Frekvenssyntetisatorer

Frekvenssyntetisatorer og faselåste sløyfer

For innstilling av riktig kanalfrekvens i en radiosender eller radiomottaker er det vanlig å benytte en frekvenssyntetisator. En frekvenssyntetisator er bygget opp rundt en faselåst sløyfe (Phase Locked Loop, PLL) og en krets som digitalt kan låse seg til et antall frekvenser innenfor et gitt frekvensområde.

Vi vil derfor først beskrive virkemåten for en enkel faselåst sløyfe.

Faselåst sløyfe, PLL (over)

En PLL består av blokkene:

  • fasedetektor

  • lavpassfilter (sløyfefilter)

  • VCO

En PLL sørger for å holde utgangsfrekvensen låst til inngangsfrekvensen ved hjelp

av VCO (Voltage Controlled Oscillator).

En PLL kan innta tre forskjellige tilstander:

  • faselås

  • innfangingstilstand

  • frittsvingende

Benyttes i frekvenssyntetisatorer, digitale modulatorer og demodulatorer.

Fasedetektor

Fasedetektoren kan i praksis være en EKSKLUSIV ELLER-krets, der utgangsfrekvensen fO sammenlignes med inngangsfrekvensen fi

Så lenge frekvensene er i fase, vil utgangen være logisk lav. Blir det faseforskyvning, vil vi få pulser på utgangen med lengde like stor som faseforskyvningen.

Det er altså størrelsen på forholdet pulstid/periodetid, det vil si nyttefaktoren (duty cycle) som forteller noe om størrelsen på faseforskyvningen. Er den lik 0, har vi ingen faseforskyvning. Verdier mellom 0 og 1 indikerer faseforskyvning.

VCO (Voltage Controlled Oscillator)

Spenningspulsene som kommer fra fasedetektoren, kjøres gjennom et lavpassfilter og likerettes. Dette resulterer i en likespenning, som da blir et mål for størrelsen på faseforskyvningen, som igjen styrer en VCO-krets.

Frekvenssyntetisatorer

Benyttes der vi er avhengig av å stille inn flere forskjellige kanalfrekvenser med

fast frekvensavstand (kanalavstand).

Kanalavstand (frekvensavstand) bestemmes av krystalloscillatorens frekvens delt på frekvensdeleren D:  

FR = f X / D.

Antall kanaler blir bestemt av frekvensdelerens delingstall N (alltid et heltall).

Frekvenssyntetisatorens kanalfrekvens

Innstilt kanalfrekvens er avhengig av hvilken verdi N er innstilt på.

Endres delingstallet, endres kanalfrekvens innenfor de frekvenser som er tilgjengelig for sløyfen.

Høyeste og laveste utgangsfrekvens bestemmes av høyeste og laveste verdi av delingstallet N.

Verdien til frekvensen fN vil derfor bli:

 

    fN = fo / N

 

Er i faselås når følgende betingelse er oppfylt:

 

    fR = fN = fo / N   eller   fo = N · fR

 

Når N = 1, vil utgangsfrekvensen fo være lik referansefrekvensen fR, som vil være laveste utgangsfrekvens.

 

Høyeste utgangsfrekvens:   f0 (max) = N (max) · fR

Økning av kanalfrekvens

Frekvenssyntetisator med frekvensblander i tilbakekoblingen (over)

Ved å koble inn en frekvensblander MX i tilbakekoplingen vil kanalavstanden   reduseres og utgangsfrekvensen økes. Ved også å bruke en frekvensdeler (teller) for N som kan forhåndsinnstilles, kan kanalfrekvensen settes digitalt, for eksempel via en mikrokontroller.

Benyttes for innstilling av kanalfrekvens i VHF-området.

DAB

Digital radio

  • Benyttes i tradisjonell lydkringkasting, jordbundne nett og mobiltelefon.

  • Modulasjonsmetoder: ASK, FSK, PSK, QPSKM

DAB

  • Analoge signaler gjøres digitale ved hjelp av PCM.

  • Punktprøvefrekvens 32 eller 48 kHz.

  • De digitale signalene komprimeres før de sendes som koder.

DAB-radio

DAB (Digital Audio Broadcasting)

Fordeler

  • forbedret lydkvalitet

  • gir støyfritt mottak

  • gir bedre frekvensutnyttelse

  • flere kanaler på samme frekvens

  • mulighet for å høre egne lokalsendinger over hele landet

  • gir mulighet for overføring av data, tekst og grafikk

  • dataoverføring gir mulighet for tekst på display med angivelse av mottatt kanal

  • gir mulighet for interaktivitet som nedlasting av programmer

  • gir mulighet for kryptering av sendinger

  • gir mulighet for betalingstilknytning av kanaler

DAB, funksjon og utstyr

  • DAB krever egne digitale mottakere etter egen standard.

  • Flere kanaler sendes på samme frekvens ved at radiokanalene innrettes i frekvensblokker.

  • Datastrømmene fra de forskjellige kanalene blandes sammen i en multiplekser til én stor datastrøm.

  • Den samlede datastrømmen, såkalt ensemble, sendes inn i en COFDM-modulator (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

  • COFDM-modulatoren gjør signalet om til en frekvensblokk med frekvensbredde 1,5 MHz.

  • Hver sender i et nett har en egen COFDM-modulator.

  • Nett der flere kanaler sender på samme frekvens i hele dekningsområdet, kalles enfrekvensnett eller SFN (Single Frequency Network).

  • Frekvensene som benyttes, ligger i VHF-området.

  • Komprimeringsmetode er MPEG (Moving Picture Experts Group) Layer II (samme som benyttes i satellitt-TV og DVD og er en ISO/IEC standard for komprimering av data for multimedia).

DAB-system

DAB-system for overføring av flere kanaler på samme frekvens:

Oppgaver radiokommunikasjon

  1. Forklar hvordan en radiobølge oppstår, og hvordan den utbres.

  2. Forklar hva som menes med flerhoppsforplantning.

  3. Hva menes med en radiobølges effekttetthet?

  4. Hva skiller en superheterodynmottaker fra en rettmottaker?

  5. Hva forstås med en geostasjonær satellitt?

  6. Hvilken oppgave har en frekvenssyntetisator?

  7. Hvilke fordeler oppnås med digital radio- og TV-kringkasting?