Бондаренко В.Н., Тяпкин В.Н., Дмитриев Д.Д. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.Н.Бондаренко (2013) (1095885), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Типовые системы радиоавтоматикиКолебание промежуточной частоты fп = fc – fг усиливается в УПЧ, настроенном на номинальное значение f0, а колебание суммарной частоты fc + fги другие комбинационные составляющие вида kfc  nfг, где k и n – целыечисла (в т. ч. и нуль), отфильтровываются в УПЧ.Благодаря такой схеме построения приемника основное усилениесигнала осуществляется на промежуточной частоте, что позволяет обеспечить большое усиление и хорошую селекцию сигналов мешающих станцийв широком диапазоне частот.Частота гетеродина в силу ряда причин (отклонение температуры,напряжения питания и др.) в процессе работы приемника изменяется. Нестабильность частоты гетеродина, как и отклонение частоты сигнала отноминального значения, приводит к отклонению промежуточной частоты(частотной расстройке) f = fп – f0.Для того чтобы сохранить постоянство промежуточной частоты(f = 0), необходимо корректировать настройку гетеродина. Ручная подстройка гетеродина малоэффективна, так как не обеспечивает требуемойточности, быстродействия и других показателей.

Система АПЧ, действуяподобно оператору, не только высвобождает его, но и действует точнееи эффективнее (в частности, позволяет отслеживать быстрые изменениячастоты).Работает система АПЧ следующим образом. Сигнал промежуточнойчастоты uп(t) поступает на вход частотного дискриминатора (ЧД), назначением которого является формирование сигнала ошибки U как функциичастотной расстройки f.

Зависимость U(f) носит название дискриминационной характеристики (рис. 2.7).UUош0 Δf0ΔfРис. 2.7Если начальная расстройка f0 не превышает по абсолютной величине некоторого значения fз, называемого полосой захвата, то под действием управляющего напряжения Uу(t), снимаемого с выхода ФНЧ, частотаподстраиваемого генератора изменяется таким образом, что частотная расстройка f0. Полоса захвата является важной характеристикой системыАПЧ.

Она определяется шириной раскрыва дискриминационной характеристики, усилением предшествующего дискриминатору тракта, характеристиками подстраиваемого генератора и другими факторами.2.2. Системы автоматической подстройки частоты95В качестве элемента, управляющего частотой ПГ, обычно используется варикап – полупроводниковый прибор, емкость которого зависит отуправляющего напряжения. Зависимость частоты ПГ от управляющего напряжения (рис. 2.8) носит название регулировочной характеристики.fгfг maxΔf0fг02Δfуfг min–Uу max0UуUошUу maxРис.

2.8При начальной расстройке f0 > 0 на выходе дискриминатора формируется сигнал ошибки Uош > 0 (постоянное напряжение). Под действиемэтого напряжения частота fг возрастает (значение fг0, соответствующее разомкнутой обратной связи, называется собственной частотой подстраиваемого генератора). При этом частотная расстройка уменьшается,поскольку f = fc – fг – f0. При начальной расстройке другого знака частотаПГ, наоборот, уменьшается, что также приводит к устранению частотнойрасстройки.Фильтр нижних частот отфильтровывает мешающие сигналы и высокочастотные составляющие шума, пропуская без искажений низкочастотную составляющую напряжения U(t) частотного дискриминатора, обусловленную медленным изменением частоты fп (вследствие нестабильностей частот передатчика и гетеродина, а также эффекта Доплера).

Дляповышения эффективности работы системы АПЧ в цепь обратной связиобычно включают УПТ.Таким образом, система АПЧ обеспечивает постоянство промежуточной частоты (с точностью до ошибки, обусловленной шумом и инерционностью системы), компенсируя уход частоты из-за нестабильностии эффекта Доплера. Это позволяет использовать УПЧ с узкой полосойпропускания (равной ширине спектра сигнала), а следовательно, существенно ослабить мешающее влияние шумов и таким образом повысить помехозащищенность приемника.962. Типовые системы радиоавтоматикиПрименение системы АПЧ в качестве демодулятора ЧМ-сигналовимеет такую особенность, что полоса фильтра нижних частот в цепи обратной связи (рис. 2.6) выбирается таким образом, чтобы пропустить безискажений модулирующее колебание, выделенное дискриминатором(т.

е. частота среза ФНЧ fср > Fmax, где Fmax – верхняя граничная частотав спектре модулирующего колебания). Благодаря этому опорное колебаниеuг(t) оказывается промодулированным по частоте по тому же закону, что ипринятый сигнал (отличается лишь фиксированным частотным сдвигом итем, что индекс частотной модуляции несколько меньше, так как коэффициент передачи замкнутой системы меньше единицы). Преобразованныйна промежуточную частоту сигнал представляет собой практически немодулированное колебание (точнее ЧМ-сигнал с малым индексом модуляцииmчм  fcм/Fmax = 1).

Ширина спектра этого сигнала равна удвоенной ширине спектра Fmax модулирующего колебания. Поэтому полоса пропусканияУПЧ может быть очень узкой (гораздо меньше, чем удвоенная девиацияfcм). Это обеспечивает высокую помехозащищенность следящего демодулятора ЧМ-сигнала в отличие от обычного (неследящего) демодулятора(рис. 2.6), когда система АПЧ используется лишь для стабилизации промежуточной частоты (ФНЧ в цепи обратной связи узкополосный).Применение системы АПЧ в качестве следящего фильтра доплеровского измерителя скорости описывается той же функциональной схемой(рис. 2.6). Выходом фильтра является выход подстраиваемого генератора.На вход смесителя поступает колебание доплеровской частоты Fд, пропорциональной скорости подвижного объекта (формируется этот сигнал путемсмешивания ослабленного зондирующего сигнала и ответного сигнала, отраженного от подстилающей поверхности, с последующей фильтрацией).В силу того, что диапазон измеряемых скоростей может быть весьма велик, полоса пропускания фильтра на выходе приемника (фильтра доплеровских частот) не может быть выбрана малой (нижняя и верхняя границыполосы пропускания определяются соответственно минимальной и максимальной скоростью объекта).

Следовательно, непосредственное измерениечастоты Fд невозможно из-за низкой точности измерений вследствие малого отношения сигнал/шум.Система АПЧ, как следящая система, обладает фильтрующей способностью по отношению к частоте Fд входного сигнала. Полоса пропускания такого фильтра может быть очень малой (вплоть до единиц Гц), благодаря чему на выходе формируется квазигармоническое колебание(с очень узким спектром), частота которого может быть измерена с высокой точностью (так как отношение сигнал/шум на выходе существеннобольше, чем на входе).При изменении частоты Fд (в пределах полосы захвата системыАПЧ) следящий фильтр автоматически настраивается на эту частоту.

Это2.2. Системы автоматической подстройки частоты97возможно, если полоса пропускания ФНЧ превышает ширину спектра частотных флуктуаций, обусловленных изменением скорости (этим и ограничивается возможность уменьшения полосы пропускания следящего фильтра). В стационарном режиме частота ПГ отличается от частоты Fд ровно навеличину f0 (номинальное значение промежуточной частоты).

Однако этоне имеет принципиального значения, поскольку фиксированный сдвиг f0может быть легко учтен (практически это осуществляется за счет использования дополнительного смесителя, на один вход которого подается колебание с выхода ПГ, а на другой – опорное колебание частоты f0, формируемое отдельным гетеродином).Особенностью применения системы АПЧ в качестве следящегофильтра является также то, что частота Fд невелика (обычно не превышаетединиц кГц), поэтому используется «верхняя» настройка ПГ, т.

е. промежуточная частота определяется выражением fп = fг – fс. Для выделениясигнала частоты Fд на выходе дополнительного смесителя устанавливается узкополосный фильтр, настроенный на разностную частоту fг – f0,равную Fд. Частота выходного колебания этого фильтра измеряется частотомером (шкала может быть проградуирована в единицах скорости).Формирование ЧМ-сигналов с использованием системы АПЧ осуществляется той же схемой (рис. 2.6).

Отличительной особенностью являетсялишь то, что в цепь обратной связи (после ФНЧ) включается сумматор, надругой вход которого подается модулирующее колебание. На вход смесителя поступает колебание стабильной частоты (несущей), вырабатываемоеспециальным генератором (кварцевым). В отсутствие модулирующего колебания система работает так, как и в случае применения для стабилизациипромежуточной частоты. Полоса ее пропускания должна быть достаточнойдля того, чтобы отследить медленные изменения частоты ПГ из-за различных дестабилизирующих факторов.

Для того чтобы следящая система нереагировала на модулирующее колебание, полоса ее пропускания должнабыть меньше самой низкочастотной составляющей в спектре модулирующего колебания. В этом случае на выходе ПГ формируется ЧМ-сигнал состабильной несущей (стабильность обусловлена применением кварцевогоопорного генератора и работой системы АПЧ), закон модуляции которогополностью определяется модулирующим колебанием.Рассмотрим математическое описание системы АПЧ. Полагаем, чтовсе функциональные элементы, за исключением ФНЧ, являются безынерционными. Это предположение упростит математическое описание системы АПЧ, поскольку безынерционный элемент полностью описывается статической характеристикой – алгебраическим уравнением, связывающимвходную и выходную переменные. Обоснованность такого допущения определяется тем, что полоса пропускания разомкнутой системы определяется, главным образом, фильтром нижних частот.982.

Типовые системы радиоавтоматикиС учетом сказанного связь между частотами входного сигнала, гетеродина и сигнала промежуточной частоты определяется выражениемfп = fc – fг(2.8)(переменная t в формуле (2.8) опущена, так как эти величины относятся кодному моменту времени). Отклонение промежуточной частоты от номинального значения (частотная расстройка)f = fп – f0.(2.9)Полагаем, что частотный дискриминатор точно настроен на частотуf0, т. е. нуль дискриминационной характеристики соответствует этому значению частоты fп.

Характеристики

Список файлов книги