Системы частотной автоподстройки ЧАП

Автоматическая подстройка частоты

Примеры следящих систем радиоавтоматики

Как отмечалось, в составе радиотехнических систем находится много различных подсистем и устройств, в основе работы которых лежит механизм управления или слежения. Это, в частности: системы частотной и фазовой автоподстройки частоты, ЧАП(ч) и ФАП(ч); устройства автоматической регулировки усиления, АРУ; устройства стабилизации напряжений и токов источников питания; системы автоматического сопровождения целей по дальности, АСД, и угловым координатам (направлению), АСН и др. Рассмотрим некоторые из них.

Системы с автоматической подстройкой частоты (АПЧ) – это довольно обширный класс автоматических систем, решающих самые различные задачи на основе автоматического изменения частоты специальных управляемых генераторов.

Различают две разновидности систем АПЧ: системы частотной автоподстройки частоты – ЧАП(ч) и системы фазовой автоподстройки частоты – ФАП(ч).

Функциональная и обобщенная схемы системы ЧАП имеют вид, изображенный на рис. 3.1. На рис. 3.1, а СМ - смеситель; УПЧ - усилитель промежуточной частоты; ЧД - частотный дискриминатор (может быть выполнен по схеме любого частотного детектора); ФНЧ - фильтр нижних частот; УЭ - управляющий элемент УГ - управляемый генератор.

Рис. 3.1, б соответствует представлению системы ЧАП в виде обобщенной схемы управления, показанной на рис. 1.1. Объектом управления здесь является управляемый генератор УГ. В состав измерительного элемента входят СМ, УПЧ, ЧД. Функции УПУ выполняет УЭ, преобразующий электрические сигналы в изменения частоты управляемого генератора.

На вход смесителя поступают сигнал U_C с частотой

и напряжение с выхода управляемого генератора U_Г с частотой

.

а

б

Рис. 3.1. Функциональные схемы ЧАП:

а – функциональная схема системы ЧАП; б – обобщенная схема системы ЧАП

Учитывая, что частота связана с фазой соотношениями

,

запишем выражения для напряжений сигнала и управляемого генератора

На выходе смесителя имеем колебание, частота которого равна разности частот сигнала и управляемого генератора:

,

.

Усилитель промежуточной частоты УПЧ и частотный дискриминатор ЧД настроены на частоту .

Основная функция, выполняемая системой ЧАП, состоит в том, чтобы автоматически управлять внутренними процессами так, чтобы в конечном итоге отклонение разностной частоты от промежуточной стремилось к нулю (или к некоторой весьма малой величине).

Условие (или к ) должно выполняться при любых изменениях частот и в некоторых интервалах.

Управляемый генератор отслеживает частоту поступающего сигнала с точностью до промежуточной частоты , т.е.

.

Схема работает следующим образом. При подаче на входы смесителя СМ колебаний принятого сигнала и колебаний с выхода управляемого генератора УГ на выходе имеем сигнал разностной частоты . На выходе ЧД формируется напряжение, пропорциональное , т.е. , где – крутизна дискриминационной характеристики ЧД. Это напряжение подается на управляющий элемент УЭ (например варикап) и изменяет частоту УГ так, чтобы .

Система ЧАП может выполнять различные функции в зависимости от того, из какой точки снимается сигнал.

1. В случае если сигнал снимается с УГ, система может работать как следящий фильтр. Следящие фильтры, как правило, являются узкополосными и, главное, изменяют свою центральную частоту настройки синхронно с изменениями несущей частоты принимаемого сигнала, т.е. центральная частота настройки фильтра следит за изменениями несущей частоты. Чаще всего эти изменения частоты в авиационных радиотехнических системах обусловлены эффектом Доплера, когда частота принимаемого сигнала изменяется в соответствии с изменениями скорости того объекта, от которого передаются или отражаются сигналы, поступающие в приемник.

2. Если сигнал снимается с выхода ЧД, система может работать как высококачественный и высокопомехоустойчивый частотный детектор (демодулятор) колебаний с частотной модуляцией. Это можно объяснить следующим образом. Система ЧАП является системой с отрицательной обратной связью по частоте. В системах с отрицательной обратной связью, как известно, стабилизируется и уменьшается уровень как частотных, так и нелинейных искажений. Поэтому сигналы после демодуляции, снимаемые с выхода частотного детектора, включенного в контур ЧАП и охваченного отрицательной обратной связью по частоте, будут иметь меньший уровень частотных и нелинейных искажений.

3. Система ЧАП может быть использована для стабилизации частоты УГ. Для этого ко входу системы ЧАП подключают высокостабильный эталонный генератор. УГ в этом случае приобретает стабильность эталонного генератора, но отличается от последнего на частоту .

4. Если сигнал снимается с выхода УПЧ, то в этом случае необходимость использования системы ЧАП обычно обусловлена необходимостью удержания разностной частоты в полосе УПЧ. В этом случае управляемый генератор обычно является управляемым гетеродином радиоприемного устройства.

Рассмотрим пример, поясняющий пункт 3.

Пусть радиолокационный приемник, принимает импульсный сигнал на частоте (длина волны ). Длительность импульса . Разрешающая способность радиолокатора по дальности составляет .

Требования к качеству воспроизведения импульса определяем длительностью фронта импульса .

Рис. 3.2. Радиоимпульс на выходе УПЧ

Время установления – это время, в течение которого импульс нарастает от до от своей максимальной амплитуды.

Полоса пропускания УПЧ рассчитывается по такой формуле:

.

Пусть нестабильность радиолокационного приемника составляет

.

Абсолютная нестабильность

.

Так как , то сигнал по частоте может выйти за пределы полосы пропускания УПЧ и прием сигнала будет невозможен. В этом случае необходимо применение системы ЧАП.

Рассмотрим подробнее каждый из элементов функциональной схемы и выполняемые этими элементами функции.

Дата добавления: 2014-12-26