Реферат: Дескрипторы систем АПЧ. Особенности построения и работы систем АПЧ импульсных приемников.

Решив совместно (2) и (4), находим частоты настроек контуров дискри- минатора:

Ориентировочное значение добротности контуров можно найти из выражения
Q~ (1...2) =f₀ /f_д . (5)

От ряда недостатков свободна схема, приведенная на рис. 65, в кото­рой частотные характеристики дискриминатора и УПЧ формируются многокон­турными избирательными системами / и II , каждая из которых может содер­жать два и более резонансных контуров. В цепи УПЧ напряжения с выхода / и II складываются и формируют полосу пропускания УПЧ; в цепи АПЧ эти напряжения после детектирования вычитаются и формируют характеристику дискриминатора.

Возможный вариант схемы АПЧ, соответствующий структурной схеме рис. 5.

Рис. 5. Структурная схема АПЧ с совмещенной многоконтурной избирательной системой

Рис.6. Структурная схема радиолокационной станции СВЧ диапазона

Особенности построения и работы систем АПЧ импульсных приемников

Автоподстройка частоты импульсных приемников издавна при­менялась в радиолокационных системах, работающих в диапазоне СВЧ на частотах 3000 МГц и выше (λ= 10 см). Цепи АПЧ таких приемников имеют свои особенности, которые рассмотрены ниже.

Структурная схема одной из первых радиолокационных систем сантиметрового диапазона при­ведена на рис. 6. В передатчике для генерации СВЧ колебаний используется магнетрон М, управляемый импульсами постоянного тока нужной длительности (единицы микросекунд и меньше). Гетеродином приемника служит клистрон К (в современных системах чаще применяются полупроводниковые генераторы), частота колебаний которого зависит от отрицательного напряжения, поданного на его отражатель. Поэтому устройство не нуждается в отдельном устройстве управления частотой. АПЧ может осуществляться путем воздействия на отра­жатель клистрона усиленного напряжения. Управление частотой должно осу­ществляться так, чтобы разность частот, генерируемых магнетроном передатчи­ка и клистроном, оставалась постоянной и равной средней частоте настройки УПЧ приемника.

Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ).

Все рассмотренные выше системы АПЧ основаны на выделении сигнала ошибки, равного разности частот подстраиваемого гетеродина и неко­торого эталона, которым является переходная частота дискриминатора. Этой разности пропорциональны сигнал ошибки, и регулирующее напряжение и_р , ко­торое так воздействует на элементы приемника, что результирующая ошибка уменьшается. Но это не единственно возможный принцип стабилизации часто­ты гетеродина. Существует также широкий класс си­стем фазовой автоподстройки частоты, которые в ряде случаев 'более эффективны, а иногда и служат единственно возможными способами автоподстройки частоты различных генераторов и гетеродинов прием­ников в частности. Однако системы ФАПЧ намного сложнее и дороже рассмотренных схем частотной автоподстройки. Поэтому они не применяются в мас­совых радиовещательных приемниках, а использу­ются исключительно в специальной радиоприемной и другой профессиональной аппаратуре.

На рис. 7 приведена схема одного из вариантов ФАПЧ вместо частотного детектора (дискриминатора) в цепь входит фазовый детектор. В цепь входит высокостабильный опорный генератор, под фазу ко­торого подстраивается фаза управляемого генерато­ра (гетеродина).

Задача фазового детектора состоит в получении постоянного выпрямлен­ного напряжения, зависящего от фазового сдвига угла детектируемого сигнала

относительно напряжения опорного генератора. Эту цель можно достигнуть, если подавать на фазовый детектор сигнал и₀ с фазой φ и напряжение от опор­ного генератора U_г , фаза которого считается нулевой (рис. 8). При отклонении фазы детектируемого сигнала на выходе фазового детектора получается напря­жение, пропорциональное фазовому сдвигу, а полярность его соответствует зна­ку изменения фазы.

В фазовых детекторах как и в других видах детекторов, используются не­линейные элементы — диоды. Для реализации процесса фазового детектирова­ния необходимо осуществить перемножение двух сигналов. Это можно полу­чить, если нелинейный элемент описывается уравнением, содержащим слагаемое, пропорциональное квадрату воздействующего напряжения:

i = аи + b и^г + ...,

где и — суммарное напряжение, равное

и = и_с cosi (ω_c t +φ) +U_г cosω_n t .

На практике это условие всегда выполняется.

От второго члена выражения получается составляющая тока bUcU_г cosφ, зависящая от сдвига фаз детектируемых колебаний. Зависимость этой составляющей тока от амплитуд детектируемых колебаний нежелательна. Для устранения этого эффекта используют амплитудные ограничители от фа­зового детектора. Одна из возможных схем фазового детектора приведена на рис. 9. Один из двух сигналов, в данном случае и_с , поступает на диоды в противофазе, вто­рой и_г — в фазе. Полученное на выходе фазового детектора напряжение используется в качестве регулирующего для цепи ФАПЧ. Управляющее напряжение с выхода фазового детектора подается на элемент, подстраивающий фазу гетеродина. B качестве таких устройств, как и в системах частотной АПЧ, используются управляемые реактивности, например варакторы.

Рис. 7. Структурная схема ФАПЧ: 1-эталонный генератор; 2-фазовый детектор 3-подстраиваемый генератор; 4-управляющий элемент

Рис.8. К пояснению работы фазового детектора

Рис. 9. Схема фазового детектора

Разновидности систем АПЧ.

При проектировании супергетеродинных радиоприемных уст­ройств различного назначения предусматривают ручные и автома­тические регулировки частот гетеродинов. Указанные регулировки необходимы для обеспечения настройки приемника на частоты раз­ных источников сигналов и подстройки его, чтобы создать наилуч­шие условия приема сигналов при всех возможных изменениях как частот сигналов, так и частот настроек приемника. Изменения частот могут быть вызваны колебаниями температуры, влажности и давления окружающей среды, изменениями условий распростра­нения радиоволн, напряжений источников питания, эффектом Доплера и рядом других факторов. Несущая частота сигнала может также изменяться в соответствии с заданной программой (напри­мер, при быстрой перестройке от импульса к импульсу частоты пе­редатчика импульсной РЛС). Если в приемном устройстве не при­менять регулировок частот, то необходимо расширять его полосу пропускания так, чтобы принимаемые сигналы не выходили из по­лосы приема при всех условиях эксплуатации. Это приво­дит к ухудшению чувствительности и избирательности приемника.

Ручные регулировки частоты (РРЧ) сравнительно просты, и их часто применяют в радиоприемных устройствах. Однако, так как изменения частот нерегулярны, то наибольшую эффективность приема можно обеспечить, применяя автоматическую подстройку ча­стоты (АПЧ)гетеродина.