1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2024-29-1-52-64RKKOXV621.374.4Схемотехника и проектированиеHarmonic signal frequency multipliers on controlled phase shifterУмножители частоты гармонического сигнала на управляемом фазовращателеКолесников Евгений БорисовичКолесниковЕвгений БорисовичKolesnikovEvgeny B.Evgeny B. KolesnikovNovomoskovskiy Institute (branch) D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia (Russia, 301665, Novomoskovsk, Druzhba st., 8)11022026Том. 29 №15264http://ivuz-e.ru/en/issues/..Том 29 №1/umnozhiteli_chastoty_garmonicheskogo_signala_na_upravlyaemom_fazovrashchatele/http://ivuz-e.ru#

Harmonic signal frequency multipliers allow for attainment of stable high-frequency oscillations at relatively low frequency of reference generator output signal. The existing harmonic signal frequency multipliers have low speed, low efficiency, a high level of side harmonics and a limited range of operating frequencies. In this work, the principles of construction and functioning of harmonic signal frequency multipliers, their main disadvantages and applications are described. A new principle of multiplication of frequency of the sinusoidal voltage is proposed, based on the regulation of input signal phase within 360° by a phase shifter controlled by an alternating sawtooth voltage with amplitude equal to input signal amplitude. The development and research of frequency multipliers implementing the proposed principle was carried out by methods of structural design and mathematical modeling. The results of the development of harmonic frequency doubler and tripler, which have stronger performance than known ones and operate on the basis of the proposed principle, are presented. Their structural schemes are provided. Simulation models of the frequency multipliers under consideration were compiled in the Matlab & Simulink environment and oscillograms of their operation were obtained, confirming their operability and the correctness of the choice of technical solutions. A controlled frequency multiplier has been developed, having a high speed, a low level of side harmonics, a wide range of operating frequencies and an adjustable multiplication factor, including its fractional values. It was demonstrated that the multiplication factor of the developed harmonic signal frequency multipliers can reach several tens.

Умножители частоты гармонического сигнала позволяют получать стабильные колебания высокой частоты при относительно низкой частоте выходного сигнала задающего генератора. Существующие умножители частоты гармонического сигнала имеют невысокое быстродействие, низкий КПД, высокий уровень побочных гармоник и ограниченный диапазон рабочих частот. В работе описаны принципы построения и функционирования умножителей частоты гармонического сигнала, основные их недостатки и области применения. Предложен новый принцип умножения частоты синусоидального напряжения, основанный на регулировании фазы входного сигнала в пределах 360° фазовращателем, который управляется переменным напряжением, его амплитуда имеет пилообразную форму и равна амплитуде входного сигнала. Разработка и исследование умножителей частоты, реализующих предложенный принцип, осуществлены методами структурного проектирования и математического моделирования. Представлены результаты разработки гармонических удвоителя и утроителя частоты, которые имеют более высокие показатели, чем известные, и работают на основе предложенного принципа. Приведены их структурные схемы. Составлены имитационные модели рассматриваемых умножителей частоты в среде Matlab & Simulink и получены осциллограммы их работы, подтверждающие работоспособность данных умножителей и правильность выбора технических решений. Разработан управляемый умножитель частоты, имеющий высокое быстродействие, низкий уровень побочных гармоник, широкий диапазон рабочих частот и регулируемый коэффициент умножения, включая дробные его значения. Показано, что коэффициент умножения описанных умножителей частоты гармонического сигнала может достигать нескольких десятков.

frequency multipliercontrolled phase shiftercomparatorsingle shotintegrator with resetmultipliercounting triggercontrolled amplifierfrequency multipliercontrolled phase shiftercomparatorsingle shotintegrator with resetmultipliercounting triggercontrolled amplifier ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 1982. 37 с.GOST 24375–80. Radio communication. Terms and definitions. Moscow, Standartinform Publ., 1982.37 p. (In Russian).Дахнович А. А. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2009. 176 с. EDN: QMUFIXDakhnovich A. A. Radio circuits and signals, study guide. Tambov, Tambov State Univ. Publ., 2009.176 p. (In Russian).Ризкин И. Х. Умножители и делители частоты. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Связь, 1976. 327 с.Rizkin I. Kh. Frequency multipliers and dividers. 2nd ed., upd. and rev. Moscow, Svyaz Publ., 1976.327 p. (In Russian).Бруевич А. Н. Умножители частоты. М.: Сов. радио, 1970. 247 с.Bruevich A. N. Frequency multipliers. Moscow, Sov. radio Publ., 1970. 247 p. (In Russian).Каяцкас А. А. Основы радиоэлектроники: учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1988. 464 с.Kayatskas A. A. Basics of radio electronics, study guide for universities. Moscow, Vysshaya shkolaPubl., 1988. 464 p. (In Russian).Мельник Ю. А., Стогов Г. В. Основы радиотехники и радиотехнические устройства. М.: Сов. радио, 1973. 367 с.Mel’nik Yu. A., Stogov G. V. Basics of radio engineering and radio engineering devices. Moscow, Sov.radio Publ., 1973. 367 p. (In Russian).Доброневский О. В. Справочник по радиоэлектронике. 3-е изд., перераб. и доп. Киев: Вища школа, 1978. 359 с.Dobronevskiy O. V. Information book on radio electronics. 3rd ed., rev. and upd. Kyiv: Vishcha shkolaPubl., 1978. 359 p. (In Russian).Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1986. 512 с.Gonorovskiy I. S. Radio circuits and signals, textbook for universities. 4th ed., rev. and upd. Moscow,Radio i svyaz’ Publ., 1986. 512 p. (In Russian).Ефимчик М. К., Шушкевич С. С. Основы радиоэлектроники. 2-е изд., перераб. и доп. Минск: Университетское, 1986. 303 с.Efimchik M. K., Shushkevich S. S. Basics of radio electronics. 2nd ed., rev. and upd. Minsk,Universitetskoye Publ., 1986. 303 p. (In Russian).Махов М. Е. Умножитель частоты на полевых транзисторах // Радиотехника. 1974. Т. 29. № 9. С. 96-97.Makhov M. E. Frequency multiplier on field transistors. Radiotekhnika = Radioengineering, 1974,vol. 29, no. 9, pp. 96–97. (In Russian).Землянухин П. А. Исследование характеристик умножителя частоты гармонических колебаний на базе ограничителя напряжения // Изв. ЮФУ. Технические науки. 2017. № 5 (190). С. 90-102. -. DOI: 10.23683/2311-3103-2017-5-90-102 EDN: ZHRHTTZemlyanukhin P. A. On capabilities of the frequency multiplier of harmonic oscillations on the basis ofthe voltage limiter. Izv. YuFU. Tekhnicheskiye nauki = Izvestiya SFedU. Engineering Sciences, 2017,no. 5 (190), pp. 90–102. (In Russian). https://doi.org/10.23683/2311-3103-2017-5-90-102. – EDN: ZHRHTT.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2000. 462 с.Baskakov S. I. Radio circuits and signals, textbook for universities. 3rd ed., rev. and upd. Moscow,Vysshaya shkola Publ., 2000. 462 p. (In Russian).Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства: справочник. М.: Радио и связь, 1984. 400 с.Goroshkov B. I. Radioelectronic devices, information book. Moscow, Radio i svyaz’ Publ., 1984. 400 p. (In Russian).Сумин А. М., Мушта А. И. Методика проектирования СФ блока преобразователя частоты в субмикронном технологическом базисе на основе синтезированных нелинейных реактивных элементов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 10. С. 74-81. EDN: OIOCZVSumin A. M., Mushta A. I. The technique of designing IP block of the frequency multiplier in submicronic technological basis in terms of synthesized nonlinear jet elements. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of Voronezh State Technical University, 2011, vol. 7, no. 10, pp. 74–81. (In Russian).Гальперин М. В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. М.: Энергоатомиздат, 1987. 320 с.Gal’perin M. V. Practical circuit design in industrial automation. Moscow, Energoatomizdat Publ.,320 p. (In Russian).Шахгильдян В. В., Ляховкин А. А. Системы фазовой автоподстройки частоты. 2-е изд., доп. М.: Связь, 1972. 447 с. EDN: UIEWAFShakhgil’dyan V. V., Lyakhovkin A. A. Phase-locked loop frequency control systems. 2nd ed., upd.Moscow, Svyaz Publ., 1972. 447 p. (In Russian).Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники / пер. с англ. Б. Н. Бронина. 7-е изд. М.: Бином, 2014. 704 с.Horowitz P., Hill W. The art of electronics. 2nd ed., rev. and upd. Cambridge, Cambridge Univ. Press,1125 p.Левин В. А., Малиновский В. Н., Романов С. К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки. М.: Радио и связь, 1989. 231 с.Levin V. A., Malinovskiy V. N., Romanov S. K. Frequency synthesizers with pulse-phase automaticcontrol system. Moscow, Radio i svyaz’ Publ., 1989. 231 p. (In Russian).Пат. 206198 РФ. Управляемый фазовращатель / Е. Б. Колесников; заявл. 11.05.2021; опубл. 30.08.2021, Бюл. № 25. 6 с. EDN: EZDQNCKolesnikov E. B. Controllable phase shifter. Pat. 206198 RF, publ. 30.08.2021, Bul. no. 25. 6 p.(In Russian).Пат. 206321 РФ. Гармонический удвоитель частоты / Е. Б. Колесников; заявл. 24.05.2021; опубл. 06.09.2021, Бюл. № 25. 8 с. EDN: KZARTTKolesnikov E. B. Harmonic frequency doubler. Pat. 206321 RF, publ. 06.09.2021, Bul. no. 25. 8 p.(In Russian).Пат. 206703 РФ. Утроитель частоты / Е. Б. Колесников; заявл. 18.05.2021; опубл. 23.09.2021, Бюл. № 27. 8 с. EDN: NCPTQVKolesnikov E. B. Frequency tripler. Pat. 206703 RF, publ. 23.09.2021, Bul. no. 27. 8 p. (In Russian).Турута Е. Ф. Операционные усилители: справочник. М.: Патриот, 1996. 232 с.Turuta E. F. Operational amplifiers, information book. Moscow, Patriot Publ., 1996. 232 p. (In Russian).Пат. 212993 РФ. Управляемый гармонический умножитель частоты / Е. Б. Колесников; заявл. 31.05.2022; опубл. 17.08.2022, Бюл. № 23. 9 с. EDN: ANYGVAKolesnikov E. B. Controlled harmonic frequency multiplier. Pat. 212993 RF, publ. 17.08.2022,Bul. no. 23. 9 p. (In Russian).Johnson N. Ramp generator // Everyday and Practical Electronics. 1995. No. 7. P. 546-550.