Бондаренко В.Н., Тяпкин В.Н., Дмитриев Д.Д. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.Н.Бондаренко (2013) (1095885), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

Системы автоматической подстройки частотыσ2fω д σ 2дωн σ н2 NэK.ω д  K ωн  K105(2.21)Оптимизация системы по шумовой полосе сводится к нахождениюоптимального значения K, при котором минимизируется значения дисперсии результирующей ошибки (2.21). В общем случае выражение для Kоптпредставить невозможно (один из способов решения задачи графический).Однако для случая высокой точности слежения, когда Kд и K нформула для оптимальной полосы Fш принимает видFш оптk д2ω д σ 2д +ωн σ н2.NэЧем больше дисперсия (мощность) частотных флуктуаций FД(t)и fг(t) и чем шире их спектры д и н, тем более широкая полоса требуетсядля слежения с минимально достижимой ошибкой.Контрольные вопросы1. Укажите области применения систем АПЧ.2.

Поясните принцип действия системы стабилизации промежуточной частоты.3. Что называется ДХ? Как влияет форма ДХ на показатели качества системы АПЧ?4. Что называется регулировочной характеристикой? Как влияет ееформа на показатели качества системы АПЧ?5. В чем заключаются особенности применения системы АПЧв качестве демодуляторов ЧМ-сигналов, следящего фильтра, формирователя ЧМ-сигналов?6. Приведите математическое описание системы АПЧ.7. Изобразите структурную схему системы АПЧ. Сформулируйтедопущения, при которых она применима.8. Приведите структурную схему линейной системы АПЧ и сформулируйте условия ее применимости.9. Как определяется частотная ошибка при типовых воздействиях(ступенчатом, линейном, квадратичном)?10.

Как определяется шумовая ошибка слежения за частотой? Какойсмысл имеет шумовая полоса замкнутой системы? Как она связана с параметрами системы?11. Каков физический смысл понятий полосы захвата и полосыудержания системы АПЧ? Как они связаны с параметрами системы?1062. Типовые системы радиоавтоматики2.3. Системы фазовой автоподстройкичастотыСистемы ФАПЧ также относятся к классу следящих систем и предназначены для слежения за фазой сигнала (точнее, за частотой и фазой).В этом принципиальное отличие систем ФАПЧ от систем АПЧ, в которыхинформация о фазе сигнала теряется.Благодаря этой особенности системы ФАПЧ применяются гораздошире, чем системы АПЧ. Они используются в качестве следящих фильтровдоплеровских систем измерения скоростей, для стабилизации промежуточной частоты приёмников, синхронного детектирования сигналов, в качестве демодуляторов ЧМ- и ФМ-сигналов, в синтезаторах частот, в следящих измерителях координат (дальности, угла), для когерентногосложения сигналов в ФАР и пр.Принцип действия системы ФАПЧ рассмотрим на примере простейшейсистемы, описываемой функциональной схемой, приведенной на рис.

2.14.uс(t)ФДФНЧuг(t)Uу(t)ПГРис. 2.14На входы фазового дискриминатора (ФД) поступает сигнал uc(t)(обычно промежуточной частоты) и опорное колебание uг(t), вырабатываемое подстраиваемым генератором. Если частоты сигнала и генераторасовпадают (начальная частотная расстройка f = fc – fг0 = 0), то в стационарном режиме напряжение на выходе ФД равно нулю, а фазовый сдвигст = с – г = –/2.Объясняется это тем, что ДХ U() имеет вид функции косинуса(рис.

2.15, а).Для того чтобы придать ДХ вид нечётной (синусоидальной функцииот ) (рис. 2.15, б), учтём фиксированный фазовый сдвиг на –/2 (колебание генератора опережает сигнал на /2 радиан) путём описания сигналафункцией синуса, а колебания генератора – функцией косинуса от :uc(t) = uмcsinc(t) = uмcsin(ct + c0),uг(t) = uмгcosг(t) = uмгcos(гt + г0).2.3. Системы фазовой автоподстройки частоты107UUUmaxUmaxφ–ππ20π2φπ–π–Umaxπ20π2π–Umaxб)а)Рис. 2.15Обычно начальная расстройка f0  0 (вследствие нестабильностичастот сигнала и подстраиваемого генератора, доплеровского сдвига частоты сигнала). В этом случае на выходе дискриминатора возникают биенияс частотой f. Если бы обратная связь была разомкнута, то на выходе ФДнаблюдалось бы гармоническое колебание с частотой, равной частотнойрасстройке.

Благодаря обратной связи управляющее напряжение Uу(t), воздействуя на подстраиваемый генератор (управляющий элемент – варикап),осуществляет частотную модуляцию колебания uг(t). В зависимости отзнака управляющего напряжения частота биений то возрастает, то убывает(рис. 2.16). В результате длительности положительных и отрицательныхполуволн напряжения биений оказываются разными, вследствие чего навыходе дискриминатора образуется постоянная составляющая напряжения,которая стремится уменьшить частоту биений до нуля. Фильтр нижнихUд(t)Δf0 = fс – fг0tUуа)Uд(t)Δf0 = fг0 – fсUуб)Рис.

2.16t1082. Типовые системы радиоавтоматикичастот пропускает постоянное напряжение, обусловленное частотной модуляцией сигнала. Знак управляющего напряжения определяется знакомчастотной расстройки: напряжение положительное при fc > fг0 (рис. 2.16, а)и отрицательное при fc < fг0 (рис.

2.16, б). В зависимости от знака Uу средняя частота генератора либо возрастает, либо убывает относительно начального значения fг0 (соответствует Uу = 0), стремясь к значению, равномуfc (рис. 2.17).fгfг maxfс+2Δfуfг0fс–fг minUу–Uу max–Uу–0Uу+Uу maxРис. 2.17Если начальная расстройка не превышает значения fз, определяющего полосу захвата, то по истечении времени tз, называемого временемзахвата, в системе устанавливается стационарный режим (режим слежения или удержания), при котором частотная расстройка f = 0 (fс = fг), а фазовый сдвиг сигнала относительно колебания генератора ст = –/2 + , где – фазовая ошибка (рис. 2.18).Если ФНЧ не содержит интегрирующих звеньев, то необходимое длякомпенсации частотной расстройки управляющее напряжение может бытьвыработано лишь в случае   0 (рис.

2.15, б). Причём, чем больше начальная расстройка, тем больше фазовая ошибка (максимальное значение имеет место при расстройке, равной полосе fз). При наличии хотя бы одногоинтегратора в составе ФНЧ необходимое напряжение может быть сформировано при условии  = 0 благодаря «памяти» фильтра (напряжение на выходе интегратора остаётся неизменным, хотя на входе его напряжение равно нулю).

В этом случае фазовая ошибка обусловлена лишь воздействиемшума, а также инерционностью системы (обычно   рад).Если начальная расстройка f0 > fз, то управляющее напряжениестановится недостаточным для её компенсации и установление стационарного режима невозможно. Этот режим (режим биений) характеризуетсятем, что средняя частота генератора отличается от частоты сигнала, а разность фаз непрерывно нарастает (рис. 2.18, в).2.3.

Системы фазовой автоподстройки частотыfгРежимбиенийРежимслеженияfгfсРежимбиенийРежимслеженияfг0fг0t0tзfсt0tза)fгfс109б)φРежим биений4π2πfг00tв)t0г)Рис. 2.18Полоса захвата системы ФАПЧ определяется диапазоном перестройки генератора, формой дискриминационной характеристики, а такжеструктурой (видом передаточной функции) фильтра нижних частот. Определение её возможно лишь при использовании нелинейной теории и представляет весьма сложную задачу. Исключение составляет случай, не представляющий практического интереса, когда ФНЧ отсутствует. При этомимеет место равенство полос захвата и удержания. Последнюю легко определить из выражения 2fу = 2Umaxkг, где Umax – пиковое значение дискриминационной характеристики (рис. 2.15), а kг – крутизна регулировочной характеристики (рис.

2.17).В отличие от системы ФАПЧ без фильтра нижних частот для системы с ФНЧ имеет место неравенство fз < fу. Объясняется это тем, чтофильтр подавляет высокочастотные составляющие напряжения биений,так что управляющее напряжение не достигает значения Umax (как в отсутствие фильтра). Поэтому максимальное отклонение частоты генератораотносительно значения fг0 (рис.

2.17) становится меньше. В режиме слежения управляющее напряжение постоянное (биения отсутствуют) и можетдостигать значения Umax (коэффициент передачи ФНЧ по постоянному току равен единице). Поэтому полоса удержания в такой системе больше полосы захвата.1102. Типовые системы радиоавтоматикиРассмотрим примеры использования системы ФАПЧ. На рис. 2.19приведена функциональная схема супергетеродинного приёмника, в котором система ФАПЧ осуществляет стабилизацию промежуточной частоты.Отличие её от типовой системы (рис. 2.14) заключается в том, что цепь обратной связи замыкается не через ФД, а через смеситель.

В качестве опорного сигнала для дискриминатора используется колебание кварцевого генератора с частотой, равной номинальному значению f0 промежуточнойчастоты. В установившемся режиме частота сигнала на выходе УПЧ поддерживается равной f0. Благодаря высокой стабильности частоты кварцевого генератора точность стабилизации промежуточной частоты с помощьюсистемы ФАПЧ гораздо выше, чем в случае использования для этой целисистемы АПЧ.uc(t)СмУПЧf0ФДf0Выход АМКГФДuг(t)ПГФНЧπ/2Рис.

2.19Дополнительное преимущество при использовании системы ФАПЧ –это возможность синхронного (когерентного) детектирования АМ-сигналов (в т. ч. импульсных). Дополнив схему фазовращателем на /2 рад, компенсирующим фиксированный фазовый сдвиг, и ещё одним фазовым детектором, получаем когерентный демодулятор АМ-сигнала, отличающийся от обычного амплитудного детектора высокой помехоустойчивостью(сохраняет работоспособность при высоком уровне помех).Следящий фильтр на базе системы ФАПЧ реализуется схемой, представленной на рис. 2.14 (возможен также вариант с преобразованием частоты и «верхней» настройкой гетеродина).

Как и в случае применения дляэтой цели системы АПЧ, выходом фильтра является выход подстраиваемого генератора. Благодаря лучшей фильтрующей способности (достижимыезначения полосы пропускания составляют доли Гц) следящий фильтр наоснове системы ФАПЧ более эффективен по сравнению с фильтром на базе системы АПЧ (спектральная чистота выходного сигнала, а следовательно, и точность измерения скорости выше).Функциональная схема демодулятора фазоманипулированного (ФМ)сигнала представлена на рис. 2.20 (система Костаса).

Характеристики

Список файлов книги