1.3Метод структурных схем
В ряде случаев для упрощения исследования РТС целесообразно отказаться от воспроизведения в модели всех деталей и особенностей РТС (тогда отсутствует необходимость воспроизведения несущей и огибающей сигнала) и используют метод структурных схем или формульный метод (иногда его называют еще метод информационного параметра). В этом методе РТС используют модели, которые с достаточной достоверностью воспроизводят только внешние характеристики системы.
В общем случае внешние характеристики радиосистемы описываются соотношением, устанавливающим связь между информационным процессом на входе и выходным напряжением преобразующей части РТС:
(1.45)
Рис. 1.15 Модель радиосистемы
или соотношением, устанавливающим связь между информационными процессами на входе и выходе РТС:
. (1.46)
При исследовании РТС методами моделирования в итоге нас интересует описание характеристик в форме (1.46). Однако их получение в аналитическом виде обычно связано с большими математическими трудностями. Поэтому при формировании математической модели РТС часто ограничиваются описанием внешних характеристик в виде (1.45). Из этих соотношений непосредственно следует структурная схема формирующей и преобразующей частей, а также структурная схема всей модели РТС в целом.
Пример 1.7 Модель системы автоматической подстройки частоты (АПЧ)
Упрощенная функциональная схема супергетеродинного приемника, в котором для стабилизации промежуточной частоты (ПЧ) используется система АПЧ, имеет вид:
Рис. 1.16 Упрощенная функциональная схема супергетеродинного приемника
Входной
сигнал на частоте
поступает на смеситель, где переносится
на ПЧ, усиливается в усилителе ПЧ (УПЧ)
и поступает на последующие каскады
приемника (детектор, УНЧ). При отсутствии
системы АПЧ взаимная нестабильность
частот входного сигнала и гетеродина
может привести к уходу ПЧ сигнала за
пределы полосы пропускания УПЧ и
нарушению нормальной работы приемника.
Система АПЧ устраняет эти явления.
Работает она следующим образом.
Напряжение
с УПЧ подается на частотный дискриминатор
(ЧД). При появлении отклонения
ПЧ сигнала от номинального значения,
совпадающего с центральной частотой
УПЧ, на выходе ЧД появляется напряжение,
зависящее от величины и знака
.
Это напряжение, пройдя фильтр нижних
частот (ФНЧ), поступает на подстраиваемый
генератор (ПГ) и изменяет его частоту,
а, следовательно, и ПЧ так, чтобы исходное
рассогласование
уменьшалось.
В результате ПЧ поддерживается близкой к центральной частоте УПЧ, что позволяет существенно уменьшить влияние взаимной нестабильности частот передатчика и гетеродина, сузить полосу УПЧ, повысить качество приема.
Приведем соотношения, описывающие процессы, происходящие в системе АПЧ:
1) Преобразование частоты входного сигнала в смесителе:
,
где
- ПЧ сигнала,
- частота гетеродина.
2)
Отклонение ПЧ сигнала от ее номинального
значения
:
.
3) При условии безынерционности УПЧ частоты на его входе и выходе совпадают.
4) Напряжение на выходе ЧД:
,
где
- крутизна дискриминационной характеристики
ЧД,
-
центральная частота ЧД,
-
случайный процесс, моделирующий шумы
приемника.
5) ФНЧ, включенный на выходе ЧД, является линейным инерционным звеном:
,
где
- коэффициент передачи ФНЧ.
6) Частота перестраиваемого гетеродина:
,
где
- значение собственной частоты генератора
при отсутствии управляющего напряжения,
- крутизна регулировочной характеристики
ПГ.
Полученные соотношения составляют математическую модель системы АПЧ. В зависимости от задач исследования и условий работы системы она может усложняться.
Например,
можно добавить модели нестабильности
ЧД
и нестабильности частоты ПГ
:
;
,
где
- номинальные значения частот ПГ и
сигнала.