitore d igitaleZana 1og.ico 45 a partire da un comando di frequenza CF,_, l'insieme essendo concepito in modo che la tensione fornita dal convertitore digitale/anal og.ico 45 rorrisponda alla frequenza centrale su cui si desidera posizionare l'oscillatore variabile 1. A tale frequenza centrale verrà ad aggiungersi (in piiV o in meno) il segnale di uscita del comparatore frequenza-fase- i.1 che permetterà un posizionamento estremamente rapido sulla frequenza voluta.

In modo piii preciso, nella fase di preposizionamento corrispondente a tale aggancio rapido sulla frequenza desiderata, il commutatore 4? distribuisce i segnali FT.^ e FR sul comparatore frequenza-fase 41, i campionatori di blocco 43 e 44 essendo nel modo di "campionamento" ed il. commutatore ^0 essendo aperto- il che inibisce l'anello di asservimento di fase PL.L propriamente detto.

Durante una seconda fase, e dopo memorizzazicine della tensione elaborata dal dispositivo d'aiuto all'acquisizione- tale anello PLL prende iJ. sopravvento al. fine di. assicurare la stahi.1iz.zazione in fase del sintetizzatore. Il commutatore 43 viene allora aperto, i. campionatori di blocco 43 e 44 sono nel modo di "blocco" ed il commutatore 40 £ chiuso, i.1 che attiva l'anello PLL: il segnale all'uscita del comparatore di fase viene cosi ad aggiungersi., in pili od in meno ed in funzione dello scarto di fase, alla tensione di preposiz.ionament.o memorizzata dai campionatori di blocco 43 e 44, il che assicura 1'asserv imento fine in fase. L'insieme di tali operazioni si effettua sotto i.1 controllo del sequenziali zzatore 50, che fornisce in modo coordinato i diversi segnali di sincronizzazione SY1 e le parole digitali di comando di frequenza CF ..

Conviene notare che, durante tale seconda fase, la tensione di correzione di errore che genera l'anello è assai prossima a zero, grazie alla quali1:.è del preposizionamento effettuato nella prima fase. L'acquisizione in fase è di conseguenza assai breve, dell'ordine di 10-3.0 volte l'inverso della pulsazione propria corr ispendente alla frequenza di taglio dell'anello.

Si vede così che si è realizzato un sintetizzatore di frequenza con prestazioni elevate sotto tutti gli aspetti (parametri menzionati. proprio all'inizio della presente descrizione), utilizzando :

- un anello di asservimento di fase unico, - generatori di frequenze di riferimento 10, 10', 10'' con caratteristiche relativamente modeste (un livello di righe parassite inferiore di 30 dB al .livello della portante rimanendo senza alcun influenza apprezzabile sulle prestazioni d'insieme del sintetizzatore di frequenza).

- un numero ridotto di frequenze per ciascuno di tali generatori di frequenza di riferimento (H a i> frequenze diverse), il che permette di avere circuiti allo stesso tempo semplici e con elevate prestar.1oni-Un perfezionamento dell'invenzione, se si desidera Jbeneficiare di un passo "superiine", consiste nel prevedere, al posto di una frequenza di riferimento di base FR^ fissar una frequenza che varia secondo un passo molto fine in una banda stretta intorno a tale frequenza, FR4.

Tramite la combinar!one di due passi (passo p normale e passo superfine), si potrà ottenere su una banda molto larga una variazione di frequenza con tale passo superfine.

Si noterà che, in tale perfezionamento, il resto dei circuiti non è in alcun modo modificato, poiché* la variazione di frequenza F della frequenza di riferimento di base FR. si ritroverà identiramento sulla frequenza di uscita FS: non si avrà quindi all'uscita del miscelatore PO'' - e dunque in tutto il resto della catena di riduzione di frequenza - alcuna variazione di frequenza indotta da F.

Poiché l,e frequenze intermedie FI_, FI_ e FI. non sono modificate in alcun modo, non si genera in questo modo alcuna riga parassita nell'anello. Le sole righe parassite supplementari saranno generate al livello del primo miscelatore HO'', ma i prodotti di intermodulazione creati a tale livello saranno di. rango elevato, il che permette di garantire un basso livello di righe parassite.

Esempio di real izzazione

Si fc f o rni to ne l la f i gu ra 3 un esempi o conc reto di realizzazione d.i un sintetizzatore di frequenze che copre la banda H000-2500 MHz. con il passo di 5 MHz, con un tempo di commutazione di frequenza tipico (compresa l'acquisizione in fase) dell'ordine di 10 s.

Si trovano in tale figura gli stessi elementi di base della figura 2, portanti gli stessi riferirnenti numerici.

I valori numerici portati in prossimità dei. diversi collegamenti fra i circuiti corrispondono a valori di frequenze, espressi in MHz. Quando tali valori sono separati da una sbarra di frazione,-questo indica i. valori discreti di frequenza che si possono ottensra. e i valori, fra parentesi quadre indicano i campi di frequenze coperti

In tale figurar si sono indicati in dettaglio i diversi generatori di. frequenze rii riferimento 10, 10 'Γ IO'', formati ciascuno da un generatore a pettine 1?., 12 seguito da un filtro passa-banda programmati 1e 13. 13', 13'' comandato da una parola digitale di. comando di frequenza, CF^, CF,,, CF^ in modo da conservare- fra le frequenze prodotte dal generatore a pettine, soltanto una frequenza corrispondente ad un rango di armonica determinato (i valori numerici al di sopra dei circuiti 13, 13' e 13’* indicano i diversi ranghi di armoniche che si possono così selezionare).

Si. può notare che, in qualunque caso, la variazione tra le frequenze estreme è sempre assai moderata (al più, dall'unità al doppio, nell'esempio illustrato), il che permette di utilizzare filtri programmati li alla stesso tempo semplici. e con elevate prestazioni..

Ciascun generatore 10. 10' e 10'' è _assai vantaggiosamente realizzato nel modo descritto nel •brevetto francese 88-08528 dal titolo "Mol tipiicatore di frequenze a rango di moltiplicazione programmabi .1e " al quale 'si potrà fare riferimento per maggiori dettagli .

Guesto moltiplicatore può essere eventualmente preceduto da un divisore di frequenze a rango fisso 11r 11'.

La frequenza di riferimento di base FR, è. di per sér prodotta da due moltipiicatari di frequenza 4 a rango fisso, montati in cascata,

Con i diversi valori numerici indicati nella figura 3 (che si considererà come facente parte della presente descr izione) si vede che il generatore IO genera le frequenze FR.^ a passo fine nella banda 20-40 MHz attraverso il generatore pettine 12 che riceve il passo di 5 MHz ottenuto tramite divisione per dieci della frequenza campione al quarzo FQ di 50 MHz. Il comando CF..| applicato al filtro programmabile 12 permette di selezionare il. rango del1'armoni.ca desiderato (4, 5, 6 , 7 o B>.

.In modo analogo, il. generatore 10' genera le frequenze di riferimento FR,, * passo medio nella banda 100-174 MHz, grazie ad un generatore a pettine 12' che riceve il passo di 25 MHz ottenuto tramite divisione per dieci della frequenza campione FQ . I I. comando CF^ pe rme tte d i se lez i onare .l ' a rmoni ca 4 , 5 , ò o 7.

Infine, il generatore IO'' produca la frequenza FR„\ί a passo laroo nella banda 250-400 MHz orazi.e al generatore a pettine 12'' che riceve direttamente il segnale a 50 MHz pari alla frequenza campione FG. T.l. comando CF^, permette di selezionare 1 'armon.ica 5 o 8,

La scelta delle frequenze di riferimento FR T FR^,T FR^ viene attuata allo scopo di poter sfruttare le combinazioni, offerte dall'equazione di equilibrio sopra citata, applicata a tale esempio: U) TS^

Si è indicato in precedenza che le miscelazioni, effettuate in 20, 20' e 20 ' " e 6 sono di preferenza miscelazioni sottratti ve , secondo l'espressione:

■PI.-V- i TL„-T3⁄4 l

Per quanto riguarda le miscelazioni effettuate in 20 e 20', la struttura proposta fornisce per la differenza F.I -FR un segno sia positivo sia n n

negati vo.

Per questo motivo si. prevede che il. commutatore 4-2 possa permutare gli ingressi del comparatore frequenza-f ase 41 quando il. segno di Ff^-F^ -FR^ * negativo, in modo da assicurare la convergenza dell'anello di pre-posi.zi.onamento.

Guesta permutazione viene operata tramite un ordine aop ropriato CF, elaborato dal

4

saquenz.ializzato re 50 in funzione dei ualori rispettivi degli altri comandi di. frequenza CF.^.

CF„ e CF,,.

/r. 3

Per ottenere una copertura continua delle sottobande di frequenza F.T , FI e FI T la scelta delle frequenze FR e FR_ risup verificare, per C. O

N 1.3 , le relazioni seguenti:

I»»" CTRm« ) « ^ KW ;-

' » feTT-“l ^ li E' d'altra parte vantaggioso scegliere:

^ ^Kl+lv*ini >

Si noterà inoltre che, in tali condizioni, k preferibile applicare la frequenza di riferi.mento sul terminale “oscillatore locale" dei miscelatori, nella misura in cui la fuga del segnale di oscillatore locale potrà essere migliorata tramite filtraggio (i. miscelatori sono in effetti. circuiti che presentano due terminali di. ingressi "osci l.latore locale" e "radiof reguenze" . non simmetri ci)

Il modo in cui si pud ottenere una copertura completa del.la banda £000-2500 MHz è spiegato dalla tabella I. nel seguito, che fornisce valori delle diverse frequenze di riferimento e Frequenze intermedie delle successive miscela? oni,

TABELLA 1

FS F3⁄4 FRg FI2 F3⁄4 FI^ FRÌ

2000 50 250 200 175 25 2005 55 195 » 20 2010 60 190 150 40 2015 65 185 » 35 2020 70 180 » 30 2025 75 175 » 25 2030 80 170 » 20 2035 85 165 125 40 2040 90 160 » 35 2045 95 155 » 30 2050 100 150 » 25 2055 105 145 » 20 2060 110 140 100 40 2065 115 135 » 35 2070 120 130 » 30 2075 125 125 » 25 2080 130 120 » 20 2085 135 115 150 35 2090 140 110 » 40 2095 145 105 125 20 2100 150 100 » 25 2105 155 95 » 30 2110 160 90 » 35 2115 165 85 > 40 2120 170 80 100 20 -2125 175 75 » 25 2130 180 70 » 30 3135 185 65 » 35 2140 190 60 » 40 2145 195 400 205 175 30 2150 200 200 » 25 etc. etc. etc. etc. etc. etc.

Si vede così che si potrà coprire serica riiscont.im.iità la totalità della banda coluta t,ramite una seleziona adeguata delle parole di comando CF1.,

Si può d'altra parte notare, come si pud vedere a partire dall'equazione di equilibrio M i, che la gamma delle -frequenze FS suscettibile di essere realmente coperta si estende (sempre senza discontinuità) da 1985 MHz a ?565 MHz.

Utilizzazione dei ranghi di moltiplicazione frazionari per la produzione delle frequenze di riferimento Nell'esempio della figura 3. i generatori di frequenze di riferimento erano realizzati con la struttura piti semplice che permette la sintesi diretta,· vale a dire tramite generazione di armoniche di una frequenza di riferimento.

Tut,taviar tenuto conto della degradazione del rumore generata dal processo di moltiplicazione di frequenza. pub risultare piti interessante utilizzare una .frequenza campione FG piii elevata, ad esempio FG = 150 MHz invece di FQ = 50 MHz.

Per contro, se si sceglie una tale frequenza pià elevata, i ranghi di moltiplicazione da realizzare dovranno essere frazionari.

Un circuito quale quello illustrato nella figura 4 permette di realizzare vantaggiosamente i ranghi frazionari cosi necessari.

Il generatore rii frequenze di. riferimento 10 comprende così (nella sua configurazione p.iCi complessa) un moltiplicatore di frequenza 14 a rango fisso che riceve in .ingresso la frequenza campione FQ e fornisce in uscita una frequenza .FQ.

Tale frequenza m^.FO è applicata ria una parte a un secondo moltiplicatore rii frequenza 13 a rango fisso m^.. che fornisce quindi una frequenza m.j.in,,-FQr e dall'al.tra parte a un divisore di frequenza programmabile 16, il cui rango rii divisione N viene scelto attraverso la parola di comando digitale CF^, in maniera da fornire un segnale alla frequenza m^.FQ/N,

I segnali 15 e 16 vengono applicati ai. due ingressi di un miscelatore 17 che fornisce quindi in uscita, attraverso il filtro passa-banda programmali!Ie comandato dalla stessa parola di frequenza GFi, una frequenza di. riferimento FRi data :

l..o schema di tale generatore rii frequenza di riffiriitianto a rango frazionario 10 della figura 4 corrisponde tuttavia ad una configura?;]nne massima, la ρί.ι'.ι compìessa, ed è possibile semelificarne la struttura sopprimendo alcuni dei suoi elementi, in particolare l'uno o l'altro dei moltiplicatori 14 o 15.

Esempio di realizzazione di un sintetizzatore di frequenza ottimizzato

Si descriverà nella figura 5 un circuito che permette di ottenere le stesse prestazioni, del circuito della figura 3 (vale a dire una copertura completa della banda S000-H500 MHz per passi di 5 MHz ì. ma con una scelta delle frequenze di. riferimento e delle frequenze intermedie che permette di semplificare notevolmente la struttura di taluni dei generatori di frequenza di riferì mento .

Il generatore di frequenza di riferimento 10 che genera la frequenza FR è assimilabile a quello della figura 3, salvo per il fatto che il divisore 11 un divisore per 30 invece di. essere un divisore per 10, poiché si utilizza come frequenza campione una frequenza F(3⁄4 di 150 MHz invece di 50 MHz ,

Per contro, i generatori di frequenza di riferimento 10' e 10'' sono stati semplificati: un moltiplicatore per due 14, comune, che impegna da una parte un divisore 16 a due ranghi programmate!1i soltanto (2 e 3), per fornire una frequenza di riferimento a passo medio FR di 100 MHz o di 150 MHz, Il moltiplicatore 14 impegna dall'altra parte un circuito 10'' che permette d.i generare ranghi di moltiplicazione frazionaria- è realizzato secondo il principio del circuito della figura 4, ma in modo semplificato tramite soppressione del secondo mo 1tipi i catare 15, Il divisore di f requenza pr oorammabi1e corrispondente '16 permette di selezionare 3 ranghi di divisione soltanto <3, 4 e 6 ) r il che fornisce una frequenza di riferimento a passo grande FR presentante soltanto quattro valori; 22.5r 250, 375 e 400 MHz.

Come si. pud vedere attraverso l'esame della figura, la frequenza intermedia FI., Preseni'i' due discontinuità di.banda, che sono in effetti legate alla modificazione del passo medio corrispondente alla frequenza di riferimento FR_, aumentato da 25 a 50 MHz. Come contropartita, il generatore di frequenza di. riferimento .10'' produce le due coppie di frequenze FR„ spaziate con il passo grande di 150 MHz, il passo interno di ciascuna coppia essendo di 25 MHz '(225/250 MHz da una parte a 375/400 MHz dalla parte),

Guaste discontinuitè non impediscono tuttavia una copertura completa della banda 2000-2500 MHz come si pud dimostrare facilmente nello stesso modo dell'esempio di rea!izzazione della figura 3,

T.n effetti, per ciascuna frequenza del passo di 5 MHz compresa in tale banda, esisterà sempre una combinazione FR,, FR , FR che permette di ottenere la frequenza FS voluta.

Infine si noterà che, oltre alla semplificazione dei circuiti, il sintetizzatore di frequenza realizzato secondo la figura 5, presenta prestazioni superiori a quelle della figura 4 per quanto riguarda il rumore di fase <r.he in talune applicazioni è un parametro estremamente importante), in ragione della riduzione del rango di moltiplicazione utilizzato per generare le frequenze FR„ e, soprattutto, le frequenze FR „

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sintetizzatore di frequenze ad anello di asservimento di fase (PI..L) unico, detto anello comprendendo in successione: -- un oscillatore variabile (1) che fornisce all'uscita un segnale ad una frequenza d'uscita (FSi funzione di un regnali? di comando applicato in ingrpssO: - un circuito miscelatore ( p. ) che riceve sul. suo primo ingresso il segnale prodotto da tale oscillatore variabile e sul suo secondo ingresso una frequenza di riferimento di base (FR,). - una catena di riduzione di frequenza. che riceve il segnale fornito in uscita da tale circuito miscelatore. - un circuito comparatore di fase (6). che riceve sul suo primo ingresso il segnale fornito da tale catena d.i riduzione di frequenza e sul suo secondo ingresso almeno una frequenza predetermi nata che definisce il passo di variazione <p) di cui si desidera vari detta frequenza di uscita, e - una rete di filtraggio passa-basso (8), che riceve in ingresso il segnale di uscita del circuito comparatore di fase (6) e fornisce in uscita la tensione di comando del1'osci 1latore variabi.le, sintetizzatore caratterizzato dal fatto che: - detta catena di riduzione di frequenza Φ essenzialmente priva di circuito divisore di frequenza prog rammabi1e -- detta catena di riduzione di frequenza cninprende, in casc-ata fra 1'osc.i1latore variabile e il circuito comparatore rii fase, una pluralità rii stadi rii cambio di frequenta comprendenti ciascuno un circuito miscelatore (20, 20 ', 20''), detto circuito miscelatore essendo un circuito miscelatore eterndino: , che riceve sul suo primo ingresso il segnale (F.Tp , FT^) prodotto all'uscita dallo stadio di cambio rii frequenza precedente o, per il primo stadio, detta frequenza di uscita (FS> dell'oscillatore variabile (1), . che riceve sul suo secondo ingresso una frequenza di riferimento (FR^, FR^) programmabile o: nel caso del primo stadio, detta frequenza di riferimento rii base (FR,)T e , che fornisce all'uscita, attraverso una rete di filtraggio passa-basso (30, 30', 30''1, il segnale applicato allo stadio di cambio di frequenza successivo o, ne], caso dell'ultimo stadio, al primo ingresso del circuito comparatore rii fase (6), - il campo di variazione delle frequenze possibili all'uscita degli starii di cambio di frequenza va restringendosi da monte a valle della catena rii riduzione rii frequenza, e - la determinazione delle frequenze di uscita dell'oscillatore variabile risulta sostanzialmente da una comhinazione dei comandi di dette frequenze d:i riferimento programmabili. ?... Sintetizzatore di frequenze secondo la r ϊ vendicaz.ione 1, caratterizzato dal fatto che detta frequenza predeteriTiinata (FR^) che definisce il passo di variazione (p> applicato al circuito comparatore di fase è parimenti una frequenza programmabi le . in modo da disporre di una pluralità di frequenze differenti., selezionabili. e combinabili a dette frequenze di riferimento programmabi.1 i.. 3. Sintetizzatore di frequenz. esecondo una qualsiasi delle rivendi caz.ioni 1 o 3. caratterizzato dal fatto che detta frequenza di riferimento di base (FR^) e dette frequenze di riferimento prog rammab.i1i (FR,,, FR,^) cosi come, se necessario, detta frequenza predeterminata (FR,j) che definisce il passo di variazione (p) sono ottenute tramite circuiti generatori di frequenza a sintesi diretta <4, 10'r 10''» 10). 4. Sintetizzatore di frequenze secondo la rivendi caz.ione 3 cara†.ter.izzato dal fatto che diversi circuiti generatori di frequenza a sintesi diretta operano in modo coerente a partire da un 'osci1latore fisso (3) unico che fornisce una frequenta campione (FQ) comune. ->. Sintetizzatore di frequenze secondo la rivendicazione 3. caratterizzato dal fatto che almeno alcuni dei circuiti generatori di frequenza a sintesi diretta (4- 10', 10''- IO) sono circuiti moltiplicatori di frequenza, .4,. Sintetizzatore di frequenze secondo la rivendicazione 5. cara†,terizzato dal fatto che almeno alcuni dei circuiti mo 1tipiicator i di frequenza (10, 10'- 10'') comprendono un generatore a nettine MS, IH', IH'') in serie con un filtro passa-banda programmata 1e <13- 13'-13''), un divisore di frequenze a rango fisso (11. 11') essendo eventualmente disposto all'ingresso del generatore a pettine. 7. Sintetizzatore di frequenze della rivendi c.azione 3, caratterizzato dal fatto che almeno alcuni dei circuiti generatori di frequenza a sintesi diretta (4, 10', 10'', 10) sono circuiti che producono ranghi di. moltiplicazione frazionari. 8. Sintetizzatore di frequenze seconda la rivendi razione 7, caratter izzato dal fatto che almeno alcuni dei circuiti che producono ranghi di moltiplicazione frazionari comprendono un divisore di frequene programmabile M6) , un moltiplicatore di frequenze a rango fisso (14) essendo eventualmente disposto all'ingresso di tale cir ctiito. 9, Sintetizzatore di. frequenze secondo la rivendicazione S. caratteri zzato dal fatto che almeno alcuni dei circuiti che producono ranghi. di moltiplicazione frazionari comprendono un circuito miscelatore (17) che riceve sul suo primo ingresso una frequenza campione (FQ) o multipla di quest 'ultima e che riceve sul suo secondo ingresso una frequenza fornita dal divisore di. frequenza programmabile (16).. i segnali. di uscita di tale circuito miscelatore essendo applicati a un filtro passa-banda programmabile (13) comandato in modo concorrente con il divisore di frequenza programmabile (16). 10„ Sintetizzatore di frequenza secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i circuiti miscelatori eterodina degli stadi di cambio di frequenza della catena di. riduzione di. frequenza operano tutti in miscelazi one infrad.ina, 11. Sintetizzatore di frequenze secondo la rivendi caz.ione 1T caratterizzai,o dal fatto che la catena rii riduzione rii frequenza realizza tre cambiamenti di frequenza successivi. 1£« Sintet.izzatore di frequenze secondo la rivendirazione 1, caratteri.zzato dal fatto che la frequenza di riferimento di base <FR.) Φ una frequenza programmata 1e essa stessa fornita ria un circuito di sintesi. rii frequenze che genera frequenze a passo molto fine estendentesi in una banda stretta? in modo ria ottenere all’uscita dell'oscillatore variabile M i frequenze con tale stesso passo molto fine ma estendentesi in uria banda larga. 13. Sintetizzatore di frequenze secondo la rivendicazione 1. caratterizzato dal fatto che esso comprende un circuito di pre-posizionamento 'dell oscillatore variabile? tale circuito comprendendo : un circuito combinatore <41), la cui uscita £ col.legata all 'ingresso di comando dell 'oscillatore var iabi.1 e ( 1 ) , mezzi di commuta?.ione (40, 4£), attivati durante una fase preventiva di pre-posizionamento di anello e che permettono da una parte di applicare su uno degli ingressi di tale circuito comhinatore il segnale <FJ.^) fornito dall'ultimo stadio di cambio di frequenza e sull'altro ingrosso del circuito combinat,ore detta frequenza predeterminata (FR^1 che definisce il passo di variazione <p) e dall'altra parte di inibire 1'asservimento de 11'anello, e tra il circuito combinatore (41) e l'ingresso di comando del.1'osc.i1latore variabile (1), mezzi (43) di.memorizzaz.ione del livello di segnale di comando aggiunto al termine della fase di pre-posiz ionamento, in modo che tale livello di segnale determini il punto di partenza per la convergenza dell'anello quando questo ritorna in modo di asservimento dopo la disattivazione dei mezzi di commutazione. 14. Sintetizzatore di frequenze secondo la rivendirazione 1, caratterizzato dal fatto che il circuito combinatore (41) del circuito di pre-posizionamento è un comparatore frequenza-fase. 15. Sintetizzatore di frequenze secondo la rivendic.azione 13, caratterizzato dal. fatto che il. circuito di pre-posiz.ionamento del1 'osci.1latore comandato in tensione comprende inoltre: - mezzi convertitori .(4.5), la cui uscita è collegata all'ingresso di comando dell'oscillatore variabile (1), detti mezzi ricevendo all'ingresso un segnale di comando di frequenza co rrispondente alla frequenza sulla quale si desidera posizionare 1 'osci 1latore variabile (1>, e - fra detti mezzi convertitori (45) e l'ingresso di comando dell'oscillatore variabile (1), mezzi (43) di memo rizzazi one di tale livello corrispondente di segnali di comando- in modo che tale livello di segnale determini il punto di partenza del pre-posi zionamento dell'anello all'attivazione dei mezzi di commutazione.